Este documento trata sobre la termodinámica en el corte de metales. Explica que el corte de metales es un proceso termo-mecánico que genera calor debido a la deformación plástica y la fricción. Las variables de corte como la velocidad de corte, profundidad de pasada y velocidad de avance afectan la temperatura de corte. También analiza los diferentes tipos de virutas que se pueden formar y la importancia de las propiedades térmicas y mecánicas de los materiales en la temperatura

1. Republica Bolivariana De Venezuela
Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Superior
I.U.P. Santiago Mariño
Catedra: Proceso De Manufactura
Escuela: 45
Profesor: Bachiller:
Alcides Cadiz Yorismar García
C.I 21.198.492
Puerto Ordaz 2013
La termodinámica en
el corte de metales

2. INTRODUCCIÓN
Un proceso de manufacturo, es el conjunto de operaciones necesarias para
modificar las características de las materias primas. Dichas características pueden
ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el
tamaño o la estética. Se realizan en el ámbito de la industria.
Para la obtención de un determinado producto serán necesarias multitud de
operaciones individuales de modo que, dependiendo de la escala de observación,
puede denominarse proceso tanto al conjunto de operaciones desde la extracción
de los recursos naturales necesarios hasta la venta del producto como a las
realizadas en un puesto de trabajo con una determinada máquina-herramienta.
En la Termodinámica se encuentra la explicación racional del funcionamiento de la
mayor parte de los mecanismos que posee el hombre actual. La Termodinámica
aporta los fundamentos científicos básicos que han permitido la invención del
motor de automóvil, de la turbina de gas de un avión y de una larga serie de
dispositivos tecnológicos de cuyos efectos nos beneficiamos a diario y de cuyo
funcionamiento al menos en su aspecto fundamental se responsabiliza
plenamente esta ciencia. La Termodinámica estudia, interpreta y explica las
interacciones energéticas que surgen entre los sistemas materiales formulando las
leyes que rigen dichas interacciones.

3. LA TERMODINÁMICA EN EL CORTE DE METALES, MEDIANTE EL USO DE
HERRAMIENTAS DE CORTE, DONDE EXISTE DESPRENDIMIENTO DE
VIRUTA.
Los procesos de fabricación mediante el mecanizado de piezas constituyen
uno de los procedimientos más comunes en la industria metalmecánica para la
obtención de elementos y estructuras con diversidad de formas, materiales y
geometrías con elevado nivel de precisión y calidad.
El corte de metales es un proceso termo-mecánico, durante el cual, la generación
de calor ocurre como resultado de la deformación plástica y la fricción a través de
las interfaces herramienta-viruta y herramienta-material de trabajo.
La predicción de la temperatura de corte para el proceso de mecanizado es de
reconocida importancia debido a sus efectos en el desgaste de la herramienta y su
influencia sobre la productividad, el costo de la herramienta y el acabado
superficial de la pieza mecanizada. Por otra parte, el costo del mecanizado se
encuentra altamente relacionado con el porcentaje de metal removido y este costo
se puede reducir mediante el incremento de los parámetros de corte, los que a su
vez, son limitados por la temperatura de corte.
El objetivo principal de este trabajo es el de analizar la influencia de las variables
de corte, propiedades térmicas y mecánicas del material de trabajo en la
temperatura de corte generada durante el fresado frontal de materiales ferrosos
como el acero AISI 1020, AISI 1045 Y AISI 4140 y de materiales no ferrosos como
el cobre UNS C14500, latón UNS C35600 y bronce UNS C83800.
Para la medición de la temperatura de corte se diseñó y se construyó un equipo de
medición de temperatura para operaciones de fresado frontal, basado en el
método de termopar pieza-herramienta. Se realizaron una serie de ensayos
experimentales aplicando el método de Taguchi el cual emplea un arreglo
ortogonal de forma tal de recolectar toda la data significativa de forma

4. estadística,con el menor número de repeticiones posibles, de esta forma se logra
una disminución de los costos y del tiempo de ejecución de los experimentos. Así
mismo, a través de la Señal Ruido (SIR) se obtuvo la combinación óptima de
parámetros para alcanzar la mínima temperatura de corte durante el proceso de
fresado frontal. Posteriormente se desarrollaron expresiones matemáticas,
mediante regresiones lineales múltiples, para la predicción de la temperatura de
corte de cada material, en función de las variables de corte, velocidad de corte (V),
profundidad de pasada (d), velocidad de avance de la herramienta (F), dureza
(HBN ó HRB) y conductividad térmica del material (K).
Los resultados de los ensayos reflejan, tal como era de esperarse, que al
aumentar las variables de corte, V, F Y d la temperatura de corte se incrementa.
Adicionalmente se observó que la velocidad de corte tiene una influencia mayor al
70% sobre la temperatura de corte, la velocidad de avance y la profundidad de
corte poseen una influencia entre el 10%-12%.
Las virutas herramientas se han clasificado en tres tipos.
El tipo 1 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:

5. 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.
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 máquina. Sin embargo afortunadamente, tal uso acelerado acorta
grandemente la duración de la herramienta

6. IMPORTANCIA DE LAS VARIABLES DE CORTE, CALOR, ENERGÍA Y
TEMPERATURAS PRESENTES
Es un proceso de manufactura en el que una herramienta de corte se utiliza
para remover el exceso de material 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.
Sobre los procesos de corte
Podemos cortar
metales
madera
plásticos
compuestos
cerámicas
Podemos lograr tolerancias menores de 0.001” y tolerancias mejores que
16 micropulg.
Requieren el uso de una cuchilla para remover el material.
Ejemplos de algunos procesos de corte:
torneado cilíndrico
corte en fresadora
taladrado
Las cuchillas pueden tener uno, varios o múltiples segmentos cortantes
Variables
Independientes
material, condición y geometría de la cuchilla

7. material, condición y temperatura de la pieza de trabajo
uso de fluidos de corte
características de la máquina
condiciones de corte
Dependientes
Tipo de viruta
fuerza y energía disipada
aumento en temperatura
desgaste en la cuchilla
terminado de superficie
Relaciones entre las fuerzas
Definición de variables
Pc = fuerza cortante
Pt = fuerza de empuje
R = resultante
Fn = fuerza normal al plano de corte
Fs = fuerza en el plano de corte
F = fuerza de fricción
N = fuerza normal a la fricción
As = área del plano de corte
Ac = área de corte
w = ancho de corte
Relaciones entre fuerzas, ángulos y áreas
F = Fc sin a + Ft cos a
N = Fccos a - Ft sin a
t Ps = Fccos f - Ft sin f

8. Pn = Fc sin f + Ft cos f
m = tan b = F/N
Ecuación dde Merchant: f = 45 + 0.5 a + 0.5 b
ts = Ps/As
Ac = h w =As sin f
Ecuaciones de potencia y energía
P = Fc v
P (hp) = P/33,000
Pelectrica = P /eficiencia
E = P/Vt
Dónde:
P = potencia de corte
v = velocidad de corte
Vt = razón de remoción de metal
Se define como el volumen de material removido por unidad de tiempo
Vt máxima = v f h
v = velocidad de corte
f = avance
h = profundidad de corte
Podemos derivarla para estimados particulares a cada proceso.
E = energía específica
es una propiedad del material que sirve para estimar los límites en algunos
de los parámetros del proceso de corte
se calcula tomando como referencia la energía para unauna profundidad de
corte dada

9. ver la tabla del texto para valores para diferentes materiales
Temperaturas de corte
Casi toda la energía de corte se disipa en forma de calor.
El calor provoca altas temperaturas en la interface de la viruta y la cuchilla.
USO DE TABLAS FÍSICAS Y QUÍMICAS ASOCIADAS A LA TERMODINÁMICA
DE CORTE DE METALES
La química y física estudia los principios físicos fundamentales que
gobiernan las propiedades y el comportamiento de los sistemas o reacciones
químicas que se estudian en todas las ramas de la química. 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. Entre los objetivos principales de la
termodinámica están
1) 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
ejemplo, que se puedan describir los mecanismos de las reacciones químicas.

10. CONCLUSIÓN
El corte de los metales se logra por medio de herramientas con la forma
adecuada. Una herramienta sin los filos o ángulos bien seleccionados ocasionará
gastos excesivos y pérdida de tiempo.
En casi todas las herramientas de corte existen de manera definida: superficies,
ángulos y filos.
El corte o remoción de material se llama maquinado mecanización o proceso
demaquinado en la manufactura. "Maquinado" es el proceso en el cual se cambian
eltamaño, forma o acabado de un material para tener un producto industrial para
elconsumidor. La remoción de material se efectúa a mano o con máquinas, con el
uso deunos cuantos movimientos básicos de corte. En los procesos de maquinado
se utilizanmovimientos básicos de corte para producir superficies planas,
cilíndricas, angulares eirregulares.
Un proceso de corte es una interacción controlada entre la pieza de trabajo,
laherramienta y la máquina. Dicha interacción está influida por las
condicionesseleccionadas de corte (velocidad de corte, avance y profundidad de
corte), por losfluidos de corte, por la sujeción de la herramienta y de la pieza y por
la rigidez de lamáquina