Universidad De OrienteNcleo AnzoteguiEscuela de Ingeniera y Ciencias AplicadasDepartamento de MecnicaPROCESOS DE MANUFACTURA ii

ELABORACIN DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE CON ACERO ESPECIAL K100 PARA EL PROCESO DE CILINDRADO EN EL TORNO

[Procesos de Manufactura II]Diseo de Herramienta de corte

Revisado por:Prof. Luis Martnez

Realizado por: Br. Carlos Campos C.I. 21.390.459Br. Carlos J. Lugo C.I. 23.546.230Seccin 02

Barcelona, Noviembre de 2013INTRODUCCINLos procesos de manufactura son la forma de transformar la materia prima que hallamos, para darle un uso prctico en nuestra sociedad y as disfrutar la vida con mayor comodidad. Con el rpido desarrollo de nuevos materiales, los procesos de fabricacin se estn haciendo cada vez ms complejos, de ah nace la importancia de conocer los diversos procesos de manufactura mediante los cuales pueden procesarse los materiales. La industria requiere actualmente de tales conocimientos y es por eso que el presente trabajo pretende que los alumnos como nosotros apliquen los conocimientos adquiridos en la materia de Manufactura Industrial. El proceso de fabricacin descrito es una base de acero especial k cuyas operacin principal fue el esmerilado. Esta herramienta fue diseada para ser trabajada en un torno, es decir para realizar el proceso de torneado lo cual implica una operacin con arranque de viruta que permite la elaboracin de piezas cilndricas, cnicas y esfricas, mediante el movimiento uniforme de rotacin alrededor del eje fijo de la pieza.Para lograr terminar este trabajo exitosamente, el equipo compr el Acero especial K de acuerdo a las especificaciones dadas por el profesor, se hizo los clculos necesarios para el maquinado de la pieza y esta se trabaj en un taller para su elaboracin.Es de gran importancia que el futuro profesional ingeniero industrial tenga conocimiento de los procesos de manufactura de mayor aplicacin para la fabricacin de piezas y materiales, as como de los procesos industriales bsicos, ya que con la numerosa incorporacin de empresas pequeas y medianas basadas en procesos de manufactura y la incorporacin de tecnologa de punta para mantener o aumentar sus ndices de competitividad se hace necesario que los conocimientos adquiridos en el saln de clases sean llevados a la prctica con la elaboracin de trabajos como este.

DISEO DE LA HERRAMIENTA DE CORTE

Para la seleccin del material de la herramienta es de gran importancia tener en consideracin que el mismo debe ser ms duro que el material que se desea cortar, y adems debe ser capaz de mantener dicha dureza a elevadas temperaturas para poder emplear altas velocidades de corte y favorecer la productividad. Es notable mencionar que la dureza y la fragilidad son propiedades concordantes, por lo que se deben tomar precauciones con respecto a esto. Como se puede apreciar en la tabla 1.1, la dureza del acero AISI 1020 es de aproximadamente 10 HRC o 173 HB para este acero normalizado y una dureza de 23 HRC o 242 HB para este acero templado, dureza que al ser comparada con la de los aceros de herramienta resulta ser baja, ya que los mismos poseen durezas superiores 50 HRC, es por esta razn que se emplear un acero especial K, especficamente el acero K100 el cual primeramente se le aplic un tratamiento trmico llamado temple para aumentar su dureza y poder trabajar aceros ms comerciales y de menor dureza, este acero alcanzo una dureza de 54 HRC, este tratamiento consiste en uncalentamiento y enfriamiento, realizando este ltimo con una velocidad mnima denominada crtica de temple. El fin que se pretende generalmente en este ciclo es transformar toda la masa de acero con el calentamiento en austenita y despus, por medio de un enfriamiento suficientemente rpido, convertir la austenita en martensita, que es el constituyente de los aceros templados, el enfriamiento se realiz llevando la herramienta directamente del horno a un recipiente de aceite hasta que se enfriara. Luego de este tratamiento se procedi a realizarle un revenido el cual es un tratamiento trmico efectuado sobre un producto templado con el fin de obtener modificaciones que le confiera las caractersticas de empleo deseadas como por ejemplo mejorar la tenacidad de los aceros templados, a costa de disminuir la dureza, la resistencia mecnica y su lmite elstico. En el revenido se consigue tambin eliminar, o por lo menos disminuir, las tensiones internas del material producidas a consecuencia del temple. Con estos dos tratamientos se logr que el acero especial K obtuviera una dureza de 51 HRC lo cual es conveniente ya que posee una buena resistencia al desgaste adhesivo, adems de su capacidad de mantener su dureza en altas temperaturas de trabajo, lo que permitir realizar mayor cantidad de piezas sin tener que afilar nuevamente la herramienta y as tener mayor productividad. El proceso completo de temple ms revenido se conoce como bonificado, que como su nombre lo indica, mejora o beneficia el acero, aumentando su vida.

Tabla 1.1 - Composicin qumica del acero AISI 1020. %C%Mn%S%P

0.200.60- 0.9000.05 mx0.04 mx

Tabla 1.2 Composicin qumica del Acero Especial K100.%C%Mn%SI%CrW

2.10.300.30120.80

Tabla 1.3 Tratamientos trmicos aplicados al Acero Especial K100 y dureza obtenida.Temperatura(C)Tiempo en el hornoDureza obtenida

Templado960Hasta alcanzar dicha temperatura54 HCR

Revenido460Media hora 51 HCR

Debido a una complicacin al realizar el tratamiento del temple se obtuvo una pequea diferencia de dureza a lo largo o tramo de la herramienta, esto se pudo comprobar a travs de un ensayo de dureza que se le practico a la herramienta por medio de un durmetro, como se puede observar en la siguiente figura.

Figura 1.1 Ensayo de dureza a la herramienta

Para el diseo de la geometra de dicha herramienta se debe seguir una serie de lineamientos que corresponden al trabajo que sta efectuar. Es necesario tomar en cuenta que se debe tener un ngulo de alivio que no comprometa la robustez de la herramienta, pero sea suficiente para disminuir la friccin entre el til y el trabajo, dicho ngulo de alivio no solo se emplea en el plano de corte, sino que por la naturaleza del cilindrado se requiere de un ngulo de alivio lateral que evite el contacto de los costados del til con el trabajo. Es por estas razones que el ngulo de alivio del plano de corte ser 5 mientras que el ngulo de alivio lateral ser de 6.

En cuanto al ngulo de ataque a emplear, este es seleccionado de acuerdo al proceso a realizar con la herramienta y el tipo de material a cortar, en donde se tiene que para este diseo se emplear acero AISI 1020 templado como mximo, considerado semiduro por su bajo porcentaje de carbono. Para estos tipos de aceros se deben utilizar ngulos de ataque positivos en el filo de corte de los tiles que estn constituidos de acero rpido o aceros especiales, es por esto que dicho ngulo ser 5.

Finalmente, el ngulo de filo es obtenido por diferencia de angulos varios detalles de la pieza y resulta ser 80, este ngulo es el que define la robustez de la herramienta.

Los ngulos definidos anteriormente sern tallados a partir de una barra de 9.5cm de longitud, de seccin transversal cuadrangular de 12mmx12mm (1/2x1/2), dicha barral estar constituida de acero Especial K100. Podemos observar el plano de la herramienta de corte en la figura 1.2.

Figura 1.2 Dimensiones de la herramienta

La duracin de la herramienta se puede estimar a travs de la figura 2, que muestra la vida til de la herramienta graficada en escala logartmica logartmica para diferentes materiales con los que estn estn construidas:

Figura 2 Vida til de la herramienta de corte.

MaterialesPara una buena herramienta de corte, los materiales que la forman deben tener las siguientes caractersticas: Dureza - Debe tener dureza para aguantar la elevada temperatura y fuerza de friccin cuanto est en contacto con la pieza. Resiliencia - Debe tener resiliencia porque las herramientas no se agrieten o se fracturen. Resistencia al desgaste - Debe tener una duracin aceptable, ya que no interesa que tenga que cambiar muy a menudo y detener la fabricacin.Seguidamente se describen diferentes materiales utilizado para fabricar herramientas de corte o plaquetas:Material de la herramientaPropiedades

Acero no aleadoEs un acero con entre 0,5 a 1,5% de congingut de carbono. Para temperaturas de unos 250 C pierde su dureza, por lo tanto es inapropiado para grandes velocidades de corte y no se utiliza, salvo casos excepcionales, para la fabricacin de herramientas de turno. Estos aceros se denominan usualmente aceros al carbono o aceros para hacer herramientas (WS).

Acero aleadoContiene como elementos aleatorios, adems del carbono, adiciones de volframio, cromo, vanadio, molibdeno y otros. Hay aceros dbilmente aleado y aceros fuertemente aleado. El acero rpido (SS) es un acero fuertemente aleado. Tiene una elevada resistencia al desgaste. No pierde la dureza hasta llegar a los 600 C. Esta resistencia en caliente, que eas debida sobre todo al alto contenido de volframio, hace posible el torneado con velocidades de corte elevadas. Como el acero rpido es un material caro, la herramienta usualmente slo lleva la parte cortante hecha de este material. La parte cortante o placa van soldadas a un mango de acero de las mquinas.

Metal duroLos metales duros hacen posible un gran aumento de la capacidad de corte de la herramienta. Los componentes principales de un metal duro son el volframio y el molibdeno, adems del cobalto y el carbono. El metal duro es caro y se suelda en forma de plaquetas normalizadas sobre los mangos de la herramienta que pueden ser de acero barato. Con temperaturas de corte de 900 aunque tienen buenas propiedades de corte y se puede trabajar a grandes velocidades. Con ello se reduce el tiempo de trabajo y adems la gran velocidad de corte ayuda a que la pieza con la que se trabaja resulte lisa. Es necesario escoger siempre para el trabajo de los diferentes materiales la clase de metal duro que sea ms adecuada.

CermicosEstable. Moderadamente barato. Qumicamente inerte, muy resistente al calor y se fijan convenientemente en soportes adecuados. Las cermicas son generalmente deseable en aplicaciones de alta velocidad, el nico inconveniente es su alta fragilidad. Cermica se consideran impredecibles en condiciones desfavorables. Los materiales cermicos ms comunes se basan en almina (xido de aluminio), nitruro de silicio y carburo de silicio. Se utiliza casi exclusivamente en plaquetas de corte. Con dureza de hasta aproximadamente 93 HRC. Se deben evitar los bordes afilados de corte y ngulos de desprendimiento positivo.

CermetEstable. Moderadamente caro. Otro material cementado basado en carburo de titanio (TiC). El aglutinante es usualmente nquel. Proporciona una mayor resistencia a la abrasin en comparacin con carburo de tungsteno, a expensas de alguna resistencia. Tambin es mucho ms qumicamente inerte de lo que. Altsima resistencia a la abrasin. Se utiliza principalmente en en convertir los bits de la herramienta, aunque se est investigando en la produccin de otras herramientas de corte. Dureza de hasta aproximadamente 93 HRC. No se recomiendan los bordes afilados generalmente.

DiamanteEstable. Muy Caro. La sustancia ms dura conocida hasta la fecha. Superior resistencia a la abrasin, pero tambin alta afinidad qumica con el hierro que da como resultado no ser apropiado para el mecanizado de acero. Se utiliza en materiales abrasivos usara cualquier otra cosa. Extremadamente frgil. Se utiliza casi exclusivamente en convertir los bits de la herramienta, aunque puede ser usado como un revestimiento sobre muchos tipos de herramientas. Se utilizan sobre todo para trabajos muy finos en mquinas especiales. Los bordes afilados generalmente no se recomiendan. El diamante es muy duro y no se desgasta.

Mecanizado en seco y con refrigeranteHoy en da el torneado en seco es completamente viable. Hay una tendencia reciente a efectuar los mecanizados en seco siempre que la calidad de la herramienta lo permita.La inquietud se despert durante los aos 90, cuando estudios realizados en empresas de fabricacin de componentes para automocin en Alemania pusieron de relieve el coste elevado de la refrigeracin y sobre todo de su reciclado.Sin embargo, el mecanizado en seco no es adecuado para todas las aplicaciones, especialmente para taladrados, roscados y mandrinados para garantizar la evacuacin de las virutas.Tampoco es recomendable tornear en seco materiales pastosos o demasiado blandos como el aluminio o el acero de bajo contenido en carbono ya que es muy probable que los filos de corte se embocen con el material que cortan, produciendo mal acabado superficial, dispersiones en las medidas de la pieza e incluso rotura de los filos de corte.En el caso de mecanizar materiales de viruta corta como la fundicin gris la taladrina es beneficiosa como agente limpiador, evitando la formacin de nubes de polvo txicas.La taladrina es imprescindible torneando materiales abrasivos tales como inoxidables, inconells, etcEn el torneado en seco la maquinaria debe estar preparada para absorber sin problemas el calor producido en la accin de corte.Para evitar sobrecalentamientos de husillos, etc suelen incorporarse circuitos internos de refrigeracin por aceite o aire.Salvo excepciones y a diferencia del fresado el torneado en seco no se ha generalizado pero ha servido para que las empresas se hayan cuestionado usar taladrina solo en las operaciones necesarias y con el caudal necesario.Es necesario evaluar con cuidado operaciones, materiales, piezas, exigencias de calidad y maquinaria para identificar los beneficios de eliminar el aporte de refrigeranteParmetros de corte del torneadoLos parmetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso de torneado son los siguientes: Eleccin del tipo de herramienta ms adecuado Sistema de fijacin de la pieza Velocidad de corte (Vc) expresada en metros/minuto Dimetro exterior del torneado Revoluciones por minuto (rpm) del cabezal del torno Avance en mm/rev, de la herramienta Avance en mm/mi de la herramienta Profundidad de pasada Esfuerzos de corte Tipo de torno y accesorios adecuadosVelocidad de corteSe define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la pieza que est en contacto con la herramienta. La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la profundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la mquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijacin de la pieza y de la herramienta.

A partir de la determinacin de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendr el cabezal del torno, segn la siguiente frmula:

Donde Vc es la velocidad de corte, n es la velocidad de rotacin de la pieza a maquinar y Dc es el dimetro de la pieza.La velocidad de corte es el factor principal que determina la duracin de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. Los fabricantes de herramientas y prontuarios de mecanizado, ofrecen datos orientativos sobre la velocidad de corte adecuada de las herramientas para una duracin determinada de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos. En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duracin diferente de la herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de correccin. La relacin entre este factor de correccin y la duracin de la herramienta en operacin de corte no es lineal.[8]La velocidad de corte excesiva puede dar lugar a: Desgaste muy rpido del filo de corte de la herramienta. Deformacin plstica del filo de corte con prdida de tolerancia del mecanizado. Calidad del mecanizado deficiente; acabado superficial ineficiente.La velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a: Formacin de filo de aportacin en la herramienta. Efecto negativo sobre la evacuacin de viruta. Baja productividad. Coste elevado del mecanizado.Velocidad de rotacin de la piezaLa velocidad de rotacin del cabezal del torno se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). En los tornos convencionales hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del nmero de velocidades de la caja de cambios de la mquina. En los tornos de control numrico, esta velocidad es controlada con un sistema de realimentacin que habitualmente utiliza un variador de frecuencia y puede seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta una velocidad mxima.La velocidad de rotacin de la herramienta es directamente proporcional a la velocidad de corte e inversamente proporcional al dimetro de la pieza.

[editar] Velocidad de avanceArtculo principal: Avance.El avance o velocidad de avance en el torneado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de torneado.Cada herramienta puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolucin de la pieza , denominado avance por revolucin (fz). Este rango depende fundamentalmente del dimetro de la pieza , de la profundidad de pasada , y de la calidad de la herramienta . Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en los catlogos de los fabricantes de herramientas. Adems esta velocidad est limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia del motor de avance de la mquina. El grosor mximo de viruta en mm es el indicador de limitacin ms importante para una herramienta. El filo de corte de las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado entre un mnimo y un mximo de grosor de la viruta.La velocidad de avance es el producto del avance por revolucin por la velocidad de rotacin de la pieza.

Al igual que con la velocidad de rotacin de la herramienta, en los tornos convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidades disponibles, mientras que los tornos de control numrico pueden trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la mxima velocidad de avance de la mquina.Efectos de la velocidad de avance Decisiva para la formacin de viruta Afecta al consumo de potencia Contribuye a la tensin mecnica y trmicaLa elevada velocidad de avance da lugar a: Buen control de viruta Menor tiempo de corte Menor desgaste de la herramienta Riesgo ms alto de rotura de la herramienta Elevada rugosidad superficial del mecanizado.La velocidad de avance baja da lugar a: Viruta ms larga Mejora de la calidad del mecanizado Desgaste acelerado de la herramienta Mayor duracin del tiempo de mecanizado Mayor coste del mecanizadoTiempo de torneado

Fuerza especfica de corteLa fuerza de corte es un parmetro necesario para poder calcular la potencia necesaria para efectuar un determinado mecanizado. Este parmetro est en funcin del avance de la herramienta, de la profundidad de pasada, de la velocidad de corte, de la maquinabilidad del material, de la dureza del material, de las caractersticas de la herramienta y del espesor medio de la viruta. Todos estos factores se engloban en un coeficiente denominado Kx. La fuerza especfica de corte se expresa en N/mm2.[9]Potencia de corteLa potencia de corte Pc necesaria para efectuar un determinado mecanizado se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza especfica de corte y del rendimiento que tenga la mquina . Se expresa en kilovatios (kW).

Esta fuerza especfica de corte Fc, es una constante que se determina por el tipo de material que se est mecanizando, geometra de la herramienta, espesor de viruta, etc.Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene que dividirse por un determinado valor () que tiene en cuenta la eficiencia de la mquina. Este valor es el porcentaje de la potencia del motor que est disponible en la herramienta puesta en el husillo.

Donde Pc es la potencia de corte (kW) Ac es el dimetro de la pieza (mm) f es la velocidad de avance (mm/min) Fc es la fuerza especfica de corte (N/mm2) es el rendimiento o la eficiencia de el mquina

1. escanear dibujo 7.4 y 7.62. buscar velocidades de corte de acero suave3. calcular r.p.m del torno con la formula de velocidad de corte4. como usar la pieza en el torno *acodada)5. profundidad es 7/8 menos dimetro ya chaflaneado6. papel de yisus7. angulos de mi herramienta