FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA, ELECTRICA Y ELECTRONICA. LOZANO MENDEZ JUAN CARLOS PEREZ MOTA JOSE EDUARDO
DURACION Y DESGASTE DE LAS HERRAMIENTAS.
INTRODUCCION. La duración o vida de la herramienta de corte es un factor económico muy Importante en el corte de metales. Las condiciones para las cuales se obtiene una vida relativamente corta de la herramienta son antieconómicas porque los costos de reafilado o de reemplazo de la herramienta son comparativamente altos. La vida de una herramienta de corte puede llegar a su fin por varias causas. pero éstas pueden ser separadas en dos grandes grupos: 1. El desgaste gradual o progresivo de ciertas regiones en la cara y en et flanco de la herramienta. 2. Fallas mecánicas que Ileven la vida de la herramienta hacia un final prematuro.
DESGASTE PROGRESIVO DE LA HERRAMIENTA. En el corte de metales, el desgaste puede ocurrir en las tres formas siguientes: El desgaste por adhesión. El desgaste por abrasión. La difusión.
FORMAS DE DESGASTE EN EL CORTE DE METALES. El desgaste progresivo de una herramienta tiene lugar en dos formas distintas: Desgaste en la cara. Desgaste en el flanco.
DESGASTE DE LA CARA DE LA HERRAMIENTA. El cráter formado en la cara de la herramienta se ajusta a la forma de la viruta y esta limitado al área de contacto entre la viruta y la herramienta. Además, la zona adyacente al filo. En donde se presentan la fricción adhesiva o el recrecimiento del filo, se desgasta poco. En condiciones de temperaturas elevadas, las herramientas de acero rápido se desgastarán muy rápidamente en razón del ablandamiento térmico del material. En el trabajo experimental, la profundidad máxima del cráter es generalmente una medida de la cantidad de desgaste y puede ser determinada mediante un instrumento de medición superficial.
DESGASTE DEL FLANCO. El desgaste del flanco de una herramienta de corte es ocasionado por la fricción entre la superficie producida en la pieza y el área del flanco en contacto con ella. 1. La región AB en donde el filo agudo se despostilla rápidamente y aparece una zona de desgaste de dimensiones finitas. 2. La región BC en la cual el desgaste progresa uniformemente. 3. La región CD en la cual el desgaste progresa a una tasa creciente. Ver figura siuiente.
Fig.4.4
CRITERIOS DE DURACION DE UNA HERRAMIENTA. Como criterio de duración de una herramienta se define un valor mínimo predeterminado del desgaste o la ocurrencia de un fenómeno. La fig. 4.3 ilustra una herramienta de filo único ya desgastada.
Criterios usuales para herramientas de carburo sinterizado. Se recomiendan uno de los siguientes criterios: VB = 0.3 mm VB max = 0.6 mm si el flanco esta desgatado irregularmente KT = 0.06 + 0.3f, en donde f es el avance.
Duración de la herramienta Es el tiempo de corte requerido para alcanzar un criterio de duración de la herramienta. La velocidad de corte es el factor que mas afecta la vida de una herramienta.
Taylor planteo una relación empírica que puede escribirse como: Constante Velocidad de corte Duración de la herramienta Velocidad de corte de referencia, para la cual se conoce la duración de la herramienta tr
Fig.4.2
Falla prematura de la herramienta. Muchas herramientas de corte están provistas de pastillas de carburo, estas son demasiado frágiles, y las herramientas deben ser manejadas cuidadosamente, por que las cargas súbitas pueden fracturar la pastilla. Estas herramientas también son susceptibles de fractura por esfuerzos térmicos transitorios.
Efecto del filo recrecido. La presencia de un filo recrecido sobre la cara de la herramienta puede disminuir o aumentar la vida de la herramienta
Efectos de los ángulos de la herramienta. En condiciones de corte deficientes caracterizadas por energías especificas de corte y temperaturas elevadas el desgaste de la herramienta es grande. Para un conjunto de condiciones de corte, existe un valor optimo en el Angulo de inclinación que aumenta la duración de la herramienta.
Efecto de la holgura normal sobre el desgaste del flanco. El ancho de la zona de desgaste es por lo común el factor limitante que determina la duración de la herramienta de corte. La siguiente figura demuestra que el aumento por unidad de tiempo del ancho de la zona de desgaste del flanco es dependiente de la holgura del flanco.
Aumento por unidad de tiempo de la longitud de la zona de desgaste del flanco Holgura normal efectiva Remoción por unidad de tiempo del material de la herramienta normal a la dirección de corte
EFECTO DE LA VELOCIDAD Y EL AVANCE SOBRE EL CRECIMIENTO DEL CRATER Y LA FORMACION DEL FILO DE RECRECIDO. En el corte de metales, un aumento en la velocidad o en el avance implica un aumento en las temperaturas de la cara de la herramienta. A velocidades bajas, un aumento en las temperaturas de la cara de la herramienta tiende a reducir la fricción en la superficie de contacto entre la viruta y la herramienta y desde luego tiende a prevenir la formación de un filo recrecido: a velocidades altas, un aumento en las temperaturas de la cara de la herramienta tiende a aumentar el crecimiento por unidad de tiempo del Cráter.
MATERIAL DE LA HERRAMIENTA. Uno de los grandes avances en el mecanizado lo constituyo el descubrimiento del tratamiento térmico usado en le producción de herramienta de corte de acero rápido, realizado por Taylor. Los desarrollos de la metalurgia y de la tecnología han contribuido a la introducción de nuevos materiales para herramientas, tales como aleaciones tundidas, carburos cementados y. más recientemente, óxidos sinterizados o cerámicas.
La experiencia práctica ha demostrado cuáles son los materiales más apropiados para las diferentes operaciones; es deseable que el material posea dureza elevada y que ésta sea mantenida a temperaturas altas. Se ha encontrado que los materiales más apropiados para el corte continuo con herramientas de filo principal único rara vez pueden ser usados en herramientas de filos múltiplas Como las herramientas de filo principal único constituyen una pequeña parte de las que se usan en la práctica.
Los aceros rápidos son aceros aleados principalmente con tungsteno (aproximadamente 18% y cromo (aproximadamente 4%) también pueden contener cobalto, vanadio o molibdeno. Las herramientas de aleaciones fundidas no contienen hierro y son fundidas en su forma final.
Generalmente, los carburos cementados se obtienen mezclando tungsteno pulverizado y carbono a temperaturas elevadas en la proporción de 94 y 6 por ciento en peso, respectivamente. Se fabrican generalmente en forma de pastillas, que pueden ser soldadas o fijadas mecánicamente a un soporte o vástago (fig. 4.10)
Más recientemente, se ha producido carburo de titanio cementado en la forma de pastillas desechables Este material es más resistente al desgaste que el carburo de tungsteno pero tiene la desventaja de poseer una resistencia menor. El requisito básico para material de herramientas que desbasten eficientemente el acero es poseer la tenacidad del carburo de tungsteno y una resistencia al desgaste superior a la del carburo de titanio.
MATERIAL DE TRABAJO. El término maquinabilidad se aplica a menudo a los materiales de trabajo para describir sus propiedades de mecanización; puede tener varios significados según el proceso que esté bajo consideración. Debe observarse que cualquier declaración con respecto a la maquinabilidad puede aplicarse únicamente bajo el conjunto particular de circunstancias existentes cuando se hizo la observación.
Aunque "maquinabilidad" es significativo solamente en un sentido cualitativamente amplio, se han realizado muchos intentos por obtener una medida cuantitativo un índice o número de maquinabilidad. Se han propuesto muchas métodos ingeniosos para obtener datos acerca de la maquinabilidad y algunos de ellos aún son usados. Aunque estos métodos son de significación dudosa, pueden Ser usados para medir la variación en alguna propiedad de mecanización de materiales de la misma especificación.
Desgaste de la herramienta y ensayo de maquinabilidad. La obtención de datos de desgaste de herramientas es supremamente tediosa e involucra una serie de mediciones tomadas cuidadosamente durante largos períodos de tiempo. Éstos ensayos consumen una gran cantidad de material de trabajo y varias herramientas experimentales. Las propiedades de la herramienta y el material de trabajo pueden variar de tal forma que se pueden presentar discrepancias considerables en el desgaste de la herramienta por unidad de tiempo.
Es deseable contar con un método que permita la realización rápida y económica de los ensayos. Un método de ensayo rápido es el conocido como ensayo de desgaste acelerado, y un ejemplo involucra el refrentado en el torno. En este ensayo, la velocidad de rotación de la pieza es elevada, y la herramienta es desplazada radialmente desde el eje de la pieza hacia afuera. Las condiciones se escogen de tal forma que la herramienta falle totalmente antes de alcanzar el diámetro exterior de la pieza.
Otro tipo de ensayo involucra una técnica especial de medición de pequeñas cantidades de desgaste. En este método tas superficies de trabajo de la herramienta son preparadas y pulidas cuidadosamente; luego, la herramienta es usada para cortar el material de la pieza de muestra durante un periodo de tiempo corto, y se mide el desgaste ocurrido en el flanco de la herramienta.
Un ensayo de desgaste rápido propuesto más recientemente requiere que la herramienta sea preparada esmerilando una zona de desgaste artificial en su flanco. Se miden las variaciones en la magnitud de esta zona de desgaste ocasionadas por una pequeña cantidad de mecanización, y se obtiene así el desgaste por unidad de tiempo de la herramienta en fa región lineal de la curva de desgaste.
Factores que afectan la maquinabilidad. En general, puede decirse que una pieza de dureza elevada implica una maquinabilidad baja a causa del consumo de potencia y de las temperaturas y por consiguiente el desgaste de la herramienta por unidad de tiempo será alto. También puede afirmarse que, en general, los metales puros tienden a adherirse a las superficies de trabajo de la herramienta de corte, dando lugar a la aparición de la fricción y desgaste de la herramienta por unidad de tiempo.
La adición deliberada de azufre, plomo o telurio tanto a los metales no ferrosos como a los aceros aumenta la productividad y mejora el acabado superficial. Parece que los aditivos mencionados reducen el contacto metálico entre la herramienta y el material de trabajo reducen la fricción y el desgaste de la herramienta por unidad de tiempo.