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Fa (Fuerza de avance) : es la que se opone al avance de la herramienta.- FR ( Fuerza de reacción): es la reacción de la pieza contra la herramienta.- FT.

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1 Fa (Fuerza de avance) : es la que se opone al avance de la herramienta.- FR ( Fuerza de reacción): es la reacción de la pieza contra la herramienta.- FT ( Fuerza tangencial): es la tg a la rotación y en el mismo sentido de la velocidad de corte, siendo la misma la fuerza de mayor magnitud.- La fuerza resultante R es la suma vectorial de las 3 fuerzas. Como vemos no hay mucha diferencia entre la FT y la R, por lo que para los posteriores cálculos se tomará la FT. Las fuerzas que consumen energía es la FT y Fa (esta última es despreciable).- Relación entre las Fuerzas: Según SANDVIK: FT : Fa : FR 4 : 2 : 1 Según LUCHESSÍ: Fa/FT : 1/3 a 1/6 ; Fa/FT= ½ a ¼ UNIDADES: a (avance): mm/rev. t (profundidad de pasada): mm. Sección de viruta (q): a. t = q (mm2) y se utiliza para calcular el esfuerzo de arranque de viruta.- Va(velocidad de avance)= mm/min Vc (Velocidad de corte) = m/min DISTRIBUCION DE FUERZAS Fa FT FR R

2 Para cada operación de mecanizado, que se aplicará a un material determinado, existe un material de herramientas que la ejecute de forma óptima: Aceros con un contenido en carbono de entre 0,5 y 1,4%. La templabilidad es pequeña por lo que son propensos a grietas y deformaciones. Contienen además de carbono, Cr y W. El temple se realiza a 800ºC y el revenido entre 200ºC y 300ºC por lo que es más tenaz y duro que el acero al carbono. Aún así resiste poco las elevadas temperaturas (superiores a 280ºC) por lo que se emplean normalmente en acabados y para metales poco duros. Estos dos primeros aceros, debido a los bajos niveles de aleación tienen muy poca dureza en caliente por lo que no se utilizan actualmente excepto en condiciones de velocidades muy bajas. Existen dos tipos, aceros rápidos al Wolframio o de Cobalto lo cual hace mejorar sus condiciones de corte. Contiene también cromo molibdeno y vanadio. Tienen mayor dureza que los anteriores y pueden trabajar a temperaturas de hasta 600ºC. Las velocidades de corte pueden así ser mayores. Generalmente, todo el cuerpo de la herramienta suele fabricarse con el mismo material, es decir son enterizas. Se identifican con las siglas HSS del inglés High Speed Steel. Son aceros de herramientas altamente aleados. Existen dos tipos: - De Tugnsteno, - De Molibdeno Adecuado para herramientas de forma complicada: Brocas, Tarrajas, Fresas de vástago. En ocasiones se recubren con una película de Titanio, mediante el método Deposición Física de Vapor (PVD). Denominados Estelitas. No son aceros, sino aleaciones de cobalto, cromo y wolframio con otros elementos en menor porcentaje, hierro, carbono, silicio y manganeso. Soportan temperaturas de hasta 700 ºc. La estelita más conocida es la alacrita. Aunque son de mayor dureza que los aceros rápidos, dada su fragilidad (no admiten tratamientos térmicos) han sido sustituidas por los metales duros, están en desuso. Materiales para herramientas de corte.. Aceros al carbono:. Aceros aleados:. Aleaciones no ferrosas:. Aceros rápidos mejorados o de alta velocidad:. Aceros rápidos:

3 Cermets, Carburos cementados y Carburos recubiertos Los tres metales duros están clasificados técnicamente como compuestos Cermets, que significa partículas de cerámica en aglomerante metálico, lo único que el término propiamente se aplica a los compuestos cerámicos metálicos que contienen carburo y nitruro de titanio (TiC, TiN) y otros materiales cerámicos. Son cermets basados en Carburos de Tugnsteno y cobalto (WCCo), conocidos como carburos de uso común. Es un producto pulvimetalúrgico que consiste en carburos metálicos sinterizados y se les llama comúnmente WIDIA, del alemán wi (como) y dia (diamante), ya que alcanzan una dureza de 90HRc, próxima a la del diamante. Tienen gran dureza y resistencia a las altas temperaturas (soportan hasta 800ºC) por lo que se puede trabajar a elevadas velocidades de corte. El único problema que se plantea es su fragilidad por lo que se ha de tener cuidado con los golpes y vibraciones de trabajo, sobre todo si tienen titanio.- Existen dos tipos: 1. Carburos de Tugnsteno (Wolframio) (WC) y cobalto (Co) como elemento aglutinante. Designados como TH, BT, GT. Se utilizan para el mecanizado de aluminio, latón, cobre, magnesio, y otros metales no ferrosos, en ocasiones se usa para el hierro fundido, no incluyen el acero. 2. Además de WC tiene otros compuestos como son los carburos de titanio (TiC) y tántalo (TaC), designados como TT y AT. Se utilizan para el mecanizado de Acero bajo en carbono, inoxidable y otras. Estos excluyen los compuestos metálicos que se basan principalmente en WCCo. Consiste en combinaciones de carburos de titanio (TiC), nitruro de titanio (TiN) y carbonitruro de titanio (TiCN), usando níquel y/o molibdeno como elemento aglutinante, carburos de niobio (NaC). Se usa en el mecanizado de fundiciones de hierro, aceros y aceros inoxidables. No son apropiados para operaciones de perfilado, pero sí en copiado ligero, donde el criterio fundamental es el acabado y también donde se quiera aumentar la productividad en operaciones especiales. Carburos cementados: Cermets:. Metales duros:

4 Son carburos cementados recubiertos de una o más capas de carburos de titanio (TiC) [es gris], nitruro de titanio (TiN) [es dorado], carbonitruro de titanio (TiCN) y de oxido de aluminio-cerámica (Al2O3) [es transparente]. El método utilizado para recubrir es el de Deposición Química de Vapor ( CVD). Posee una alta resistencia al desgaste al igual que los anteriores pero sin disminuir la tenacidad. Este tipo de material debe usarse para la mayoría de operaciones de torneado, fresado y taladrado y para casi todos los materiales de piezas. Existen dos tipos: 1. Con base en óxidos de aluminio (alúmina) (Al2O3) a los que se adiciona óxido de cromo o titanio por sinterización. 2. Con base en nitruro de silicio (Si3N4). Son herramientas resistentes a elevadas temperaturas (superiores a 1200ºC). Pueden trabajar a grandes velocidades de corte y con grandes profundidades de pasada (5 mm) y no reaccionan con el material de la pieza. Las superficies resultan brillantes en operaciones de acabado. Se presentan en plaquitas, las cuales son muy frágiles y deben utilizarse en máquinas de bajo nivel de vibración. Mayormente se utilizan en el mecanizado de fundición gris y nodular, aceros duros y aleaciones termoresistentes, aunque aún hay porcentaje pequeño de herramientas de este tipo Solo le supera en dureza el diamante natural monocristalino. Debido a que son muy caras y frágiles son empleadas en contadas ocasiones y en máquinas rígidas que trabajan a grandes velocidades pero con profundidades y avances muy pequeños. Tiene una gran resistencia al desgaste por abrasión, por lo que se utiliza en las muelas de rectificar para obtener acabados superficiales de gran precisión. Se usa para el torneado y fresado principalmente de aleaciones de aluminio y silicio. Las plaquitas de PCD se sueldan a las de metal duro, proporcionando mayor resistencia al choque y además mayor vida útil de la herramienta. Tienen como desventaja que no se pueden usar en materiales ferrosos debido a su afinidad, tampoco en materiales tenaces y de alta resistencia a la tracción, y en la zona de corte la temperatura no debe ser superior a 600 ºc. Diamante polocristalino sintético (PCD): Cerámicas de corte: Carburos recubiertos: Carburos recubiertos:

5 Gracias a los polvos metálicos se han desarrollado aleaciones superduras que, incluso, pueden rallar el diamante. Varias de las grandes mejoras e innovaciones del siglo pasado se han realizado gracias al desarrollo de la pulvimetalurgia (PM).(compactación y sinterización de polvos metálicos de grano fino, en piezas con formas complejas).- El éxito de esta técnica se debe a que abre la posibilidad de fabricar piezas de alta calidad de formas complejas con dimensiones cercanas a las del producto final y con mejores propiedades mecánicas, por su mayor homogeneidad y control del tamaño de los granos; factores esenciales para lograr la formación de enlaces fuertes entre las partículas y en consecuencia, incrementos en la Dureza y tenacidad de los materiales, de difícil manufactura, con excelentes tolerancias, de alta calidad y en grandes series. En este proceso se preparan aleaciones mezclando los polvos metálicos secos, en ocasiones, combinados con otros elementos como cerámicos o polímeros, prensándolos a alta presión y calentándolos después a temperaturas justo por debajo del punto de fusión del metal principal durante el tiempo suficiente para que se enlacen las partículas de los diferentes polvos; el resultado es una aleación sólida y homogénea con propiedades especiales. El desperdicio de materiales es reducido; admite combinaciones o mezclas poco comunes, y permite lograr grados de porosidad y permeabilidad controlados. Es un proceso eficiente, de alta productividad, con ahorro de energía y materias primas. Es una técnica de manufactura flexible y útil para un amplio rango de aplicaciones, como por ejemplo compuestos resistentes al desgaste, filamentos de tungsteno para ampolletas, restauraciones dentales, rodamientos auto-lubricantes, engranes de transmisión para automóviles, componentes eléctricos, refuerzos para tecnología nuclear, implantes ortopédicos, filtros, pilas recargables, y piezas para aeronaves. Otros ejemplos son los discos de esmerilar, brocas y herramientas de corte y desbaste. PulvimetalurgiaPulvimetalurgia

6 Los dos metales más utilizados para la producción de polvo para la fabricación de componentes son el cobre y el hierro; como reemplazo del cobre se utilizan el bronce para hacer cojinetes porosos y el latón para pequeñas piezas de maquinaria, además se combinan latón y acero para partes estructurales; también, aunque en menor proporción, se emplean polvos de acero inoxidable, níquel, plata, tungsteno, tantalio, titanio, cobalto, zirconio, grafito, aluminio y diferentes carburos y óxidos metálicos. La selección y aplicación de un polvo dependen del tipo de material y los objetivos que se quieran alcanzar, por esto, en la industria se eligen los polvos según su forma, tamaño y distribución de las partículas, además de su pureza, densidad, velocidad de flujo y compresibilidad, ya que estas características determinan las propiedades finales de las piezas. Para la producción de polvos metálicos existen diversos procedimientos: Pulverización Líquida: Pulverización Líquida: Con este método, el metal fundido es separado en pequeñas gotas que luego son congeladas rápidamente antes de que se vuelvan a fusionar entre ellas o con una superficie sólida. Después se desintegran al someterlas al impacto de fuertes flujos de gas (se usan comúnmente aire, nitrógeno y argón) o de líquido (normalmente agua). La principal ventaja de la pulverización es su flexibilidad, pues al modificar diferentes parámetros del proceso se puede controlar el tamaño de las partículas y producir polvos de diferentes grados de finura; es el método más utilizado para metales que tienen bajos puntos de fusión, como estaño, plomo, zinc, cadmio y aluminio. Reducción en Estado Sólido o Reducción de Óxido: Reducción en Estado Sólido o Reducción de Óxido: Este proceso ha sido durante mucho tiempo el más utilizado para la producción de polvo de hierro; la materia prima seleccionada es macerada o triturada, mezclada con carbón y pasada por un horno continuo; este método crea una especie de esponja de hierro que después se tritura nuevamente, se separan los materiales no metálicos y se tamiza para producir el polvo; debido a que no se hace ningún refinamiento, la pureza del polvo depende de la pureza de la materia prima. Este es el único método práctico disponible para producir polvos de metales refractarios, como tungsteno y molibdeno, también es una técnica económica para producir polvos de hierro, níquel, cobalto y cobre. Fabricación de Polvos

7 Electrólisis: El metal a pulverizar, que actúa como ánodo, se sumerge en tinas con un electrolito; mientras los tanques actúan como cátodos, el hierro o metal se mueve de los ánodos hacia los cátodos depositándosecomo un polvo fino que puede posteriormente utilizarse con facilidad. Es el método más adecuado para producir polvos muy puros, principalmente de hierro y cobre. Una vez obtenidos los polvos metálicos, el proceso para conformar una pieza por pulvimetalurgia se puede resumir en tres etapas: Dosificación y Mezcla: Dosificación y Mezcla: Los polvos metálicos se deben mezclar con sus respectivas adiciones (dependiendo de las propiedades deseadas para la pieza terminada), para crear una mezcla homogénea de ingredientes. Generalmente, para obtener las características requeridas es necesario mezclar polvos de tamaños y composiciones diferentes; igualmente, se pueden añadir aditivos que actúen como lubricantes durante el compactado o aglutinantes (estearato de zinc)que incrementen la resistencia del compactado crudo. El tiempo de mezclado puede variar desde unos pocos minutos hasta varios días, dependiendo del material y de los resultados deseados. Compactado: Compactado: Esta es la operación más importante dentro de la metalurgia de polvos, en ella se introduce la mezcla en un molde de acero o carburo rígido y se compacta bajo presión hasta obtener una pieza con la forma y el tamaño deseado. La mayor parte del compactado se hace en frío, aunque hay algunas aplicaciones para las cuales la mezcla se presiona en caliente; la compresión en caliente produce mayor exactitud de la pieza. El objetivo de la presión es unir las partículas, generar enlaces entre los átomos e incrementar la densidad de la mezcla. En teoría, si un polvo se comprime lo suficiente, alcanzará el 100 por ciento de la densidad y la resistencia del metal original al ser sinterizado. Elaboración de Componentes

8 Sinterizado: Sinterizado: En esta etapa la mezcla comprimida adquiere la resistencia y fuerza definitiva. Las piezas se introducen en un horno con temperatura controlada que no excede el punto de fundición del metal base (entre el 60 y 90 por ciento antes de la fusión), con esto se logra la difusión atómica del material y la unión entre los diferentes polvos, lograda durante el proceso de compactación, y se fortalecen los enlaces metalúrgicos para formar una pieza uniforme con propiedades especiales. En la mayoría de los casos se usan hornos eléctricos pero si se necesitan temperaturas superiores, se utilizan múltiples tipos de hornos, todo depende de los polvos que se empleen, por lo que existen tantas temperaturas de sintonización como materiales utilizados. El tamaño, forma y distribución de los polvos metalúrgicos afectan las ccaracterísticas de las piezas a producir. En especial la finura de los polvos se refiere al tamaño de la partículas las cuales se encuentran entre las 36 y 850 micras.

9 La PM se ha enfocado en crear compuestos de alta tecnología, entre los que se destacan, la obtención de aleaciones resistentes que puedan trabajar a alta temperatura. Estas aplicaciones son especialmente importantes en la industria del transporte, en particular en la aeronáutica, y en la producción de energía. La tecnología PM ha logrado desarrollar excelentes aceros rápidos de alta aleación del tipo refractarios, utilizados principalmente en la fabricación de herramientas de corte. La principal propiedad es que cuentan con una alta resistencia, dureza y tenacidad, acompañada de una buena resistencia al desgaste. La PM ha permitido fabricar diversas superaleaciones, entre ellas las de base Níquel, que se utilizan para obtener piezas de formas complejas para la industria aeronáutica. Una de las primeras superaleaciones comerciales fue Nimonic 75, denominada así porque puede trabajar a 750 ºC. Posteriormente, se desarrolló la aleación Nimonic 90 que incorpora más titanio y aluminio, lo que amplió excepcionalmente sus propiedades. Todas estas ventajas hacen que, aunque el proceso pulvimetalúrgico es más costoso, el rendimiento de la pieza es mayor, y, por tanto, el empleo de piezas de acero sinterizado puede ser finalmente más rentable. Otro de los usos frecuentes de los polvos metálicos es la sinterización de materiales con memoria de forma (EMF), que básicamente son aleaciones que pueden recuperar su forma original tras un simple calentamiento después de ser deformados plásticamente. También poseen efecto súper elástico y una capacidad elevada de amortiguamiento. Actualmente, los alambres súper elásticos han encontrado un amplio uso en la ortodoncia. La pulvimetalurgia también se usa en gran medida en la producción de materiales con aplicaciones magnéticas empleados en la industria eléctrica y electrónica. Además, para crear metales duros que se utilizan extensamente en la fabricación de herramientas de corte para conformar y mecanizar; y en la minería para perforaciones y manipulación de mineral. Materiales y aplicaciones

10 Ingenieros de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) han desarrollado el Diboruro de renio, una nueva aleación superdura a través de PM, el cual puede rallar el diamante con facilidad y se puede fabricar con relativa sencillez. Hasta ahora todos los materiales que competían con el diamante en dureza se fabricaban a altas presiones y temperaturas, por su parte el Diboruro de renio se obtiene de una mezcla de Boro y Renio por la que se hace pasar una corriente eléctrica (sinterización por resistencia). Son indiscutibles las ventajas y oportunidades para la industria, entre las que se destacan: Limpieza metalúrgica: La mínima presencia de óxidos y sulfuros en comparación a otros métodos de elaboración resulta en una mayor tenacidad.- Limpieza metalúrgica: La mínima presencia de óxidos y sulfuros en comparación a otros métodos de elaboración resulta en una mayor tenacidad.- Uniformidad de estructura: Debido al proceso de fabricación, se obtiene un producto de perfecta homogeneidad. Una mejor respuesta al tratamiento térmico, resulta en muy bajas modificaciones dimensionales y menores deformaciones.- Uniformidad de estructura: Debido al proceso de fabricación, se obtiene un producto de perfecta homogeneidad. Una mejor respuesta al tratamiento térmico, resulta en muy bajas modificaciones dimensionales y menores deformaciones.- No hay pérdidas de material. No hay pérdidas de material. Porosidad controlada. Porosidad controlada. Resistencia al desgaste y dureza en caliente: materiales pulvimetalúrgicos especiales para herramienta y altamente aleados, preservan su alta dureza en caliente, así como altísima resistencia al desgaste para ser aplicados en herramientas de corte, embutido, extrusión y conformado y roscado en frío. Resistencia al desgaste y dureza en caliente: Los materiales pulvimetalúrgicos especiales para herramienta y altamente aleados, preservan su alta dureza en caliente, así como altísima resistencia al desgaste para ser aplicados en herramientas de corte, embutido, extrusión y conformado y roscado en frío. Maquinabilidad: Permiten excelente maquinado y rectificado, incluso, para grados que tienen alto contenido de Vanadio.

11 Los polvos metálicos son costosos y difíciles de almacenar, al igual que los equipos para su producción. Además, los métodos tradicionales (fundición y forja) son procedimientos mucho más económicos. Tolerancias reducidas y acabado superficial de alta calidad. Tolerancias reducidas y acabado superficial de alta calidad. Por la calidad y pureza de los polvos producidos, se pueden obtener también piezas de alta pureza. Por la calidad y pureza de los polvos producidos, se pueden obtener también piezas de alta pureza. Algunos productos fabricados por este procedimiento son: filtros metálicos, carburos cementados, engranes y rotores para bombas, escobillas para motores, cojinetes porosos, magnetos y contactos eléctricos.


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