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
• Trozado
• Fresado de placa
• 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
Continua
Escalonada
o segmentada
Discontinua
Importancia: Acabado superficial, vida de la herramienta, vibración.
TIPOS DE VIRUTA
Continua
• 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
Escalonada
• Cambia la
geometría del filo
de corte.
• Posee zonas de alta
y baja deformacion
de corte
• Mal acabado
superficial
• Metales con baja
conductividad
termica y
resistencia que
disminuye
rapidamente con la
temperatura
• Un borde delgado y
estable es favorable,
reduciendo el
desgaste en el filo
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
Potencia:
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
Fundiciones
Grises
Cobre
Magnesio
Aleaciones
base Níquel
Titanio
Tungsteno
• Fácil de maquinar
• Los grados suaves tienden a formar borde acumulado
• Dificultad de control dimensional (alto coef. De dilatación, bajo modulo de elasticidad)
• 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
• 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.
• Fácil de maquinar, buen acabado superficial y larga duración de herramienta
• Muy reactivo
• Endurecen con el trabajo, son abrasivas y resistentes a altas temperaturas.
• Baja conductividad térmica, que causa incremento en la temperatura y borde
acumulado
• 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)
• 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
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