1. NREPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN PUERTO ORDAZ
ESCUELA: INGENIERÍA INDUSTRIAL
TERMODINÁMICA EN EL CORTE DE METALES
Profesor: Integrantes:
Ing. Alcides Cádiz Adolfo Campos
CI. 9.976.210
Rutmelia García
CI.17.748.008
Puerto Ordaz 21 de noviembre de 2015
2. 1
INDICE
Pag.
Introducción…………………………………………………………………… 2
Termodinámica, Cortes de Materiales, Herramientas……………….……..3
Tipos de Herramientas………………………………………………………....4
Fuerza de cortes………………………………………………………...…….. 5
Características de los materiales para herramientas de corte,
Principales materiales empleados en la herramientas de corte…. 6, 7, 8,9
Proceso que provocan desprendimientos de virutas…………….. 9, 10,11
Importancia de la variable de corte, energía y temperatura en el
Proceso de manufactura…………………………………………………11,12
Tabla física y química asociada a la termodinámica de corte de
materiales………………………………………………………………… 12, 13
Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de
manufactura……………………………………………………………… 14,15
Conclusión………………………………………………………………….. 16
Bibliografía …………………………………………………………………… 17
3. 2
INTRODUCCIÓN
La termodinámica en el corte de metales, mediante el uso de
herramientas de corte, donde existe desprendimiento de viruta Es
importante describir lo que es el corte de metales, esta es
Tradicionalmente, un corte que se realiza en torno, taladradoras, y
fresadoras en otros procesos ejecutados por máquinas herramientas con
el uso de varias herramientas cortantes.
Es el elemento cortante que se utiliza en las máquinas herramientas con
el fin de realizar operaciones de mecanizado y dar un acabado a
determinados materiales.
Herramientas
Tipos de herramientas
Herramientas de punta sencilla
Herramienta de puntas múltiples
Herramientas que usan muelas abrasiva
Fuerza de corte
Una herramienta de corte debería tener determinada Características a fin
de producir piezas mecanizadas con excelentes calidad y
económicamente.
Las virutas herramientas se han calcificado en tres tipos:
Tipo A: una viruta discontinua o fragmentada
Tipo B: continua simple
Tipo C: son de fricción considerablemente alto.
TERMODINÁMICA
En la Termodinámica se encuentra la explicación racional del
funcionamiento de la mayor parte de los mecanismos que posee el
hombre actual, La termodinámica en el corte de metales, mediante el uso
de herramientas de corte, donde existe desprendimiento de viruta Es
4. 3
importante describir lo que es el corte de metales, esta es
Tradicionalmente, un corte que se realiza en torno, taladradoras, y
fresadoras en otros procesos ejecutados por máquinas herramientas con
el uso de varias herramientas cortantes.
Enunciado de Clausius: Es imposible construir una máquina cíclica
cuyo único efecto sea la transferencia continua de energía de un objeto a
otro de mayor temperatura sin la entrada de energía por trabajo.
CORTES DE METALES
Es el elemento cortante que se utiliza en las máquinas herramientas con
el fin de realizar operaciones de mecanizado y dar un acabado a
determinados materiales.
HERRAMIENTAS
Es el elemento cortante que se utiliza en maquinas herramientas con el
fin de realizar operaciones de mecanizado y dar un acabado a
determinados materiales.
TIPOS DE HERRAMIENTA
Una manera más general de como clasificar las herramientas es la
siguiente:
Herramientas de una sola punta o punta sencilla, como la usada
en el trabajo de torno y cepillo de codo.
Herramientas de puntas múltiples; son solamente dos o mas
herramientas de una sola punta acomodadas como una sola
unidad (fresas y escariadores).
Herramientas que usan muelas abrasivas
HERRAMIENTAS DE PUNTA SENCILLA
5. 4
Son herramientas de corte que posee una parte cortante y un cuerpo.
Son usadas comúnmente en los tornos, tornos revolver, cepillos,
limadoras, mandriladoras y maquinas herramientas semejantes.
HERRAMIENTA DE PUNTAS MÚLTIPLES
Está compuesta por dos o más partes cortantes montadas en un cuerpo
común. La mayoría de las herramientas de este tipo son de tipo rotatorio
y tienen un vástago cónico o cilíndrico para la sujeción, o tienen un
agujero para ser montadas en un árbol.
HERRAMIENTAS QUE USAN MUELAS ABRASIVA
Las muelas abrasivas son generalmente de forma cilíndrica, de dico o de
copa. Las maquinas en las cuales se usan son llamadas rectificadoras
todas tienen un husillo, que puede girar velocidad y en el cual se monta la
muela abrasiva.
FUERZA DE CORTE
La fuerza de cizallamiento y el Angulo del plano de cizallamiento están
afectados por la fuerza de rozamiento de la viruta contra la cara de la
herramienta.
La fuerza de rozamiento depende de un numero de factores que incluyen
la lisura y afiliado de la herramienta, ya sea que se use o no un
refrigerante, los materiales de la herramienta y de la pieza de trabajo, la
velocidad de corte y la forma de la herramienta. Las fuerzas que están
actuando sobre la herramienta se miden por las reacciones lejos de la
punta de corte por medio de diámetros y transductores.
Las fuerzas que actúan en una herramientas no cambian
significativamente son fuerza longitudinal, tangencial y radial. En la
mayoría de operaciones de maquinado la fuerza tangencial es la más
6. 5
significativa. Las fuerzas sobre una herramienta cortantes para un
material dado dependen de un numero de consideraciones.
Las fuerzas en las herramientas no cambian significativamente con
un cambio en la velocidad de corte.
A mayor avance de la herramienta, mayores fuerzas.
A mayor profundidad de corte, mayores fuerzas.
La fuerza tangencial aumenta con el tamaño de la viruta.
La fuerza longitudinal disminuye si el radio de la punta se hace
más grande o si el Angulo del filo lateral cortante aumenta.
En cerca de 1 % de cada grado, se reduce la fuerza tangencial, en
tano el ángulo de inclinación posterior aumenta.
El uso de un refrigerante reduce ligeramente las fuerzas en una
herramienta, pero aumenta considerablemente su duración.
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES PARA HERRAMIENTAS
DE CORTE
La dureza y la resistencia de las herramientas de corte deberían
ser mantenidas a elevada temperatura (dureza en caliente).
Tenacidad de la herramienta de corte es necesaria tanto así que
las herramientas no deberían sufrir fala por fatiga ni fracturarse,
especialmente durante operaciones de corte con muchas
interrupciones.
Resistencia al desgaste; significa que la herramienta tiene una
aceptable vida antes de necesitar ser reemplazada. Los materiales
de los cuales son hechas las herramientas de corte, todas tienen
características de ser duras y resistentes.
7. 6
PRINCIPALES MATERIALES EMPLEADOS EN LA HERRAMIENTAS
DE CORTE
Aceros de alto contenido carbono. Limitan el contenido de carbón de 0.8
a 1.2%, estos aceros tienen una buena templabilidad y con un
tratamiento térmico apropiado, alcanzan una dureza tan grande como
cualquiera de las aleaciones de alta velocidad. A máxima dureza, el
acero es muy quebradizo, si se desea algo de tenacidad se debe obtener
a costa de la dureza.
La capacidad de penetración del temple (templabilidad) es baja,
limitándose el uso de este acero a herramientas pequeñas. Debido a que
estas herramientas pierden dureza alrededor de los 300° C, no son
convenientes para altas velocidades y trabajo pesado, restringiéndose su
utilidad al trabajo en materiales blandos como la madera.
Aceros de alta velocidad. Son de alto contenido de aleación, tienen una
excelente templabilidad y mantendrán un buen filo cortante a
temperaturas de cerca de 650° C. La capacidad de una herramienta para
resistir al ablandamiento en altas temperaturas es la dureza al rojo. Estos
aceros se crean añadiendo al acero, 18% de tungsteno y 5.5% de cromo.
Otros elementos de aleación comunes son el vanadio, molibdeno y
cobalto. Aunque hay numerosas composiciones de acero de alta
velocidad, todas ellas se pueden agrupar en tres clases:
Acero de alta velocidad 18-4-1. Contiene 18% de tungsteno,
4% de cromo y 1% de vanadio, se le considera uno de los
mejores aceros para herramientas de propósitos múltiples.
Acero de alta velocidad al molibdeno: Muchos aceros de lata
velocidad usan molibdeno como elemento principal de
aleación, ya que una parte substituirá a dos partes de
tungsteno. Los aceros al molibdeno tales como el 6-6-4-2 que
8. 7
contienen 6% de tungsteno, 6% de molibdeno, 4% de cromo y
2% de vanadio, tienen una tenacidad y capacidad cortante
excelentes.
Aceros rápidos superiores: Contienen cobalto añadido en
cantidades comprendidas entre 2 y 15%, puesto que este
elemento aumenta la eficiencia de corte, especialmente a
altas temperaturas. Un análisis de este acero contiene 20%
de tungsteno, 4% de cromo, 2% de vanadio y 12% de cobalto.
Debido al mayor costo se usa principalmente para
operaciones de corte pesadas que imponen presiones y
temperaturas elevadas para la herramienta.
Aleaciones fundidas no ferrosas. Contienen principalmente cromo,
cobalto y tungsteno, con porcentajes menores de uno o más elementos
formadores de carburo como el tantalio, molibdeno o boro, son materiales
excelentes para herramientas de corte. Tienen una alta dureza al rojo y
son capaces de mantener buenos filos cortantes en las herramientas, a
temperaturas por encima de los 925° C.
Se pueden usar al doble de la velocidad de corte y aun mantener el
mismo avance. Sin embargo, son mas quebradizas, no responden al
tratamiento térmico y se pueden maquinar solamente por esmerilado. Se
pueden formar herramientas intrincadas por medio de vaciado en moldes
de cerámica o de metal y terminando su forma por esmerilado.
Sus propiedades se determinan por el grado de acerado que se da al
material al vaciarse. El rango de elementos en estas aleaciones de 12 a
un 25% de tungsteno, de 40 a 50% de cobalto y 15 a 35 de cromo. Se
añade carbón en cantidades de 1 a 4%. Estas aleaciones tienen una
buena resistencia a la caracterización y pueden resistir mucho mejor que
9. 8
los carburos a las cargas de choque. Para la eficiencia de corte, están en
un rango medio entre los aceros de alta velocidad y los carburos.
Carburos. Se hace solo por la técnica de metalurgia de polvos; los
polvos de metales de carburo de tungsteno y el cobalto se forman por
compresión, se pre sintetizan para facilitar su manejo y acabado de su
forma final, se sinterizan en un horno con atmósfera de hidrógeno a
1550° C y se terminan con una operación de esmerilado. Las
herramientas de carburo que contienen solo carburo de tungsteno y
cobalto (aproximadamente 94% de carburo de tungsteno y 6% de
cobalto), son adecuadas para el maquinado de hierro fundido y la
mayoría de los materiales excepto el acero.
El acero no se puede maquinar debido a que las virutas se pegan o se
sueldan a la superficie del carburo y destruyen pronto la herramienta.
Para eliminar esta dificultad, se añade titanio y carburo de tantalio en
adición al incremento de porcentaje de cobalto (82% de carburo de
tungsteno, 10% de carburo de titanio y 8% de cobalto). Esta composición
tiene un bajo coeficiente de fricción y poca tendencia al desgaste o
caracterización.
Diamantes. Los diamantes usados como herramientas de una sola punta
para cortes ligeros y altas velocidades deben de estar rígidamente
soportados debido a su alta dureza y fragilidad. Se emplean ya sea para
materiales difíciles de cortar con otros materiales para herramientas, o
para cortes ligeros de alta velocidad en materiales blandos, en los que la
precisión y el acabado superficial son importantes.
Se usan comúnmente en el maquinado de plásticos, hule duro, cartón
comprimido y aluminio con velocidades de corte de 300 a 1500 m/min. Se
usan también para el rectificado de muelas abrasivas, para pequeños
dados de estirado de alambre y en ciertas operaciones de rectificado y
asentado. El diamante policristalino sinterizado y los diamantes
compactos ensamblados en carburo de tungsteno están encontrando uso
10. 9
en las operaciones de desgaste elevado y maquinado de alta velocidad.
Estas herramientas se usas en tanto para el maquinado de materiales no
ferrosos con alto contenido de silicio como para fibra de vidrio que es
muy abrasiva.
PROCESO QUE PROVOCAN DESPRENDIMIENTOS DE VIRUTAS
Las virutas herramientas se han calcificado en tres tipos:
El tipo A: una viruta discontinua o fragmentada, representa una
conducción en el que el metal se fractura en partes considerablemente
pequeñas de las herramientas cortantes. Este tipo de viruta se obtiene
por maquina la mayoría de los materiales frágiles, tales como el hierro
fundido.
En tanto se producen estas virutas, el filo cortante corrige las
irregularidades y se obtiene un acabado bastante bueno. La duración de
la herramienta es considerablemente alta y la falla ocurre usualmente
como resultado de la acción del desgaste de la superficie de contacto de
la herramienta.
También puede formar virutas discontinuas en algunos materiales
dúctiles y el coeficiente de ficción es alto. Sin embargo, tales virutas de
materiales dúctiles son una inducción de malas condiciones de corte:
Un tipo ideal de viruta desde el punto de vista de la duración de la
herramienta y el acabado, es la del tipo B continua simple, que se obtiene
en el corte de todos los materiales dúctiles que tienen un bajo coeficiente
de fricción. En este caso el metal se forma continuamente y se desliza
sobre la cara de la herramienta sin fracturarse. Las virutas de este tipo se
obtienen a altas velocidades de corte y son muy comunes cuando en
corte se hace con herramientas de carburo. Debido a su simplicidad se
puede analizar fácilmente desde el punto de vista de las fuerzas
involucradas.
11. 10
La viruta del tipo C es característica de aquellos maquinados de
materiales dúctiles que tienen un coeficiente de fricción
considerablemente alto.
En cuanto la herramienta inicia el corte se aglutina algo de material por
delante del filo cortante a causa del alto coeficiente de fricción. En tanto
el corte prosigue, la viruta fluyen sobre este filo y hacia arriba a lo largo
de la cara de la herramienta. Periódicamente una pequeña cantidad de
este filo recrecido se separa y sale con la viruta y se incrusta en la
superficie torneada. Debido a esta acción el acabado de la superficie no
es tan bueno como el tipo de viruta B. El filo recrecido permanece
considerablemente constante durante el corte y tiene el efecto de alterar
ligeramente el ángulo de inclinación. Sin embargo, en tanto se aumenta
la velocidad del corte, el tamaño del filo decrecido disminuye y el
acabado de la superficie mejora. Este fenómeno también disminuye, ya
sea reduciendo el espesor de la viruta o aumentando el ángulo de
inclinación, aunque en mucho de los materiales dúctiles no se puede
eliminar completamente.
La elección de herramientas adecuadas, velocidades avances es un
compromiso, ya que entre más rápido se opere una maquina es la
eficiencia tanto del operador como de la maquina. Sin embargo
afortunadamente, tal uso acelerado acorta grandemente la duración de la
herramienta.
IMPORTANCIA DE LAS VARIABLES DE CORTE, ENERGIA Y
TEMPERATURA EN EL PROCESO DE MANUFACTURA
VARIABLES DE CORTE
Se usan en un número casi infinito de formas y tipos. Algunas son
herramientas de un solo filo (una sola arista cortante) y, aun el tipo más
simples; con la mayoría de las aristas cortantes relacionadas, una con la
12. 11
Otra. Aunque cualquier forma es necesaria para producir determinadas
superficies, en cualquier caso, ciertas formas de herramientas permiten la
eliminación más eficiente del metal que otras.
VARIABLE DE CALOR
En la fundición, la energía se agrega en forma de calor de modo que la
estructura interna del metal se cambia y llega a ser liquida. En este
estado el metal se esfuerza por presión, la cual puede consistir de la sola
fuerza de gravedad, en una cavidad con forma donde se le permite
solidificar. Por lo tanto, el cambio de forma se lleva a cabo con el metal
en dicha condición en la que la energía para la forma es principalmente la
del calor y se requiere poca energía en la fuerza de formación
VARIABLE DE ENERGÍA.
El fenómeno de la energía implica el maquinado, puede ser conveniente
Considerar que se necesita en algunos de los otros procesos de
fabricación ver como lo defiere el maquinado.
VARIABLE DE TEMPERATURA.
Las propiedades al impacto de los metales depende de la temperatura y
para algunos materiales hay un gran cambio de resistencia a la falla con
un cambio relativamente pequeño de temperatura. El conocimiento
relativo a la existencia de este fenómeno puede ser muy importante en la
elección de materiales y en los factores de diseño cuando se va a usar un
producto en temperaturas de servicio cercanas a la temperatura de
transición, debido a que aumenta la posibilidad de falla de material, sobre
todo ante cambios bruscos de formas.
Es decir que cada variable tiene un proceso de manufactura en el que
una herramienta de corte se utiliza para remover el exceso de material
que existe de una pieza de forma que el material que quede, tenga la
13. 12
forma deseada. La acción principal de corte consiste en aplicar
deformación en corte para formar la viruta y exponer la nueva superficie
TABLA FISICA Y QUIMICA ASOCIADA A LA TERMODINAMICA DE
CORTE DE MATERIALES.
La química se parece a la física por el uso extenso que hace de las
matemáticas y de teorías que tuvieron su origen en la física. En la rama
de la termodinámica, la química y física estudia los cambios en las
propiedades macroscópicas (como temperatura, calor y energía) de la
materia durante procesos y reacciones químicas.
1. Entre los objetivos principales de la termodinámica están: Predecir
la cantidad de calor que se puede obtener de una reacción
Química.
2. Predecir si una reacción química puede ocurrir espontáneamente.
A nivel microscópico la química y física utiliza la teoría de la
mecánica cuántica y sus aplicaciones a técnicas de
espectroscopia. Se estudian y describen la estructura, movimiento
e interacciones de átomos y moléculas durante procesos y
reacciones químicas. Además, estos estudios microscópicos
hacen posible, por ejempló, que se puedan describir los
mecanismos de las reacciones químicas.
14. 13
Material de la Herramienta Propiedades
Acero no aleado
Es un acero entre 0.5 a 1.5 % de
concentración de carbono, para temperatura
250°. Pierde su dureza por lo tanto es
inapropiado para grandes velocidades de
corte y no se utiliza. Estos aceros se
denominan usualmente acero al carbono o
aceros para hacerla herramienta (ws).
Acero Aleado
Contiene elementos aleatorios además del
carbono adiciones de cromo molibdeno,
vanadio y otros hay acero débilmente aliados
y aceros fuertemente aliados tiene una gran
resistencia al desgaste, no pierde la dureza
hasta legar a los 600°
Metal Duro
Hacen posible un gran aumento de la
capacidad de corte de la herramienta los
componentes principales de un metal duro son
el Volframio y el Molibdeno, además del
cobalto y el carbono es caro y se suelda en
forma de plaquetas sobre los mangos de las
herramientas que pueden ser de acero barato,
es importante escoger el metal duro que sea
más adecuado.
Cerámicos
Es estable, barato, resistente al calor y se le
fija convenientemente en soportes adecuados,
las cerámicas son generalmente deseables en
aplicaciones de alta velocidad. Los materiales
cerámicos más comunes se basan en alúmina
(Oxido de aluminio) nitruro de cilicio y carburo
de cilicio, se utiliza en carburo plaquetas de
corte.
Cermet
Estable maderablemente caro otro material
cementado en carburo de titnio ( TIC) el
aglutinante es níquel proporciona una mayor
resistencia a la abrasión en comparación con
carburo de tungsteno, a expensas de alguna
resistencias dureza hasta 93HCR.
Diamante
Estable es muy caro, la sustancia más dura
conocida hasta la fecha; resistencia superior a
la abrasión pero también alta afinidad química
con el hierro queda como resultado no ser
apropiado para el mecanizado de acero, se
utiliza el material abrasivo, el diamante s muy
duro y no se desgasta.
15. 14
Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso
de manufactura.
La seguridad industrial es importante en todos los campos laborales ya
que fue creada para la prevención y resguardo de protección para el
trabajador y los sitios donde se labora. Los trabajadores están expuestos
a todo tipo de riesgos a la hora de hacer o ejecutar algún trabajo por eso
la seguridad industrial es sumamente importante para todo tipo de
trabajo.
La seguridad industrial se ha actualizado y mejorado con el tiempo ya
que se ha dedicado al área de trabajo y el resguardo del trabajador en el
área de trabajo se puede conseguir muchos avisos de seguridad tales
como:
16. 15
La seguridad industrial ha diseñado muchos equipos de protección
personal y están compuestos por: botas, guantes, lentes de seguridad,
protectores auditivos, mascarillas, cascos, trajes especiales, trajes
térmicos, chaquetas,
La seguridad es muy importante cuando hay trabajos de desprendimiento
de virutas ya que es peligroso para los trabajadores, la viruta puede
ocasionar lesiones graves y muy contundentes, existen muchos tipos de
maquinarias que hacen desprendimientos de virutas las cuales se
muestran en la imagen:
17. 16
CONCLUSIÓN
El trabajo realizado facilita el conocimiento de la Termodinámica en el
corte de metales, mediante el uso de herramientas de cortes, donde
existen desprendimientos de virutas.
Se obtuvo el conocimiento del valor de la termodinámica en los cortes de
materiales, siendo importante en el campo de la Industrias
metalmecánica,
Valores de temperaturas y presiones necesarias para cada corte de los
metales dependiendo de sus propiedades físicas y químicas de cada uno
de ellos. Un proceso de manufactura en la cual una herramienta de corte
se utiliza para remover el exceso de material que existe de una pieza de
forma que el material que quede, tenga la forma deseada. La acción
principal de corte consiste en aplicar deformación en corte para formar la
viruta y exponer la nueva superficie.
La seguridad industrial es importante en todos los campos laborales ya
que fue creada para la prevención y resguardo de protección para el
trabajador y los sitios donde se labora. Los trabajadores están expuestos
a todo tipo de riesgos a la hora de hacer o ejecutar algún trabajo por eso
la seguridad industrial es sumamente importante para todo tipo de
trabajo.
