Departamento de Ingeniería Mecánica

Tecnología Mecánica I 67.15

Unidad 2: Herramientas de corte Ing. Guillermo Orlando Castro 1

TEMARIO A) Materiales: Materiales: aceros rápidos, sinterizados, carburos y óxidos, revestimientos especiales especiales.. B) Ángulos característicos : gama de ataque, beta de corte, alfa de incidencia, lambda de inclinación, kappa de posición de filo, épsilon de punta, sus variaciones en función de los materiales a trabajar trabajar.. C) Influencia de la velocidad y la temperatura temperatura.. D) Acabado y rugosidad superficial superficial:: su relación con la tolerancia dimensional dimensional.. Líquidos de corte corte.. 2

FORMACION DE LA VIRUTA La herramienta de corte, al penetrar con su filo en el material, provoca la separación de una capa del mismo, que constituye la viruta viruta.. Esto se realiza de la siguiente manera: manera:

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FORMACION DE LA VIRUTA · El filo en forma de cuña abre el material material.. · El material separado se recalca (aumenta su grueso) por efecto de la fuerza aplicada con la cara anterior de la herramienta. herramienta. · La partícula de metal se curva y se desvía de la superficie de trabajo trabajo.. · Cada partícula siguiente hace el mismo proceso, para continuar unida a la anterior, formando una viruta más o menos continua, o separarse y dar origen a una viruta fragmentada fragmentada.. Dependiendo de la naturaleza del material y de la forma de la herramienta, la viruta será diferente diferente;; es decir, una misma herramienta produce virutas diferentes en distintos materiales materiales.. Los materiales plásticos, como el cobre, el plomo, los aceros suaves, dan unas virutas largas más o menos rizadas rizadas;; por el contrario, la fundición, el bronce, el latón con mucho cinc y, en general, los materiales quebradizos, originan virutas cortas cortas.. 4

FORMACION DE LA VIRUTA Básicamente, la viruta se forma en un proceso de cizalladura localizado que se desarrolla en zonas muy estrechas estrechas.. Se trata de una deformación plástica, bajo condiciones de gran tensión y alta velocidad de deformación, que se genera a partir de una región de compresión radial que se propaga por delante de la herramienta cuando ésta se desplaza por encima de la pieza pieza.. Esta región de compresión radial posee, al igual que toda deformación plástica, una zona de compresión elástica que pasa a serlo de compresión plástica al otro lado de la frontera entre ambas ambas.. En los metales recocidos, la compresión plástica engendra densas marañas y redes de dislocaciones, y cuando este endurecimiento por deformación plástica llega a la saturación (acritud total), al material no le queda otro remedio que cizallarse cizallarse.. 5

FORMACION DE LA VIRUTA

Este proceso de cizalladura es de por sí in homogéneo (discontinuo), y en él una serie de frentes de cizalladura ó bandas estrechas, produce en la viruta una estructura que se califica de laminar. Esta es la estructura fundamental que se presenta a microescala en todos 6 los metales cuando se mecanizan.

TIPOS DE VIRUTAS El tipo de viruta está determinado primordialmente por: por: a) Propiedades del material a trabajar b) Geometría de la herramienta de corte c) Condiciones del maquinado (profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte) corte).. En general, es posible diferenciar inicialmente tres tipos de viruta:: viruta 7

TIPOS DE VIRUTAS Viruta discontinua ó fragmentada  este caso representa el corte de la mayoría de los materiales frágiles tales como el hierro fundido y el latón fundido fundido.. Para estos casos, los esfuerzos que se producen delante del filo de corte de la herramienta provocan fractura fractura.. Lo anterior se debe a que la deformación real por esfuerzo cortante excede el punto de fractura en la dirección del plano de corte, de manera que el material se desprende en segmentos muy pequeños pequeños.. Por lo común se produce un acabado superficial bastante aceptable en estos materiales frágiles, puesto que el filo tiende a reducir las irregularidades.. irregularidades 8

TIPOS DE VIRUTAS Suelen formarse bajo las siguientes condiciones: - Materiales frágiles en la pieza, porque no tienen la capacidad para absorber las grandes deformaciones constantes que se presentan en el corte corte.. - Materiales de la pieza que contienen inclusiones e impurezas duras duras.. - Velocidades de corte muy bajas o altas. altas. - Grandes profundidades de corte corte.. - Ángulos de ataque bajos bajos.. - Falta de un fluido de corte eficaz. eficaz. - Baja rigidez de la máquina herramienta herramienta..

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TIPOS DE VIRUTAS Viruta Continua  este tipo de viruta, el cual representa el corte de la mayoría de materiales plásticos que permiten al corte tener lugar sin fractura, es producido por velocidades de corte relativamente altas, grandes ángulos de ataque (entre 10 10ºº y 30 30º) º) y poca fricción entre la viruta y la cara de la herramienta.. herramienta Las virutas continuas y largas pueden ser difíciles de manejar, y en consecuencia la herramienta debe contar con un rompevirutas que retuerza la viruta y la quiebre en tramos cortos. cortos. 10

TIPOS DE VIRUTAS Rompevirutas Es una muesca o escalón que se hace en la cara de ataque de las herramientas, para evitar la formación de virutas largas, principalmente en el torneado, cuyo enrollamiento dificulta la salida de la propia viruta, impide ver el trabajo y puede ser causa de accidentes accidentes.. Con el rompevirutas, la viruta larga va rompiéndose en pequeños trocitos medida que se produce produce.. En otras herramientas, como en las brocas, el rompevirutas impide la formación de virutas anchas. anchas.

DE OBSTRUCCION

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TIPOS DE VIRUTAS Viruta Continua con protuberancias  este tipo de viruta representa el corte de materiales plásticos a bajas velocidades en donde existe una alta fricción sobre la cara de la herramienta. herramienta. Esta alta fricción es causa de que una delgada capa de viruta quede cortada de la parte inferior y se adhiera a la cara de la herramienta.. La viruta es similar a la viruta continua, pero la herramienta produce una herramienta que tiene una saliente de metal aglutinado soldada a su cara cara.. Periódicamente se separan porciones de la saliente y quedan depositadas en la superficie del material, dando como resultado una superficie rugosa; rugosa; el resto de la saliente queda 12 como protuberancia en la parte trasera de la viruta viruta..

TIPOS DE VIRUTAS

Viruta Fragmentada

Viruta Continua

Viruta Continua con protuberancias 13

HERRAMIENTAS DE CORTE Por herramienta de corte se entiende a aquel instrumento que, por su forma especial y por su modo de empleo, modifica paulatinamente el aspecto de un cuerpo por desprendimiento de viruta, hasta conseguir el objeto deseado, empleando el mínimo de tiempo y gastando la mínima energía energía.. Para que esto se lleve a cabo, es necesario conocer las características principales de las herramientas de corte corte:: - La clase - La forma

- El material - Los ángulos característicos 14

CLASES DE HERRAMIENTAS DE CORTE 1.- Herramientas de corte por generación de sección de viruta 2.- Herramientas de corte por generación de partículas (ruedas abrasivas – amolado, rectificado y afilado) Dentro del primer grupo, y de acuerdo a los diferentes tipos de máquinas herramientas, se clasifican del siguiente modo: modo: a.- Herramientas de filo único (torneado, limado, cepillado, mortajado, alesado) b.- Herramientas de filos múltiples (fresado, agujereado, roscado, brochado, escariado, aserrado, tallado de engranajes) 15

HERRAMIENTAS DE CORTE DE FILO UNICO

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HERRAMIENTAS DE CORTE DE FILOS MULTIPLES

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Los materiales empleados para fabricar herramientas deben tener, además de cierta composición química, determinadas características físicas para el corte, que permitan el máximo rendimiento con el mínimo desgaste desgaste.. Estas características físicas son: son: - Resistencia al desgaste y al rozamiento - Resistencia a las presiones - Resistencia a los choques - Resistencia a la temperatura 19

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Tipo

Sigla

Aplicación

Aceros finos al C Aceros rápidos Aceros súper rápidos Metales duros Carburos metálicos Cermets Cerámica Nitruro de boro cúbico Diamante policristalino

S HS HSS HM C CT CC CBN PCD

Herramientas manuales Materiales metálicos en gral gral.. Materiales metálicos en gral gral.. Materiales metálicos en gral gral.. Materiales metálicos en gral gral.. Acero inoxidable, fundición Acero templado, fundición Acero templado, fundición No ferrosos y no metálicos

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 1. 1.-- Aceros finos al carbono ó hipereutectoides (S) Son aleaciones de Fe – C con aproximadamente de 0,6 a 1,6% de C, aplicables para bajas velocidades de corte (entre 10 y 15 m/min m/min..). Después del temple, poseen en frío gran dureza dureza.. Con pequeñas cantidades de otros elementos de aleación como Cr, Co, Mn, Mo, Ni, Si, W y Va, que mejoran sus cualidades de dureza y resistencia al desgaste, se denominan especiales, y pueden emplearse para mecanizar a una velocidad de corte de hasta 25 m/min m/min.. Conservan el filo en buenas condiciones por debajo de los 250°°C. Cuando sobrepasan esta temperatura, pierden dureza 250 y se desgastan rápidamente rápidamente.. 21

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 1. 1.-- Aceros finos al carbono ó hipereutectoides (S) Su dureza es de hasta 68 HRc HRc,, y entre 350° 350°C y 400° 400°C la misma cae hasta 50 – 55 HRc HRc,, con la consecuente pérdida de filo.. Es por ello que su aplicación se limita a herramientas filo manuales de baja velocidad en materiales blandos blandos:: Fresas, brocas, sierras



1,33 % C

Machos, terrajas, escariadores



1,15 %C

Herramientas para madera



1,00 % C 22

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 2.- Aceros rápidos (HS) Se denomina acero rápido a la aleación Fe - C con un contenido de carbono de entre 0,7 y 0,9 % (menor que los aceros al C), a la cual se le agrega un elevado porcentaje de W (13 - 23 %), Cr (3,5 - 4,5 %), V (0,8 - 3,2 %) y Mo (0,5 - 1,1%) . El agregado de W y Cr duplican y cuadriplican la velocidad de corte en comparación con los aceros al C, mientras que el V aumenta la dureza y la capacidad de corte en caliente caliente.. Por el contrario, poseen menor dureza en frío (65 HRc) HRc) que los aceros al C. 23

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 2.- Aceros rápidos (HS) Denominados también aceros de corte rápido, una denominación comercial típica para estos aceros es el llamado 18 – 44 – 11 (18 18% % W – 44 44% % Cr – 11 11% % V) V).. Las herramientas construidas con estos aceros pueden trabajar con velocidades de corte de 60 m/min m/min.. a 100 m/min m/min.. (variando esto con respecto a la velocidad de avance y la profundidad de corte), sin perder el filo de corte hasta la temperatura de 600 600°° C y conservando una dureza Rockwell de 62 a 64 64.. El filo se pierde entre 650 650°°C y 750° 750°C. 24

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 3.- Aceros super – rápidos (HSS) Su composición es semejante a la de los aceros rápidos, pero con la adición de Co en la proporción del 4 al 16 16% %. Este elemento es el que permite que estos aceros se caractericen por una notable resistencia al desgaste del filo de corte aún a temperaturas superiores a los 600 600°° C, por lo permiten velocidades de corte superiores a las de los aceros rápidos.. rápidos Presentan grandes dificultades para forjarlos, por lo que, al tratarse de cuchillas de torno, de limadora, etc etc.., la forma y el afilado deberán obtenerse por amolado a partir de las barras que se expenden comercialmente comercialmente.. 26

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 4.- Aleaciones ó metales duros (HM) Son aleaciones cuyos principales componentes son W (10 20 %), Cr (20 - 35 %), Co (30 - 35 %), Mo (10 - 20 %), pequeños porcentajes de C (0,5 - 2 %) y de Fe hasta 10 %. Dichas aleaciones son preparadas en forma de pequeñas placas fundidas, las cuales se sujetan en la extremidad maquina de un mango de acero al carbono carbono.. Las herramientas construidas presentan las siguientes ventajas ventajas::

con

estas

aleaciones

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 4.- Aleaciones ó metales duros (HM) a) Se pueden trabajar metales duros con altas velocidades de corte, de 5 a 10 veces superiores a las velocidades utilizadas con herramientas de acero rápido rápido.. Vc mínima mínima:: 120 m/min m/min.. b) Conservan el filo de corte a temperaturas hasta de 800 800°° C. c) El afilado se realiza fácilmente a la muela como todas las herramientas de acero rápido y extra - rápido rápido.. d) Muy buen comportamiento para el mecanizado de no ferrosos y fundiciones de Fe Fe.. e) Con el agregado de Ti y Ta en forma de carburo, se reduce el alto coeficiente de rozamiento con el acero acero.. 29

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 5.- Carburos metálicos (C) Son aglomerados de varios metales refractarios, cuyo punto de fusión es muy elevado, como el W (3400° 3400°C), el Ti (2850 2850°°C) y el Mo (2600 2600°°C) etc etc.. Como aglomerante se emplea el cobalto en una proporción de 6 a 12 12% %. Sus principales componentes son son:: carburo de tungsteno (WC), carburo de titanio (TiC – es el componente más frágil) o carburo de cobalto (CoC CoC), ), en una proporción de 88 a 94 94% %. En menor medida se utilizan carburo de tantalio (TaC TaC), ), carburo de molibdeno (MoC MoC), ), carburo de vanadio (VC) y carburo de niobio (NbC NbC)). 30

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 5.- Carburos metálicos (C) El TiC y TaC poseen bajo coeficiente de fricción con el acero, pero aumentan la fragilidad de la herramienta de corte corte.. Su fabricación se realiza por sinterización ó pulvimetalurgia, pulvimetalurgia, que consiste en triturar los metales en polvo finísimo, someterlos a una temperatura de 1400 1400°°C aproximadamente, para pulverizarlos de nuevo y someterlos seguidamente a una presión de 4000 a 5000 Kg Kg../cm /cm2 2 en un molde con un aglutinante (Co ó Ni) Ni).. Luego se trocea el producto en pastillas y se cuecen otra vez a unos 1700 1700°°C. 31

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 5.- Carburos metálicos (C) Es tal la dureza de este material que se conoce con el nombre de “Widia Widia”, ”, abreviatura de dos palabras alemanas que significan “como el diamante” (Wi Wie e Dia Diamant mant)). Las pastillas de metal duro, duro, que también así se llaman, se sueldan a un mango de acero al carbono, pero por medio de latón.. latón La proporción de los elementos que entran en su composición varía de unos a otros, para obtener distintas clases de carburos metálicos, aplicables a los diversos trabajos y materiales de las piezas que se van a mecanizar mecanizar.. 33

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 5.- Carburos metálicos (C) Esto es debido a que su gran dureza va acompañada de considerable fragilidad y debe ser reducida la primera para disminuir la segunda, según las aplicaciones aplicaciones.. La temperatura de trabajo puede alcanzar los 850 850°°C, y las velocidades de corte alcanzan mínimamente los 250 m/min m/min.. Las clases de Widia están normalizadas por letras, para los diferentes materiales y trabajos. trabajos.

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Dentro de cada letra, se clasifican por números de modo que:

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 6. 6.-- Cermets (ceramica + metal – CT) Son metales duros construidos en base a materiales cerámicos (TiC TiC,, TiN y TiCN), TiCN), con el agregado de Mo2C, mejorando su tenacidad tenacidad.. Poseen elevada resistencia al desgaste y al corte en caliente, buena estabilidad química, y poca tendencia al falso filo y al desgaste por oxidación oxidación.. Su aplicación se ubica en las altas velocidades con pequeños avances y profundidades, y donde se requiere buenas terminaciones superficiales superficiales.. 37

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 6. 6.-- Cermets (ceramica + metal – CT) Uno de los beneficios principales de cortar con un filo de cermet es la capacidad de lograr un acabado que puede eliminar la necesidad de pulir ó rectificar rectificar.. Los cermet ofrecen también mayor dureza en caliente que el carburo, lo cual significa que mantienen mayor resistencia al desgaste a altas temperaturas temperaturas.. Como resultado, pueden incrementarse las velocidades de corte sin comprometer la vida útil de la herramienta herramienta.. Con estructura de micro grano, los cermet pueden mecanizar perfectamente geometrías con interrupciones interrupciones.. 38

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 7. 7.-- Materiales cerámicos (CC) Son el producto obtenido por sinterización del óxido de aluminio (Al (Al2 2O3) combinado con óxidos de sodio, potasio, circonio, berilio y titanio, en forma de polvos polvos.. Estos materiales aleados con nitruro de silicio (Si (Si3 3N4), forman un compuesto para sinterizar a temperaturas de casi 1800°° C. Como aglutinante se utiliza el óxido de cromo 1800 cromo.. Las placas de cerámica poseen una elevada fragilidad fragilidad:: no resisten cargas de flexión superiores a los 40 Kg Kg../mm²; /mm²; en cambio, presentan una gran resistencia a la abrasión abrasión.. Por tal motivo se emplean especialmente para el maquinado de metales no ferrosos, grafitos, etc etc.. 39

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 7. 7.-- Materiales cerámicos (CC) El agregado de pequeños cristales de nitruro de silicio (Si3 (Si 3N4) proporciona las siguientes ventajas ventajas:: - Mayor tenacidad y resistencia al choque térmico - Excelente duración del filo mecanizando fundición gris - Mayor resistencia al trabajo en caliente que el metal duro

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 7. 7.-- Materiales cerámicos (CC) Son de extremada dureza, elevada resistencia al desgaste y al ataque de ácidos ácidos.. Resultan ideales para terminación con profundidades de 1-2 mm, arrancando de 0,2-0,4 mm/vuelta mm/vuelta.. Son muy frágiles, tienen gran sensibilidad a vibraciones y choques y, por su proceso de fabricación, poseen riesgo de porosidad.. Su afilado se realiza con piedras diamantadas porosidad intensamente refrigeradas refrigeradas.. Poseen gran resistencia al corte en caliente y estabilidad química, y permiten elevadas velocidades de corte en aceros templados y en fundiciones fundiciones.. 41

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 8. 8.-- Nitruro de boro cúbico (CBN) Se trata de un material artificial obtenido por General Electric, y es el más duro de los conocidos conocidos,, después del diamante diamante.. Mantiene su dureza hasta alrededor de los 2000° 2000°C; posee excelente resistencia al desgaste y elevada fragilidad, y presenta una baja reactividad química en la superficie de separación entre herramienta y viruta viruta.. Puede emplearse para mecanizar materiales aeroespaciales duros (Inconel 718 718,, René 95 95), ), así como fundición endurecida superficialmente.. Se lo llama también “súper abrasivo” superficialmente abrasivo”.. 43

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 8. 8.-- Nitruro de boro cúbico (CBN) Se lo suele encontrar sobre metal duro para mejorar su tenacidad;; no es apto para mecanizar materiales blandos, y tenacidad es aplicable por excelencia a terminaciones superficiales, tal es así que puede reemplazar al proceso de rectificado rectificado.. Los materiales a mecanizar deben ser homogéneos y sin discontinuidades;; exige elevada potencia y estabilidad en las discontinuidades máquinas herramientas, y permite elevadas velocidades de corte con avances reducidos y refrigeración moderada ó trabajo en seco, para evitar el choque térmico térmico.. 44

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 9. 9.-- Diamante policristalino (PCD) El Diamante es el material más duro de los conocidos (dureza Knoop = 7000 7000), ), poseyendo una gran fragilidad y un elevado costo.. Comenzó a fabricarse por proceso de pulvimetalurgia costo a comienzos de 1970 1970.. En la actualidad, existen en el mercado materiales diamantados industriales en forma de comprimidos policristalinos,, fabricados a partir de polvo de diamante, que policristalinos se aplican al mecanizado de aluminio, bronce y plástico, reduciendo notoriamente las fuerzas de corte con respecto a los carburos carburos.. 45

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE 9. 9.-- Diamante policristalino (PCD) Posee muy buena estabilidad química y duración del filo, y dada su elevada fragilidad, su uso se encuentra limitado a herramientas monocortantes y a ruedas abrasivas, con bajas velocidades de corte y profundidades de corte pequeñas pequeñas.. Requiere también extrema rigidez en la máquina herramienta y materiales sin discontinuidades discontinuidades;; no es aplicable para materiales ferrosos, pero sí para Al, Si, Cu y sus aleaciones, Pb, cerámicas, resinas, plásticos y grafito, entre otros. otros. Se obtiene alta precisión de mecanizado con excelente terminación superficial superficial.. 46

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Durezas y temperaturas de trabajo usuales

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Propiedades de los distintos materiales de herramientas de corte 50

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Recubrimientos especiales El recubrimiento actúa como interfaz entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte corte.. Según el proceso de la aplicación, los recubrimientos pueden proporcionar resistencia al desgaste, a la abrasión, a la formación de cráteres, a la acumulación de adherencias en el filo, a la resistencia química, o una simple reducción de la fricción que disminuye las temperaturas de corte corte.. Los materiales de recubrimiento comúnmente utilizados con sus propiedades son son:: 51

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Recubrimientos especiales TiC  Carburo de Titanio – provee resistencia a la abrasión y al desgaste, permitiendo mayores velocidades de corte corte.. TiCN  Carbo nitruro de Titanio – provee resistencia a la formación de cráteres y permite mayor duración del filo filo.. TiN  Nitruro de Titanio – provee alguna resistencia a los cráteres, reducción de fricción y una barrera a la difusión difusión.. Su apariencia es de color oro y mejora la terminación superficial superficial.. Al2 Al 2O3  Oxido de Aluminio - resistencia a los cráteres y al desgaste, y resistencia al desgaste abrasivo a altas temperaturas de corte corte.. Facilita los cortes discontinuos. discontinuos. Al2 Al 2O3/ZrO2 /ZrO2  Oxido de aluminio/óxido de zirconio - la mejor resistencia a cráteres, pero más suave que el Al Al2 2O3. 52

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Recubrimientos especiales

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Recubrimientos especiales La tecnología de recubrimiento más común es la deposición química por vapor (CVD), que opera a una temperatura de aproximadamente 1000 1000°°C. Casi tan común es la deposición física por vapor (PVD), que opera en el otro extremo del espectro de temperatura, en el rango de los 400 400°°C. Entre estos extremos, otros dos procesos de recubrimiento, que prometen aumentar el desempeño de los recubrimientos. recubrimientos. La deposición química por vapor asistida por plasma (PCVD), opera en el rango de los 600 600°°C. Finalmente, se encuentra la deposición química media por vapor (MTCVD), que trabaja en el rango de los 800 800°°C. 63

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Recubrimientos especiales El factor clave para tener en cuenta es que las propiedades del recubrimiento y del material de la herramienta son cambiadas por el proceso de aplicación aplicación.. El mismo recubrimiento aplicado al mismo material pero con diferente proceso de aplicación, puede proporcionar un desempeño muy diferente en el corte corte.. Los materiales susceptibles de ser recubiertos van desde los aceros rápidos hasta los aceros inoxidables, metales duros y cermets.. cermets 64

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Recubrimientos de altas prestaciones (PVD) El proceso PVD (Physical Vapor Deposition Deposition)) agrupa una serie de procesos de deposición, en los cuales los átomos ó moléculas de un material son vaporizados desde una fuente sólida, transportados en la forma de vapor en una atmósfera gaseosa a baja presión, y por último son condensados sobre una superficie para formar el recubrimiento recubrimiento.. Este recubrimiento, cuyo espesor promedio es de 3 a 20 micrones (según el tipo), y que puede incrementar la vida útil de una herramienta de corte de 2 a 10 veces la de una sin recubrir, presenta una excelente adherencia mecánica con la superficie que recubre recubre.. 65

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Recubrimientos de altas prestaciones (PVD) Las ventajas globales que ofrecen estos recubrimientos son son:: - Superficies extremadamente duras, manteniendo la tenacidad del acero base, y alta dureza en caliente caliente.. - Resistencia a la abrasión con excelencia adherencia. adherencia. - Inertes a la mayoría de los ácidos y álcalis (corrosión) (corrosión).. - Bajo coeficiente de fricción y buen comportamiento al deslizamiento (acción de lubricante sólido). sólido). - Baja temperatura de proceso (desde 200 200°°C), sin el riesgo de disminuir la dureza de los aceros templados y revenidos revenidos.. - Mayores velocidades de corte, mejor acabado superficial y mayor cantidad de reafilados reafilados.. 66

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Recubrimientos de altas prestaciones (PVD) Nitruro de Aluminio Titanio (AlTiN) AlTiN)  es la mejor solución para aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la oxidación a alta temperatura ( 800 800°°C), como el mecanizado a alta velocidad velocidad.. Es un recubrimiento versátil, de comportamiento excelente para el mecanizado de fundición gris, acero endurecido, inoxidable, aleaciones de Ti y de alto Ni Ni.. Una variante es el Nitruro de Cromo Aluminio (AlCrN AlCrN)).

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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE Recubrimientos de altas prestaciones (PVD) Nitruro de Cromo (CrN CrN))  ampliamente utilizado en aplicaciones industriales donde es necesaria una buena protección contra la corrosión y una buena resistencia al desgaste adhesivo adhesivo.. Muy útil para el mecanizado de no ferrosos, especialmente aluminio y aleaciones de Ti Ti.. Nitruro de Cromo – Titanio (TiCrN TiCrN))  posee excelente resistencia al desgaste abrasivo y posee superior resistencia a la corrosión y a la oxidación que los otros recubrimientos recubrimientos..

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NOMENCLATURA DE HERRAMIENTAS DE CORTE

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NOMENCLATURA DE HERRAMIENTAS DE CORTE En la figura se observan las partes más importantes de una herramienta de filo único donde se pueden destacar : · La cara, que es la superficie o superficies sobre las cuales fluye la viruta (superficie de desprendimiento) desprendimiento).. · El flanco, que es la superficie de la herramienta frente a la cual pasa la superficie generada en la pieza (superficie de incidencia).. incidencia) · El filo es la parte que realiza el corte, siendo el filo principal la parte que ataca directamente a la pieza y el filo secundario la parte restante restante.. · La punta de la herramienta es el lugar donde se intersectan el filo principal y secundario secundario.. 70

ANGULOS TIPICOS DE HERRAMIENTAS DE CORTE Los ángulos característicos determinan la forma geométrica de la herramienta, y el valor de estos ángulos tiene la máxima importancia para la correcta y económica ejecución del mecanizado.. Tales ángulos son mecanizado son:: · Ángulo de incidencia ó libre (α) · Ángulo de filo ó talla (β) · Ángulo de ataque, desprendimiento o salida de viruta (γ) · Ángulo de corte (α + β) 71

ANGULOS TIPICOS DE HERRAMIENTAS DE CORTE

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ANGULOS TIPICOS DE HERRAMIENTAS DE CORTE Ángulo de incidencia (α) Este ángulo evita el rozamiento del dorso del filo contra la superficie de trabajo y, como consecuencia, disminuye la resistencia al movimiento y el calor producido por el roce roce.. Su valor oscila de 80 80°° a 100° 100° para materiales blandos en los que el rozamiento es mayor, como aluminio, cobre, latón y acero suave, y de 3° a 6° para materiales duros, fundición y aceros duros duros..

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ANGULOS TIPICOS DE HERRAMIENTAS DE CORTE Ángulo de filo (β) Está formado por las dos caras de la cuña de la herramienta, determinando la facilidad de penetración en el material, al mismo tiempo que la duración del filo filo.. Su valor suele oscilar entre los siguientes, según el material que se trabaja trabaja:: 40º 40º para aleaciones ligeras, como el duraluminio, y 85 85°° para materiales duros, como los aceros de gran dureza dureza..

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ANGULOS TIPICOS DE HERRAMIENTAS DE CORTE Ángulo de ataque ó de salida (γ) Es el comprendido entre la cara de ataque y un plano perpendicular a la superficie de trabajo trabajo.. El roce que produce la viruta sobre la cara de ataque influye mucho en el rendimiento de la cuchilla, por el rozamiento y el calor que produce, dificultando al mismo tiempo la evacuación de las mismas mismas.. Su valor suele ser de 0° a 20° 20° para materiales duros, como fundición y aceros, dependiendo de la clase de la herramienta, y de unos 50 50°°, para materiales blandos blandos.. Valores positivos para este ángulo reducen el rozamiento entre herramienta y pieza pieza.. 75

ANGULOS TIPICOS DE HERRAMIENTAS DE CORTE Ángulo de ataque ó de salida (γ) En general, se puede aplicar la siguiente regla regla:: “El ángulo de salida debe ser tanto mayor cuanto más ‘pastoso’ sea el material que se trabaja” trabaja”.. Es decir, cuanto más se adhiera a la cara de ataque de la herramienta herramienta.. Esto sucede con los metales más plásticos, como el cobre y el plomo. plomo. Por el contrario, el ángulo deberá ser menor para los materiales quebradizos, como la fundición, el bronce y los aceros duros duros.. 76

ANGULOS TIPICOS DE HERRAMIENTAS DE CORTE Ángulo de salida negativo El ángulo de salida negativo, en vez de arrancar la viruta por corte, más bien lo hace por cizallamiento cizallamiento.. Se aplica, sobre todo, a las herramientas de carburo metálico, contrarrestando así su gran fragilidad, al hacer más resistente el filo filo..

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ANGULOS TIPICOS DE HERRAMIENTAS DE CORTE Angulo de corte (α + β) Es el ángulo suma de los de filo y de incidencia, y determina la inclinación de la cuña de la herramienta respecto a la pieza.. La capacidad de penetración de la cuchilla en el pieza material será tanto mayor, cuanto menor sea el ángulo de corte, ya que disminuye la fuerza necesaria para deformar la viruta.. viruta Como quiera que el valor de estos ángulos varía en función de la clase de la herramienta: herramienta: fresa, cuchilla de torno, etc etc.; .; de la naturaleza de la herramienta y del material que se va a trabajar.. Al estudiar cada una de las máquinas, se indican los trabajar valores más adecuados a cada circunstancia circunstancia.. 78

MOVIMIENTOS RELATIVOS HERRAMIENTA – PIEZA . Movimiento de corte . Movimiento de avance . Movimiento de alimentación

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MOVIMIENTOS RELATIVOS HERRAMIENTA – PIEZA Movimiento de corte  es el movimiento principal por el cual la herramienta penetra en el material separando las virutas virutas.. Se puede obtener dando movimiento a la herramienta, a la pieza o las dos a vez vez.. Este movimiento puede ser rectilíneo o de traslación, o circular o de rotación rotación.. Movimiento de avance  es el que hace que se desplace el punto de aplicación de la herramienta sobre la superficie de trabajo de la pieza. pieza. Puede ser también aplicado a la herramienta o a la pieza pieza.. Movimiento de penetración o alimentación  con él, se consigue la profundidad de pasada Este movimiento se obtiene por desplazamiento a mano de la pieza o de la 80 herramienta.. herramienta

MOVIMIENTOS RELATIVOS HERRAMIENTA – PIEZA

Nota: valores orientativos para torneado convencional de Nota: acero 81

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Se llama así a la cantidad de viruta, expresada en dm dm3 3 ó también en Kg Kg.., que una herramienta puede cortar entre dos afilados consecutivos consecutivos.. Depende de los siguientes factores factores:: · La velocidad de corte · La velocidad de avance · La profundidad de pasada y la sección de viruta · El desgaste producto del rozamiento y de la temperatura 82

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Velocidad de corte Es la velocidad del movimiento de corte corte;; o dicho de otro modo, la velocidad relativa entre la herramienta y la pieza en el punto de máximo recorrido en que se separa la viruta viruta.. Se expresa en metros por minuto (m/min (m/min..), excepto para las muelas abrasivas que se hace en metros por segundo segundo..

Al estudiar la velocidad de corte, ha de tenerse en cuenta si 83 el movimiento de corte es giratorio o rectilíneo. rectilíneo.

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Velocidad de corte

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Velocidad de corte corte:: Movimiento giratorio En estas máquinas, la velocidad de corte es igual a la longitud de la circunferencia mayor de la herramienta o de la pieza, por el número de vueltas que giran en la unidad de tiempo.. Por tanto, en las máquinastiempo máquinas-herramientas como el torno, la taladradora, la fresadora y otras, la velocidad de corte viene dada por la siguiente fórmula fórmula:: Vc = π.d.n 1000

Vc = Velocidad de corte (m/min (m/min..) D = Diámetro de las piezas o herramienta (mm) n = velocidad del giro (rpm) 85

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Velocidad de corte corte:: Movimiento rectilíneo alternativo La velocidad de corte de las máquinas que trabajan con movimiento alternativo, como la limadora, la cepilladora, la mortajadora y la brochadora, resulta algo más difícil de calcular, ya que el movimiento no es uniforme en todas las máquinas, ni entre las dos carreras, ni en toda la longitud de cada una de ellas independientemente consideradas consideradas.. Sin embargo, aunque la velocidad de la carrera de trabajo sea más lenta que la de retroceso, para la práctica del taller es perfectamente válido el considerar la velocidad de corte, como la velocidad media de las dos carreras, con lo cual la fórmula se simplifica notablemente. notablemente. 86

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Velocidad de corte corte:: Movimiento rectilíneo alternativo Vc = 2.L.n 1000 Por tanto, aceptando esto, se puede decir que la velocidad de corte es igual al doble de la longitud de una carrera, multiplicado por el número de carreras útiles de las herramientas o de la pieza en la unidad de tiempo tiempo..

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Velocidad de avance y profundidad de pasada El avance (a) es la velocidad con que se desplaza el punto de aplicación de la herramienta respecto a la pieza. pieza. Se expresa en milímetros por vuelta para las máquinas rotativas, y en milímetros por minuto ó en milímetros por carrera útil para las máquinas con movimiento rectilíneo alternativo alternativo.. La profundidad de pasada (p) es el desplazamiento dado a la herramienta o a la pieza en el movimiento de penetración penetración.. Se le llama también profundidad de corte ó simplemente pasada pasada.. Se expresa en milímetros de desplazamiento de la herramienta o de la pieza, el cual se obtiene siempre a mano mano.. El avance (a) por la profundidad de pasada (p) 88 definen la llamada sección de viruta (Sv) (Sv)..

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Desgaste La separación de la viruta en el mecanizado provoca un fuerte rozamiento de la herramienta contra la pieza, transformándose parte de la energía en calor calor.. Tanto el rozamiento como el calor son causas inmediatas del desgaste de las herramientas, actuando de la siguiente forma:: forma 1) El rozamiento desafila la herramienta porque el material de la pieza “erosiona” la cara de incidencia, la de ataque y el filo, disminuyendo su capacidad de corte corte.. Al perder sus ángulos de afilado, el rozamiento es mayor y el desgaste 89 aumenta, y así sucesivamente sucesivamente..

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Desgaste 2) El calor a determinadas temperaturas, según el material de las herramientas, reblandece el filo, acelerando el desgaste por rozamiento rozamiento.. Pero, además, a mayor rozamiento mayor temperatura.. temperatura El desgaste de las herramientas en el transcurso del mecanizado obliga a detener el trabajo para reafilarlas, causando una disminución de la producción, por el tiempo invertido en desmontarlas, afilarlas, montar las de nuevo y regular su posición posición.. 90

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia del material de la herramienta y de la pieza El desgaste de las herramientas es causado directamente por el rozamiento y por la elevación de la temperatura temperatura.. De ello se deduce que la duración del afilado depende depende:: · De la dureza de la herramienta y de la temperatura hasta la que conserva dicha dureza dureza.. · De la dureza, entre otros factores, del material que se trabaja.. En general, cuanto más duro es un material mayor trabaja resistencia opone a ser cortado, y, por tanto, el rozamiento de la herramienta contra la pieza aumenta y, con él, la temperatura.. temperatura 91

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia de la velocidad de corte Experiencias realizadas con una determinada herramienta, trabajando el mismo material y sin modificar el avance y la profundidad de pasada, han demostrado que que:: · Para bajas velocidades de corte el rendimiento es pequeño · Aumentando la velocidad, aumenta el rendimiento rendimiento.. · A partir de una velocidad de corte más elevada, el rendimiento de la herramienta disminuye notablemente, por el aumento de temperatura, que reblandece el filo filo.. Por tanto, a la hora de elegir la velocidad de corte, conviene distinguir:: distinguir 92

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia de la velocidad de corte · La velocidad de menor desgaste (Vo)  con ella, la herramienta brinda la máxima producción de viruta entre dos afilados, por lo que también se la llama velocidad óptima óptima.. · La velocidad económica (Ve)  su relación con la velocidad de menor desgaste es es:: Ve = Vo + 1/3 Vo = 4/3 Vo Aumentando la velocidad de menor desgaste en 1/3, la herramienta se desgasta más y, en consecuencia, requiere afilados más frecuentes frecuentes;; pero el tiempo empleado en ellos queda compensado con un considerable aumento de la producción.. producción 93

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia de la velocidad de corte La velocidad límite o antieconómica (VI)  con ella, el desgaste de la herramienta es tan grande que exige afilarla con mucha frecuencia frecuencia.. Esto supone una pérdida de tiempo que da lugar a que la producción disminuya disminuya:: VI = Vo + 2/3 Vo = 5/3 Vo

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia del avance y de la profundidad de pasada Cuando se aumenta la sección de la viruta, debe disminuirse la velocidad de corte, para que la duración del afilado de la herramienta sea la misma misma.. Sin embargo, tal reducción no es proporcional ni con el avance, ni con la profundidad de pasada.. pasada Así, por ejemplo, en las experiencias hechas por Taylor para la misma duración del afilado, aumentando el avance en el 50% 50 %, sólo es necesario reducir la velocidad de corte en un 20% 20 %, incluso con mayor producción de viruta viruta.. Otro tanto sucede si se aumenta la profundidad de pasada en un 50 50% %, con una disminución del 10 10% % de la velocidad de corte corte.. 95

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia del avance y de la profundidad de pasada No obstante lo dicho, principalmente por por::

el

avance

viene

determinado

· La fase del trabajo, desbaste o acabado, o el grado de acabado que se desee en una pieza o parte de ella · La robustez de la máquina · La robustez de la herramienta herramienta.. Asimismo, la profundidad de pasada depende, además, del grueso de material que debe eliminarse eliminarse.. 96

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Temperatura en operaciones de mecanizado La temperatura alcanzada en las operaciones de mecanizado, tiene una influencia crítica en la vida útil de las herramientas de corte, en la calidad de las superficies mecanizadas, y en las propiedades mecánicas del material resultante resultante.. Casi toda la energía mecánica consumida en los procesos de corte de metales, se convierte finalmente en energía térmica térmica.. Han sido muchos los métodos experimentales desarrollados con el fin de medir la distribución de temperaturas que tiene lugar en el conjunto herramienta - pieza – viruta viruta.. 97

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Temperatura en operaciones de mecanizado Por ejemplo, uso de termopares empotrados, técnicas de radiación infrarroja, medición de las variaciones de microestructura y micro dureza, uso de pinturas termosensibles, etc etc.. Además se han contrastado con éxito resultados experimentales con otros teóricos obtenidos mediante técnicas de análisis por elementos finitos finitos..

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fuentes de calor en operaciones de mecanizado Casi todos los modelos han sido establecidos bajo la hipótesis de corte ortogonal, aunque en la práctica es bien sabido que no todas las operaciones de mecanizado satisfacen tal condición (torneado oblicuo, barrenado, taladrado, fresado, rectificado, etc etc..). Las principales fuentes de calor caracterizadas por medio de estudios teóricos y experimentales, que son una medida de la energía absorbida en el proceso de mecanizado, son las siguientes:: siguientes 99

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fuentes de calor en operaciones de mecanizado Trabajo de deformación elástica  se devuelve sin producir calor.. calor Trabajo de deformación plástica  no se devuelve (rompimiento de enlaces atómicos con desprendimiento de calor).. calor) Trabajo de fricción  pérdidas por rozamiento rozamiento.. Otras fuentes de calor que tienen que ver con los defectos del afilado de las herramientas (entre otras causas), suelen despreciarse.. despreciarse En el corte ortogonal las fuentes de calor a considerar son las que aparecen en la siguiente figura figura:: 100

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fuentes de calor en operaciones de mecanizado

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Calor generado en la zona de deformación primaria La zona de deformación primaria es la presentada en la figura a lo largo del plano de cizalladura cizalladura.. El calor aquí generado, es principalmente debido a la deformación plástica que tiene lugar.. lugar Calor generado en la zona de deformación secundaria En esta zona, paralela a la cara de la herramienta, el calor que se produce debido a la deformación plástica es ignorado en la mayor parte de los análisis teóricos teóricos.. 102

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE La distribución de calor varía de forma lineal a lo largo de la cara de contacto herramienta - viruta, partiendo de un valor proporcional a la relación velocidad de la viruta para el máximo espesor de ésta ésta.. La fuente de calor que sí es tenida en cuenta a lo largo de esta zona, es la propiciada por la fricción entre material y herramienta.. El valor de la energía por unidad de tiempo herramienta (potencia) que se genera por este concepto (Pf) viene dado por el producto de la fuerza de fricción (Ff) y la velocidad de la viruta (V (V0 0). Ésta última viene dada, en virtud de la ecuación de continuidad (conservación de caudal de material de pieza), por por:: 103

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE V0 = V (velocidad de corte)·ac (profundidad de corte) ao (espesor de viruta) Cálculo del calor generado en la zona de deformación primaria (Ps) Ps = Pm – Pf Siendo Pm la energía de mecanizado por unidad de tiempo, que viene dada por por:: Pm = Fc · V 104

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Temperatura en el corte - La energía disipada se convierte en calor  incremento de temperatura en zona de corte. corte. - Las mayores temperaturas se alcanzan con: con: material de la pieza muy duro, alta velocidad de corte y profundidad de pasada.. pasada - Si el material de la pieza tiene alto calor específico y conductividad térmica, la temperatura no es tan alta alta..

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Temperatura en el corte

vc

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Temperatura en el corte

vc 107

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia de la temperatura

Zonas de elevada temperatura en el proceso de mecanizado Zona I  Zona de deslizamiento rozamiento interno del material de la pieza que está siendo deformado deformado.. Zona II  Cara de desprendimiento de la herramienta – a consecuencia del rozamiento entre la herramienta y la viruta – máxima temperatura temperatura..

Zona III  Inmediaciones de la cara de incidencia de la herramienta – a consecuencia del rozamiento entre la herramienta y la superficie ya mecanizada de la pieza pieza.. 108

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia de la temperatura Cuando se trabaja en seco, es decir, sin líquido refrigerante o lubricante, el operario puede observar perfectamente el trabajo, la máquina no se ensucia ni se moja y no se producen salpicaduras salpicaduras.. Pero, por el contrario, los inconvenientes son considerables, derivados principalmente del calor producido por el corte corte::

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia de la temperatura · La herramienta, si la temperatura es alta, pierde dureza y corta en malas condiciones, con mayor rozamiento y aumento consiguiente del calor calor.. · Al filo de la herramienta, por la cara de ataque, se le adhieren pequeñas partículas de metal caliente, dificultando el corte y dejando superficies defectuosas en las piezas piezas.. · La pieza se dilata pudiendo originar falsas mediciones, y, por tanto, errores en las cotas cotas.. · En el montaje de las piezas entre puntos, por ejemplo en el torneado, el calor puede producir un agarrotamiento y deterioro de la pieza y de la contrapunta.. contrapunta · Las virutas muy calientes pueden ser peligrosas para el operario operario.. 110

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Influencia de la temperatura Todos estos inconvenientes se reducen en gran manera por medio de la lubricación y/o de la refrigeración refrigeración.. La refrigeración es imprescindible en a fase de desbaste con gran profundidad de pasada, avance importante y alta velocidad de corte, por el enorme calor producido producido.. Permite un considerable aumento de lo velocidad de corte, del orden de hasta el 50 50% % de a velocidad de menor desgaste, según los casos.. casos La lubricación tiene por objeto suavizar el rozamiento más que enfriar, aunque esto se consigue también, ya que al 111 disminuir el roce, el calentamiento es menor menor..

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fluidos de corte Los fluidos de corte son fluidos líquidos ó gaseosos que se utilizan durante el mecanizado, aplicándose en la zona de formación de viruta, para mejorar las condiciones de corte en comparación con las de un corte en seco seco.. Estas mejoras van en pos de enfriar la herramienta, la pieza y la viruta, lubricar y reducir la fricción, minimizar la posibilidad de crear cantos indeseables en la herramienta, arrasar con la viruta y proteger la pieza de la corrosión corrosión.. La efectividad de todos los lubricantes para corte disminuye 112 a medida que aumenta la velocidad de corte corte..

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fluidos de corte corte:: Funciones - Refrigeración (conducir bien el calor y enfriar eficazmente la herramienta)  baja viscosidad, capacidad de mojar bien la pieza y la herramienta (contacto), alto calor específico y alta conductividad térmica térmica.. - Lubricación (reduciendo la fricción y minimizando la erosión de la herramienta) - Prevención de la formación del filo recrecido - Protección de la herramienta contra corrosión y oxidación - Lubricación de la Máquina Herramienta - Evacuación de virutas y limpieza de rebabas

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Ventajas de los líquidos enfriadores 1. Aumentan la vida de la herramienta bajando la temperatura en la región del filo principal 2. Facilitan el manejo de la pieza terminada 3. Disminuyen la distorsión térmica causada por los gradientes de temperatura producidos durante el mecanizado 4. Realizan una labor de limpieza por arrastre, al ayudar a remover las virutas de la región de corte 114

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Ventajas de los líquidos lubricantes 1. Disminuyen la resistencia friccional al movimiento, aminorando el consumo de potencia, alargando la vida de la herramienta y mejorando la calidad superficial del acabado 2. Tienen un ingrediente reactivo que forma un compuesto de baja resistencia al corte, el cual actúa como un lubricante en los bordes 3. Son suficientemente estables como para mantener sus propiedades bajo las condiciones de temperatura y presión existentes en la interfase viruta viruta--herramienta 115

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fluidos de Corte Corte:: Tipos básicos Aceites de corte  Aceites minerales puros Aceites minerales compuestos (aditivos) Fluidos miscibles en agua  Aceites solubles emulsionables Fluidos químicos (sintéticos) Fluidos semiquímicos Gases Lubricantes sólidos y pastosos 116

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites de Corte Poseen una base de aceite mineral y pueden ser usados en estado puro ó compuestos (mezclados con aditivos químicos activos ó inactivos) inactivos).. Tienen excelentes propiedades de lubricación, control de oxidación y larga vida, pero no enfrían tan bien como los fluidos miscibles en agua agua.. Los aceites minerales compuestos pueden ser clasificados como inactivos ó activos activos.. 117

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites minerales puros Se obtienen de la destilación del petróleo crudo, a partir de varios y complejos procesos de refinación refinación.. No tienen buenas propiedades de lubricación, pero tienen un bajo costo costo.. Son usados generalmente en operaciones de baja exigencia, en metales blandos (aluminio, magnesio, latón, aceros sin azufre ni plomo), donde la lubricación y los requerimientos de enfriamiento no son tan exigentes exigentes.. No son corrosivos y son estables, y si se mantienen limpios, se pueden usar indefinidamente indefinidamente.. Lubrican todas las partes 118 móviles expuestas expuestas..

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites grasos Antiguamente los aceites de manteca de cerdo, de castor y de diversos tipos de semillas se utilizaban como fluidos de corte.. Su uso ha disminuido en parte porque son difíciles de corte obtener y costosos, pero principalmente porque los aditivos modernos mezclados con aceite mineral son mucho más efectivos.. efectivos Tienen un buen desempeño antifricción, pero no cuentan con buenas características anti soldadura. soldadura. Se oxidan rápidamente y tienden a evaporarse y a emitir malos olores olores.. 119

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites de corte mezclados Se fabrican mediante la mezcla de aditivos polares y/o aditivos químicamente activos con aceite mineral mineral.. Los aditivos polares tales como algunas grasas, ceras y materiales sintéticos incrementan la capacidad de carga y de corte del aceite mineral, minimizando la formación de olores indeseables y la tendencia a adquirir una consistencia pastosa ó gomosa La función de cualquier aditivo polar es humedecer y penetrar las interfase del residuo ó rebaba/herramienta mediante la reducción de la tensión de la interfase entre el aceite mineral portador y el metal metal.. 120

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites minerales grasos Son combinaciones de uno ó mas aceites grasos mezclados en aceite mineral puro. puro. La manteca de cerdo es generalmente usada para este propósito, y los aceites grasos formarán cerca del 40 40% % de la mezcla, dependiendo de la aplicación aplicación.. Son muy efectivos para muchas operaciones, y sus ventajas están ubicadas en el mejoramiento del acabado de aceros blandos, latón, cobre y aluminio, pues el aceite mineral puro no les da el acabado deseado deseado.. Son muy usados en máquinas automáticas donde las 121 operaciones no son tan severas severas..

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aditivos de presión extrema (EP) Son adicionados a los fluidos en operaciones donde las fuerzas de corte son particularmente altas, ó para aquellas en donde la alimentación del material sea demasiada demasiada.. Proveen una forma de lubricación más fuerte y estable en la interfase rebaba/herramienta, y crean una película de protección que minimiza el desgaste de la herramienta herramienta.. Incluyen mezclas de azufre, cloro ó fósforo, las cuales reaccionan a grandes temperaturas en las zonas de corte para formar sulfuros, cloruros y fosfatos metálicos metálicos.. 122

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites minerales compuestos Se encuentran mezclados con aditivos químicamente activos ó inactivos, formando aceites minerales sulfatados ó fosfatados, aceites minerales sulfoclorados y aceites minerales grasos sulfoclorados sulfoclorados.. Tienen buenas propiedades de lubricación a presiones extremas, lo cual permite a las herramientas un tiempo de vida largo a pesar de las altas presiones y temperaturas temperaturas.. Sin embargo, los activos causan decoloración ó manchado de ciertos metales, mientras que los inactivos tienen propiedades antimanchas que permiten prevenir la 123 decoloración de materiales químicos sensibles sensibles..

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites minerales compuestos Cuando el cloro y el azufre son adicionados a los aceites de corte, las características antisoldadura y EP son efectivas en amplios rangos de temperatura temperatura.. Los aceites que contienen azufre forman películas de sulfuros metálicos, las cuales actúan como lubricantes sólidos a temperaturas mayores a 700 °C. Los aceites clorados forman una película de metal clorado cuando reaccionan con materiales de piezas ferrosas ó con herramientas de acero que trabajan a altas velocidades, que provee baja fricción hasta los 400 °C. 124

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites minerales compuestos Cuando el fósforo es agregado a un aceite de corte, se desempeña como un lubricante EP suave ó como un aditivo antifricción y antidesgaste antidesgaste.. La capa ó película de fosfato se rompe a temperatura inferior que las de sulfatos ó cloratos. cloratos. Las aplicaciones de los aceites de corte compuestos se limitan a operaciones de difícil tratamiento de los metales, pues el alto costo, el posible peligro de fuego y humo, y los problemas de salud del operador restringen el uso de estos aceites.. aceites 125

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fluidos solubles en agua Se utilizan para operaciones a altas velocidades, ya que tienen mejores características de enfriamiento, y están mezclados con agua a diferentes proporciones dependiendo de la operación a realizar (de 1:20 a 1:50) 50). Debido a que el agua tiene alto calor específico, alta conductividad térmica y alto calor de vaporización, es uno de los más efectivos métodos de enfriamiento conocidos conocidos.. Mezclados con agua, los fluidos proveen la lubricación y enfriamiento requeridos por la mayoría de las operaciones de mecanizado a altas velocidades velocidades.. 126

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites emulsionables Llamados también aceites solubles, forman con el agua una emulsión, que es una suspensión de aceite en agua, hecha por medio de la mezcla de aceite con agentes emulsificantes como el jabón y otros materiales adherentes adherentes.. El jabón rompe el aceite en pequeñas partículas y las mantiene dispersas en el agua por largos períodos de tiempo.. tiempo Ciertos bactericidas, normalmente compuestos orgánicos no fenólicos,, son agregados para controlar el crecimiento de fenólicos microorganismos como bacterias, algas y hongos hongos.. 127

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aceites emulsionables Las sustancia jabonosas utilizadas como emulsificantes reducen la tensión superficial en forma significativa, lo cual genera una gran tendencia a formar espuma cuando el aceite es sometido a agitación ó turbulencia turbulencia.. Las ventajas sobre los aceites puros y compuestos incluye una gran reducción del calor, ambientes de trabajo más limpios, costos más reducidos gracias a su dilución en agua, y mejores condiciones en lo referente a seguridad y salud salud.. Se comportan mejor en operaciones de corte de exigencia baja a moderada, y en materiales de fácil maquinado. maquinado. 128

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE

Aceites solubles SHELL 130

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fluidos químicos También llamados sintéticos, son soluciones químicas formadas por materiales inorgánicos disueltos en agua sin contenidos de aceites minerales minerales.. Las ventajas de los fluidos químicos incluyen economía, rápida disipación del calor, propiedades detergentes, y un fácil mezclado con poca agitación agitación.. En operaciones de alta exigencia, la lubricación no es buena, además de generar residuos de polvo seco ó películas, y su alta detergencia y alcalinidad pueden irritar la piel piel.. 131

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fluidos químicos – Principales agentes químicos Aminos y nitritos  propiedades anticorrosivas Nitratos  estabilización de los nitritos Fosfatos y boratos  suavizan el agua Jabones / agentes de humedad  lubricación / < tensión sup. sup. Compuestos de P, B y S  lubricación química Glicoles  agentes mezcladores y humectantes Pesticidas  control de crecimiento de bacterias

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE

Utilización de fluidos de corte sintéticos Castrol

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE

Gama de fluidos de corte sintéticos Castrol 135

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Fluidos semiquímicos Son una combinación de un fluido químico y una pequeña cantidad de aceite emulsionable (5 – 30 30% %) en agua, formando una emulsión estable y traslúcida de pequeñas gotas gotas.. Usualmente se agregan aditivos EP, permitiendo su uso en operaciones de moderada y alta exigencia, y también en operaciones de rectificado rectificado.. Poseen mejores propiedades de lubricación que químicos, que van de la mano de una mayor limpieza limpieza.. 136

los

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Gases En ocasiones puede utilizarse aire comprimido, mediante una corriente dirigida directamente a la zona de corte para remover el calos a base de una convección forzada forzada.. También puede usarse para eliminar rebabas, pero con precaución. precaución. Ciertos gases como argón, helio, freón, N2 ó CO2 CO2, se utilizan ocasionalmente para prevenir la oxidación de herramientas y la generación de rebabas, pero sus elevados costos generan operaciones muy caras para aplicaciones de producción producción.. Las ventajas de los gases inertes incluyen buena capacidad de enfriamiento, mayor tiempo de vida de las herramientas y 137 eliminación de la neblina en la aplicación aplicación..

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Lubricantes sólidos y de consistencia pastosa Se aplican manualmente mediante brochas ó con latas de aceite en spray a la herramienta y también a partes de la máquina en operaciones de taladrado, estriado y rectificado rectificado.. Generalmente se usan para lubricación, para la mejora del acabado y del tiempo de vida de la herramienta, y para evitar la fusión de las herramientas ó de las piezas piezas.. Los más utilizados son las ceras sólidas, grafito, disulfuro de molibdeno, y ciertas pastas y jabones de alto punto de fusión.. fusión 138

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Selección de un fluido de corte Debe basarse en los siguientes factores factores:: - Tipo de operación de maquinado - Compatibilidad con el material de la pieza - Compatibilidad con el material de la herramienta - Condiciones de maquinado (velocidad de corte, avance, profundidad de pasada) 139

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Selección de un fluido de corte Aceites de corte  velocidad de corte < 30 metros/minuto Fluidos químicos  velocidad de corte < 60 metros/minuto Aceites de corte EP  velocidad de corte > 60 metros/minuto Dependiendo de la combinación de los 4 factores anteriores, puede decirse de manera muy general lo siguiente siguiente:: 140

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Selección de un fluido de corte: Fluido de corte – mejor característica: lubricación  - Bajas velocidades de corte - Materiales difíciles de mecanizar (baja maquinabilidad) maquinabilidad) - Operaciones de mucha dificultad - Exigente acabado de la superficie 141

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Selección de un fluido de corte: Fluido de corte – mejor característica: refrigeración  - Altas velocidades de corte - Materiales fáciles de mecanizar (alta maquinabilidad maquinabilidad)) - Operaciones de baja dificultad - Operaciones donde el aumento de calor es un problema 142

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Compatibilidad con el material de la pieza El fluido de corte seleccionado debe ser compatible con el material a maquinar maquinar.. Debe prevenir la corrosión durante y después del mecanizado, pero no debe manchar la pieza, por lo cual hay que tener cuidado en la selección del fluido, sobre todo con materiales no ferrosos ferrosos.. Como en el caso de las condiciones de corte, postular reglas generales demasiado amplias para la selección del fluido de corte más adecuado es difícil, pues siempre la mejor solución la tiene el fabricante del fluido, elegido éste para una condición de maquinado específica específica.. No obstante, se 143 puede decir que que::

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Compatibilidad con el material de la pieza Maquinado de Cu y aleaciones de Cu  no utilizar fluidos de corte que contengan S (manchas) Maquinado de Al, Mg, Zn y aleaciones  no utilizar fluidos de corte que contengan aditivos alcalinos (manchas / corrosión) Maquinado de metales ferrosos  no utilizar fluidos de corte que contengan aditivos ácidos (corrosión)

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aplicación de fluidos de corte La forma en que se aplique un fluido de corte tiene una influencia considerable en la vida de la herramienta, así como en la operación de mecanizado en general general.. A pesar de que existen equipos muy complejos y efectivos para dosificar los fluidos en la zona del corte, estos no son necesarios para lograr buenos resultados resultados.. Incluso el mejor fluido de corte puede no cumplir su función con éxito si no es distribuido correctamente en la zona del corte.. La idea es que el fluido forme una película sobre las corte superficies en roce (pieza y herramienta). herramienta). 145

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aplicación de fluidos de corte Es preferible que el fluido llegue en forma continua a la pieza antes de que llegue de manera intermitente, pues de esta última manera pueden producirse ciclos de temperatura letales para la microestructura tanto de la pieza como de la herramienta.. herramienta Una buena aplicación de fluido de corte permite además una adecuada remoción de viruta, lo cual ayuda a alargar la vida de la herramienta herramienta.. Existen diversas maneras de aplicar el fluido de corte corte.. Sin embargo se destacarán las tres principales: principales: 146

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aplicación de fluidos de corte Manual  se aplica el fluido con una brocha ó pincel, lo que produce una aplicación intermitente, con una baja remoción de viruta y un limitado acceso a la zona de corte corte.. Aplicable a lubricantes sólidos y de consistencia pastosa, y en máquinas que no cuentan con sistemas de enfriamiento enfriamiento.. Utilidad limitada solamente para velocidades de corte reducidas.. reducidas

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aplicación de fluidos de corte Automática por inundación (chorro continuo ó goteo)  se trata de una boquilla apuntada a la herramienta que chorrea constantemente a baja ó alta presión el fluido, mediante una bomba, tuberías y válvulas válvulas.. Logra una buena penetración a nivel de herramienta y pieza. pieza. La geometría de la aplicación afecta directamente la efectividad del fluido de corte corte.. La boquilla debe dirigir el flujo del fluido de tal manera que éste no sea despedido de la pieza ó de la herramienta, debido a la fuerza centrífuga centrífuga;; ó sea, el flujo debe ser direccionado a la cara de desprendimiento de la viruta viruta.. 148

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aplicación de Fluidos de corte

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aplicación de fluidos de corte Niebla (pulverizador)  se aplica un rocío constante con aire comprimido sobre el área de corte, dispersando los aceites solubles ó los fluidos sintéticos miscibles en agua en pequeñas gotas que se evaporan al contacto con las partes calientes, removiendo de esta manera el calor calor.. Recomendable en operaciones con velocidad de corte muy alta, en zonas de corte muy pequeñas ó inaccesibles, y donde es necesaria una gran capacidad de enfriamiento enfriamiento.. Se utilizan solo pequeñas cantidades de fluido fluido.. 150

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Aplicación de Fluidos de corte

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Mecanizado en seco El empleo correcto de los fluidos de corte permite un gran rendimiento de la herramienta, aumenta su vida y fiabilidad, mejora el acabado superficial, incrementa el volumen de viruta arrancado y evita la corrosión corrosión.. Pero a pesar de estas grandes ventajas, los fluidos de corte generan una serie de problemas económicos, ecológicos y en la salud que podrían resumirse de la siguiente manera: manera:

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RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Mecanizado en seco - Alto costo de su mantenimiento, manipulación, evacuación y posterior tratamiento o reciclaje. reciclaje. Se requiere la utilización de técnicas de mantenimiento continuo e inspección para controlar la polución, microorganismos y cambios en la concentración de cara a mantener el fluido de corte bajo control y aumentar su vida de servicio servicio.. - Alto impacto ambiental, ya que los residuos son realmente peligrosos para el medio ambiente. ambiente. - Enfermedades laborales, problemas respiratorios por inhalación, aumento del costo industrial por ausencia laboral, alergias, irritaciones por contacto con la piel, etc etc.. 153

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Mecanizado en seco Ante la necesidad de crear estrategias de mecanizado que conlleven la reducción del fluido de corte, se ha intensificado el desarrollo de nuevas calidades de material y geometrías de corte capaces de trabajar en seco (eliminación total del fluido de corte) o con lubricación mínima, consiguiendo superar los problemas de corte que aparecen ante la ausencia de refrigerante - lubricante lubricante.. Esta claro que la utilización de esta estrategia de mecanizado obliga a tener un mayor control sobre los parámetros de corte (avance, velocidad y profundidad de corte), que 154 permitan un rendimiento adecuado adecuado..

RENDIMIENTO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE Variables que influyen en el proceso de Mecanizado en Seco

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GRACIAS POR VUESTRA ATENCION Ing. Guillermo Castro

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