FUNDAMENTOS Y HERRAMIENTAS MECANIZADO: FUNDAMENTOS Y HERRAMIENTAS Carracedo Ramiro Materiales II Instituto Balseiro 2013

FUNDAMENTOS DEL CORTE En un proceso de corte se remueve material de la superficie de una pieza y se producen virutas, con el fin de obtener una cierta forma de la pieza y/o un determinado acabado superficial

Procesos mas comunes de corte Cilindrado Fresado de placa Trozado Fresado de acabado

Factores que influyen en el proceso Variables independientes: Material, estado de la herramienta Material, estado y temperatura de la pieza Parámetros de corte ( velocidad, avance, profundidad) Fluidos de corte Características de la maquina herramienta (rigidez, amortiguamiento) Sujeción y soporte de la pieza

Factores que influyen en el proceso Variables dependientes: Tipo de viruta Fuerza y energía disipadas Aumento de temperatura (en herramienta, viruta y pieza) Desgaste de la herramienta Acabado superficial de la pieza

Mecánica del corte: Corte ortogonal      

Angulo del plano de corte Importancia: Influye sobre la fuerza y potencia del proceso, y por lo tanto sobre la temperatura.       Deformación cortante :   Viruta mas ancha (mayor disipación de energía)    

TIPOS DE VIRUTA Borde acumulado Escalonada o segmentada Discontinua Importancia: Acabado superficial, vida de la herramienta, vibración.

TIPOS DE VIRUTA Continua Escalonada Discontinuas Borde Acumulado Materiales ductiles, velocidades y angulos de ataque grandes Zona de cizallamiento angosta Buen acabado superficial Indeseables por interferencia con las maquinas (uso de rompevirutas) Borde Acumulado Cambia la geometría del filo de corte. Mal acabado superficial Un borde delgado y estable es favorable, reduciendo el desgaste en el filo Escalonada Posee zonas de alta y baja deformacion de corte Metales con baja conductividad termica y resistencia que disminuye rapidamente con la temperatura Discontinuas Materiales frágiles, o que contienen inclusiones o impurezas Velocidades muy bajas o muy altas Profundidad de corte, angulo de ataque grandes Las fuerzas en la herramienta varian continuamente

Corte Oblicuo Angulo efectivo de ataque:          

Fuerzas y Potencia de corte Fuerzas sobre la herramienta:     Sobre la cara de la herramienta:     En el plano cortante:    

Fuerzas y Potencia de corte   Se disipa en la zona de cizallamiento y en la cara de ataque (por fricción)        

TEMPERATURA EN EL CORTE La energía disipada en el corte se convierte en calor que aumenta la temperatura de la pieza y la herramienta Es importante conocer el incremento de temperatura: Afecta la resistencia, dureza y desgaste de la herramienta Exactitud dimensional Daños sobre la superficie maquinada

TEMPERATURA EN EL CORTE Fuentes Principales: Zona primaria de corte, Interfase herramienta-viruta. Temperatura media en el torneado:   Energía que pasa a cada componente Distribución típica de temperatura

VIDA DE LAS HERRAMIENTAS Desgaste De flanco: se presenta en la superficie de incidencia de la herramienta Relación de Taylor:   Todos los factores:     (valores característicos) De cráter: se da en la cara de ataque. - Se debe al mecanismo de difusión. Cambia la geometría de la interfase. Aumenta con la temperatura

Curvas de vida de herramienta

VIDA DE LAS HERRAMIENTAS Desportillamiento Rotura y expulsión de una pequeña parte del filo de la herramienta. Perdida repentina de material, que produce un efecto negativo sobre el Acabado superficial, la integridad superficial y la exactitud dimensional. Causas: Choque térmico Fatiga térmica

Vigilancia del estado de la herramienta Vigilancia directa: Medición óptica del desgaste. Vigilancia indirecta: Correlación del estado de la herramienta con variables de proceso. Técnica de emisión acústica Transductores de fuerzas

MAQUINABILIDAD Se define en función de cuatro factores: Acabado e integridad superficial Duración de la herramienta Requerimientos de fuerza y potencia Control de viruta

MAQUINABILIDAD: Aceros Resulfurados y refosforados El azufre forma inclusiones de sulfuro de manganeso, que actúan como elevadores de esfuerzos en las zonas de corte primario (las virutas se rompen con facilidad) El fósforo fortalece la ferrita (mejor formación de viruta y acabado superficial) Con plomo El plomo es insoluble en hierro, y por su baja resistencia al corte actúa como lubricante sólido A altas temperaturas (altas velocidades) actúa como lubricante liquido Baja el esfuerzo en la zona de corte primaria Desoxidados con calcio   Inoxidables Los austeníticos son difíciles de maquinar en general (Producen traqueteo) Los ferriticos tienen buena maquinabilidad. Los martensiticos son abrasivos, tienden a formar borde acumulado

MAQUINABILIDAD: Otros Metales Aluminio Fácil de maquinar Los grados suaves tienden a formar borde acumulado Dificultad de control dimensional (alto coef. De dilatación, bajo modulo de elasticidad) Fundiciones Grises Buena maquinabilidad, pero muy abrasivos Los carburos libres pueden causar deportillamiento o fracturas en la herramienta Los hierros nodulares y maleables son maquinables con herramientas de material duro Cobre El forjado tiende a formar borde acumulado, las aleaciones coladas son fáciles de maquinar El latón en general es fácil de maquinar, el bronce no tanto. Magnesio Fácil de maquinar, buen acabado superficial y larga duración de herramienta Muy reactivo Aleaciones base Níquel Endurecen con el trabajo, son abrasivas y resistentes a altas temperaturas. Titanio Baja conductividad térmica, que causa incremento en la temperatura y borde acumulado Tungsteno Frágil, resistente y muy abrasivo. Su maquinabilidad mejora a altas temperaturas

MATERIALES DE HERRAMIENTAS La herramienta debe poseer las siguientes características: Dureza, dureza en caliente Tenacidad Resistencia al desgaste Estabilidad química

Aceros Al carbono y de media aleación Poco costosos Se conforman y afilan con facilidad No tienen resistencia suficiente para cortar a altas velocidades De alta velocidad (Rápidos) Buena resistencia al desgaste y relativamente poco costosos Por su tenacidad se adaptan principalmente para herramientas con ángulos de ataque grande Tipos básicos: Al Molibdeno(serie M) Al tungsteno(serie T) Fabricación: Forjado, colado o sinterizado

Aleaciones de cobalto Composición: Cobalto, Cromo y Tungsteno Gran dureza: resistencia al desgate Mantiene la dureza a altas temperaturas Baja tenacidad Se fabrican por fundición y luego se esmerilan. Uso actual: Cortes de desbaste

Carburos Gran dureza en un amplio margen de temperaturas Alto modulo de elasticidad y conductividad térmica Baja dilatación térmica Hay dos grupos Básicos: Carburo de Titanio (TiC) Carburo de Tungsteno (WC)

Carburos Carburo de Tungsteno (WC) Carburo de Titanio (TiC) Material compuesto formado por partículas de WC en una matriz de Cobalto (Carburos cementados) Se fabrican con técnicas de metalurgia de polvos. Se prensan las partículas y sinterizan en las formas deseadas. Se usan para cortar aceros, fundiciones y materiales no ferrosos abrasivos Carburo de Titanio (TiC) Tiene mayor resistencia al desgaste que el de tungsteno, pero menor tenacidad Matriz de níquel y Molibdeno Adecuado para materiales muy duros, y para mayores velocidades de corte que las posibles con el carburo de tungsteno

Carburos: insertos

Herramientas Recubiertas  

Cerámicas a base de Alúmina Se prensan en frio y se sinterizan a alta temperatura. Alta resistencia a la abrasión y dureza en caliente Poca tendencia a formar borde acumulado Sensible al choque térmico Eficientes en cortes de acabado de alta velocidad e ininterrumpidos Carecen de tenacidad, para reducir la falla, la maquina debe tener buena rigidez y capacidad de amortiguamiento Cermets: 70% alúmina, 30% Carburo de Titanio Mejor resistencia, tenacidad y confiabilidad Adecuados para cortes ligeros de desbaste y de acabado a alta velocidad

Nitruro de Boro Cúbico (cBN) Material mas duro después del diamante Se fabrica por sinterización de una capa de 0,5 a 1 mm sobre un sustrato de carburo. Frágiles Proporciona una resistencia muy alta al desgaste Maquinado en seco para evitar choque térmico

Diamante Es el material mas duro Baja fricción y alta resistencia al desgaste Es frágil (se usan ángulos de ataque bajos) Se desgasta por microdesportillamiento y por transformación a carbono. Fabricación parecida a las herramientas de cBN Se pueden usar a cualquier velocidad Gran afinidad química, por lo que no se recomienda para maquinar aceros o aleaciones a base de Titanio, Níquel y Cobalto. Se usa principalmente para lograr buen acabado superficial y exactitud dimensional

FLUIDOS DE CORTE Reducir la fricción y el desgaste Reducir las fuerzas y el consumo de energía Refrigerar Lavar y retirar viruta Proteger la superficie maquinada contra la corrosión del ambiente

FLUIDOS DE CORTE Tipos: Aceites Emulsiones Semisintéticos Sintéticos Métodos de Aplicación Por inundación: se inyecta el fluido a baja presión sobre la zona de corte. Por niebla: se vaporiza el fluido sobre la zona de corte, suministra fluido a áreas inaccesibles. Mejor visibilidad. Alta presión: mejora la rapidez de remoción de calor, trabaja como rompedor de virutas