UT3(S3)

PROCESOS DE

MANUFACTURA II Unidad Temtica 3.

Materiales para herramientas y fluidos de corte

OBJETIVOS

Objetivo general

27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 2

Analizar los diferentes materiales de herramientas de corte, sus caractersticas

de uso y los resultados obtenidos en los

procesos de fabricacin con

desprendimiento de viruta.

Analizar la influencia de la geometra de la herramienta de corte sobre los

resultados de los procesos de fabricacin

con desprendimiento de viruta.

OBJETIVOS

Objetivo general


Caracterizar y Modelar el desgaste de la herramienta de corte en los procesos de

fabricacin con desprendimiento de

viruta.

Analizar el papel del empleo de fluidos de corte en los procesos de fabricacin con

desprendimiento de viruta y su influencia

en el resultado final.

CONTENIDO

I. Materiales de las herramientas de corte I. Aceros rpidos

II. Metal duro

III. Cermicas

IV. Materiales sintticos de alta dureza

V. Recubrimientos

II. Geometra de la herramienta de corte I. Efectos de los ngulos de desprendimiento, incidencia y ataque.

II. Efectos del radio de la punta de la herramienta.

III. Rompevirutas y sus efectos

III. Vida de las herramientas I. Aspectos generales

II. Desgaste en las herramientas de torneado

III. Desgaste en las fresas frontales

IV. Duracin o vida de la herramienta

V. Representacin y evolucin del desgaste

IV. Fluidos para corte I. Tipos de fluidos para corte

II. Aplicacin de los fluidos para corte


I. Aspectos generales






III. VIDA DE LAS HERRAMIENTAS

DE CORTE

Contenido

I. Aspectos Generales








Cules son las causas de

falla de los materiales de las

herramientas de corte?


Fuerzas de corte demasiado grandes en la punta de la herramienta, causando una falla repentina por fractura

Fractura

Una temperatura de corte demasiado elevada para el material de la herramienta, causa ablandamiento en la punta, deformacin plstica y prdida en el filo de corte

Temperatura

El desgaste gradual del borde cortante ocasiona prdida de la forma de la herramienta, reduccin en la eficiencia del corte, desgaste acelerado y falla final de la herramienta

Desgaste gradual



Los dos mecanismos de desgaste anteriores suelen producir daos en la superficie mecanizada y son indeseables

Desgaste progresivo :

Ocurre cuando la herramienta se utiliza adecuadamente.

Produce una prdida de forma de la herramienta y reduccin de su eficiencia de corte.

A partir de un determinado instante se produce un desgaste acelerado y la falla total de la herramienta


II. Desgaste en las herramientas de

torneado Ocurre en dos lugares principales de la herramienta de

corte


1. Desgaste de crter (K)

Interface herramienta-viruta

Accin de la viruta

Predominante a alta velocidad de corte

Se reduce mediante el uso eficiente de los carburos

2. Desgaste de Flanco (VB)

Interface herramienta-pieza

Rozamiento entre la herramienta y la superficie generada

Predominante a bajas velocidades

Abrasin entre el filo y la superficie mecanizada

Propiedades Mecnicas

Baja velocidad

Difusin Qumica y compatibilidad metalrgica

Alta velocidad

Difusin qumica

Muy alta velocidad


torneado


(a) Desgaste de crter; (b) Desgaste de flanco


torneado


Fallo catastrfico

VB= 0.3 mm si el labio est desgastado regularmente en la zona B

VBmax= 0.6 mm si el labio est desgastado irregularmente, rayado, astillado o

demasiado ranurado en la zona B


torneado El desgaste se concentra en el filo primario


Cortes y ngulos de la herramienta de torneado: g) corte principal; h) corte secundario; a) ngulo de

incidencia; b) ngulo de filo; g) ngulo de ataque;

d) ngulo de corte; a) corte principal paralelo al eje de giro; b) corte principal oblicuo al eje de giro


torneado


Mecanismos de desgaste progresivo

Abrasin

Adhesin

Difusin

Deformacin plstica


torneado

Abrasin.

Desgaste mecnico

Partculas duras rayan y remueven pequeas porciones de la herramienta.

Ocurre tanto en el desgaste de flanco como el de crter

Predominante en el desgaste de flanco..


Figura. Modos de desgaste abrasivo.


torneado Abrasin



torneado

Adhesin

Cuando dos metales entran en contacto a alta presin y temperatura se produce la adhesin o soldado entre ellos (viruta y herramienta).

A medida que la viruta fluye a travs de la herramienta se rompen pequeas partculas de la herramienta y se separan de la superficie, provocando el desgaste de la superficie.


Figura Mecanismo de formacin de ranuras

sobre superficies desgastadas por transferencia

de partculas endurecidas en fro.

Figura. Proceso de transferencia de metal debido a

adhesin


torneado

Difusin. Intercambio de tomos a travs

del limite de contacto entre dos superficies.

Ocurre en el limite herramienta-viruta y ocasiona que la superficie de la herramienta quede agotada por los tomos que le imparten dureza..

Conforme este proceso contina, la superficie de la herramienta se vuelve mas susceptible a la abrasin y la adhesin.

La difusin contribuye principalmente al desgaste en crter.


Flujo neto de tomos de soluto por

unidad de rea, por unidad de

tiempo (J)

PAtJtW )()( Donde:

W(t): es el nmero de tomos difundidos J: flujo o corriente neta de tomos. A; rea de contacto P: Porcentaje del elemento disolvente

Temperatura!!!


torneado


Deformacin plstica

Las fuerzas de corte que actan en el borde corte a altas temperaturas hacen que este se deforme plsticamente, hacindolo ms vulnerable a la abrasin de la superficie de la herramienta.

La deformacin plstica contribuye principalmente al desgaste del flanco

III. Tipos de desgaste progresivo

Se manifiesta por la aparicin sobre la cara de incidencia de una banda estriada y brillante paralela a la arista de corte

Desgaste en la cara de incidencia o

frontal

La punta de la herramienta puede sufrir deformacin permanente como consecuencia de las elevadas temperaturas y presiones en el corte.

Se produce en materiales altamente resistentes. Se traduce en un mayor desgaste frontal a la altura de la punta de

la herramienta

Deformacin plstica

En ciertas condiciones se produce una entalla sobre la arista cortante a la altura del dimetro perifrico de la pieza, especialmente cuando existe filo recrecido.

Se suele presentar en el mecanizado de materiales dctiles a bajas velocidades.

Entalla

Est caracterizado por una cubeta que se origina en la cara de desprendimiento.

Su influencia es notable sobre el enrollamiento de la viruta sobre si misma, de tal forma que en ciertas condiciones puede sustituir al rompe virutas.

Desgaste en la cara de desprendimiento

o craterizacin


III. Tipos de desgaste progresivo


II. Tipos de desgaste progresivo

Desgaste de la superficie de desprendimiento (desgaste

de crter)



Desgaste de la labio (flanco) de una herramienta de

carburo



Otros tipos de desgaste


Superficies producidas por

torneado sobre acero por

corte, segn se observa bajo

un SEM con una herramienta

con B.U.E

Patrones de desgaste en herramientas


Manufacturing, Engineering & Technology, Fifth Edition, by Serope Kalpakjian and Steven R. Schmid.

ISBN 0-13-148965-8. 2006 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved.

Figure 21.15 (a) Flank

wear and crater wear in a

cutting tool; the tool

moves to the left as in

Fig. 21.3. (b) View of

the rake face of a turning

tool, showing various

wear patterns. (c) View

of the flank face of a

turning tool, showing

various wear patterns.

(d) Types of wear on a

turning tool: 1. flank

wear; 2. crater wear; 3.

chipped cutting edge; 4.

thermal cracking on rake

face; 5. built-up edge; 6.

catastrophic failure.

(See also Fig. 21.18.)

Source: Courtesy of

Kennametal, Inc.

III. Desgaste en fresado



Desgaste de flanco



Desgaste de entalladura



Seguimiento del desgaste de flanco


IV. Vida de la herramienta


En un estudio clsico sobre aceros maquinados, F.W. Taylor

public en 1907, la relacin general aproximada del desgaste de la herramienta contra el tiempo

de corte, para el desgaste de flanco

VT n C

VT nd x f y C


Las condiciones de corte (velocidad de corte, avance, profundidad de pasada, etc.);

La geometra de la herramienta La calidad del material de la herramienta y

pieza;

El criterio de duracin o vida de la herramienta (desgaste frontal de la cara de incidencia, profundidad de crter de la cara de desprendimiento, tolerancias de la pieza, etc.);

y condiciones de trabajo, como el refrigerante utilizado, medios de fijacin de la pieza, potencia y estado de la mquina

Taylor para ello realiza una serie sistemtica de largusimos ensayos, haciendo intervenir en los mismos, doce parmetros de corte, entre los que se encuentran:



Para estudiar la relacin existente entre la vida de la herramienta y la velocidad de corte, fij arbitrariamente diez de los parmetros y se dedic a variar la velocidad de corte para estudiar la influencia en la duracin del filo.

Defini como Vida de la Herramienta : Longitud de tiempo de corte en el cual se puede usar la herramienta.

Y para establecer la vida de la herramienta Taylor adopt el criterio de cada de filo, que se detecta por la aparicin de vibraciones, por un empeoramiento brusco del acabado superficial y por un sensible aumento de los esfuerzos de corte. Estableciendo como desgaste mximo permitido 0.05 mm.

Los resultados obtenidos los llev a una grfica en la que en abcisas consta el logaritmo de la velocidad de corte y en ordenadas, el logaritmo de la vida de la herramienta; de tal forma que observ que siempre que permaneciesen fijos los diez parmetros, cualesquiera que fuera su valor, siempre se obtena una recta.




1 2 3

El borde cortante afilado se desgasta rpidamente al entrar en uso

Ocurre en los primeros minutos de corte

Periodo de rompimiento

Desgaste a velocidad ms o menos uniforme

Una lnea recta (pueden haber desviaciones)

Desgaste en estado estable

Regin donde el desgaste se empieza a acelerar

Las temperaturas de corte son ms altas

La eficiencia del proceso se reduce

Regin de falla





Figure 21.16 Effect of workpiece hardness and microstructure on tool life in turning ductile

cast iron. Note the rapid decrease in tool life (approaching zero) as the cutting speed

increases. Tool materials have been developed that resist high temperatures, such as

carbides, ceramics, and cubic boron nitride, as will be described in Chapter 22.



Ferrita: 100

Perlita: 200

Martensita: 300-500

La pendiente de la curva de desgaste en la regin de estado estable se ve afectada por el

material de trabajo



La pendiente de la curva de desgaste en la regin de estado estable se ve afectada por el material de trabajo y las condiciones de corte

Materiales de trabajo ms duros ocasionan incrementos en la velocidad de desgaste (la pendiente de la curva).

Es importante el tratamiento trmico de la pieza, principalmente porque aumenta la dureza de la pieza. Por ejemplo, la ferrita tiene una dureza aproximada de 100HB, la perlita 200HB y la martensita de 300 a 500HB.

Las impurezas y los componentes duros en el material o en la superficie de la pieza, como por ejemplo, herrumbe, cascarilla, escoria, etc., tambin son de importancia, porque su accin abrasiva reduce la vida de la herramienta


Vida de la herramienta es la longitud del tiempo de corte en el cual se puede usar una herramienta.


Al aumentar las velocidades de corte se incrementa la velocidad de desgaste,

alcanzndose el mismo desgaste en menos tiempo

Criterio de Falla

catastrfica (no

deseable)

Criterio 0.020 pulg

(0.05 mm) desgaste

de flanco


Si los valores de vida de las herramientas de la curva anterior se trazan en una grfica log-log de velocidad de corte contra la vida de las herramientas, la relacin resultante es una lnea recta.


C representa la velocidad de corte a la

cual la herramienta durara un minuto.


Ecuacin de Taylor


VT n C

VT nd x f y C

V: Velocidad de corte

T: tiempo (min) que tarda en

desarrollarse cierta cara de

desgaste en el flanco (VB)

n: exponente que depende de

los materiales de herramienta

C: material de trabajo y

condiciones de corte

d: profundidad de corte

f: avance (mm/rev) o (in/rev)


Para tener una vida de la herramienta constante

Si se aumenta la rapidez de avance o la profundidad de corte, se

debe disminuir la velocidad de corte, o viceversa.

Dependiendo de los exponentes, una reduccin de velocidad

puede tener como consecuencia un aumento de material removido,

por la mayor rapidez de avance y/o profundidad de corte.

Se deben determinar experimentalmente los exponentes x, y para

cada condicin de corte.

En la prctica

n= 0,15

x= 0.15

y= 0.6



Determinar los valores de C y n en la grfica adjunta.


679

:tantoloPor

67941200

doSustituyen

329.0

1042.26932.0

7136.32983.5609.19915.5

41ln200ln5ln400ln

naturallogaritmoAplicando

412005400

Igualamos

41200

5400

329.0

329.0

vT

C

n

n

nn

nn

C

C

nn

n

n





Tool-life Curves

Figure 21.17 Tool-life curves for a

variety of cutting-tool materials. The

negative inverse of the slope of

these curves is the exponent n in

the Taylor tool-life equation and C is

the cutting speed at T = 1 min,

ranging from about 200 to 10,000

ft./min in this figure.

Se debe tener cuidado al usar las

ecuaciones de duracin de la

herramienta fuera del intervalo de

velocidades de corte en que son

aplicables.


Pistas de desgaste promedio admisible (VB) para

herramientas de corte en diversas operaciones.



Efecto de la velocidad de corte sobre la tasa de remocin

de material.

Supongamos que se va a maquinar el material en la condicin 1. Si la

velocidad de corte es 60 m/min


mm

mm

600min5min/120

3300min55min/60

IV. Vida de la herramienta: Seguimiento

del desgaste


I. Tipos de fluidos para corte

II. Aplicacin de los fluidos para corte


IV. FLUIDOS DE CORTE

I. Tipos de fluidos de corte: aplicacin


I. Tipos de Fluidos de corte

Tipos


Soluciones Emulsiones

Fluidos base

Aceite mineral

Aceite Vegetal

Fluidos sintticos

Agua

Aditivos solubles

Fase continua

Agua

Fase discontinua

Aceite

Fluidos sintticos

Aditivos

Divisin prctica

Miscibles en agua: mayor poder refrigerante Aceites de corte: mayor poder lubricante

I. Tipos de Fluidos de corte


II. Aplicaciones de Fluidos de corte


II. Aplicaciones de fluidos de corte:

mnima lubricacin



Equipos usados en Mnima lubricacin



Mecanizado en seco



Nitrgeno lquido




Mecanizado en seco, 50 min Mecanizado hmedo, 50 min Mecanizado criognico, 50 min



Figure 22.12 Schematic illustration of the proper methods of

applying cutting fluids (flooding) in various machining operations:

(a) turning, (b) milling, (c) thread grinding, and (d) drilling.


Preguntas del captulo

1. Describa los modos de falla de las herramientas de

corte segn catlogo de herramientas de torneado, e

identifique el modo de falla en las fotografas de las

herramientas que a continuacin se muestran.

Recomiende una posible solucin al problema.



Causa. _____________________________________________

Solucin. _____________________________________________


Frontal Superior

Causa. _____________________________________________

Solucin. _____________________________________________


Causa. _____________________________________________

Solucin. _____________________________________________

Preguntas del captulo

2. Parmetros influyentes en el proceso de desgaste de

herramienta:

Profundidad de corte ap [mm]

Avance fn [mm/r]

Velocidad de corte Vc [m/min]

Analizar grficos provistos por fabricante ap [mm] [mm] vs

vida til

fn [mm/rev] vs vida til

Vc [m/min] vs vida til

Deducir cual es el parmetro ms influyente dentro de la

vida til de la herramienta.


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