LABORATORIO No. 3

MEDICION DEL DESGASTE DE HERRAMIENTA DE ACERO AISI S2 EN UN PROCESO DE TORNEADO DE UN ACERO AISI/SAE 1020

Por:

Barragn Castellanos Leandro Cortes Alape John Jairo

Giza Giza Freison Torres Gordillo ngel Orlando

Presentado a:

Ing. Pedro Fernando Martn Gmez Docente de Teora de Corte

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD TECNOLGICA

INGENIERIA MECNICA AREA DE PROCESOS DE FABRICACIN

TEORIA DE CORTE DE METALES Bogot D. C. Noviembre de 2003

OBJETIVOS Los objetivos contemplados para este informe son:

OBJETIVO GENERAL

Determinar el comportamiento del desgaste y estimar la vida til de una

herramienta de corte en torneado.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Verificar la etapa de fractura inicial o zona del desgaste inicial

Medir y verificar el desarrollo del desgaste en el flanco de una herramienta

de corte en el torneado. Estimar la vida til de la herramienta en base a las mediciones de desgaste

ya realizado.

INTRODUCCIN

Resulta evidente que la velocidad de corte no puede ser elegida arbitrariamente, ya que con velocidades pequeas, el tiempo de mecanizado es grande; mientras que si las velocidades son muy elevadas, se calienta el filo de corte por encima de las temperaturas permitidas por el material de la misma y como consecuencia se pierde rpidamente el filo de la herramienta, teniendo que reafilarla con lo que aumentan los tiempos no productivos y como consecuencia los gastos. El conocimiento de la vida til de la herramienta de corte es un factor econmico fundamental para poder realizar un estudio de costos de produccin, la vida til afecta a la produccin: debido al costo de la herramienta, como tambin, por el tiempo empleado en su reemplazo o afilado, que es un tiempo perdido de produccin. La experiencia realizada permite entender el proceso de desgaste.

La vida de la herramienta de corte puede terminar a travs del desgaste progresivo o por su fractura, que lleva a un final prematuro de esta. Han de considerarse diversos factores en la estimacin de la vida til por lo que resulta un tema de investigacin con un amplio campo, ya que solo basado en ensayos y anlisis de estos se pueden aislar y determinar las influencias de los factores involucrados.

I. GENERALIDADES 1.1. DURACIN Y DESGASTE DE LA HERRAMIENTA En todo proceso de manufactura tiene que haber un equilibrio entre el volumen de produccin y los costos de produccin Es por esto que un tema de mucha importancia es el desgaste y duracin de la herramienta bajo las distintas condiciones de trabajo.

1.1.1. Desgaste de la herramienta La vida de la herramienta de corte puede terminar por varias causas, pero stas pueden separarse en dos grupos principales: 1. El desgaste progresivo de la herramienta. 2. Fallas mecnicas que lleven a la herramienta a un final prematuro. El desgaste progresivo de la herramienta se puede producir de tres maneras distintas: Desgaste por abrasin: ocurre cuando materiales ms duros que la herramienta

toman contacto con sta rayndola y desgastndola. Desgaste por adhesin: como en la zona de corte existe una alta temperatura, el

material de corte y la herramienta se sueldan y, al separarse, parte de la herramienta se desprende.

Desgaste por difusin: se produce a partir del aumento de temperatura de la

herramienta, con lo que se produce una difusin entre las redes cristalinas de la pieza y la herramienta, debilitando la superficie de la herramienta.

El desgaste se puede observar en dos regiones de la herramienta, la cara y el flanco.

El desgaste en la cara se presenta como un crter, lo que es un resultado del paso de viruta caliente al fluir a lo largo de la cara.

Por otro lado, el desgaste del flanco es plano y es causado por el roce entre la pieza y la herramienta; en este caso se pueden distinguir tres perodos de desgaste en la vida de una herramienta:

Fractura inicial, el filo agudo se desportilla rpidamente. Desgaste progresivo uniforme. Fractura rpida, el desgaste progresa a una tasa creciente.

Estos tres perodos se muestran en la figura 1.1.

Fig. 1.1

La figura 1.2 ilustra el desgaste en la cara y el flanco de una herramienta en una operacin de mecanizado.

Fig. 1.2

Las fallas mecnicas se pueden producir en cualquier momento, debe existir por lo tanto precaucin ante el hecho de usar inadecuadamente un avance o encaje demasiado grande, pues al ocurrir una falla de este tipo, la herramienta ser intil inmediatamente, y su costo no es nada de despreciable.

1.1.2. Criterios de duracin de una herramienta El criterio de duracin de una herramienta permite obtener un valor mnimo de tiempo de vida para la herramienta antes de que se desgaste. Como en las operaciones de mecanizado el desgaste del crter y del flanco no son uniformes a lo largo del filo principal, se debe especificar la locacin y el grado de desgaste permisible para cada caso. En la figura 1.3 se muestra una herramienta ya desgastada. La profundidad del crter (KT) es medida desde el punto ms profundo de ste. Tambin puede apreciarse que el desgaste del flanco es mayor en los extremos del filo principal. Como el desgaste no es uniforme en las zonas C, B y N, se considera un ancho promedio para la zona central, cuyo valor se estima igual al ancho que existe en la parte ms uniforme del desgaste y se denomina VB.

Fig. 1.3

1.1.3. Criterios para reemplazar una herramienta

Los criterios recomendados por la ISO para definir la duracin efectiva de una herramienta son: Para herramientas de acero rpido o cermica:

Por rotura Cuando VB promedio = 0,3 mm Cuando VBmx = 0,6 mm

Para herramientas de carburo cementado:

Por rotura Cuando VB promedio = 0,3 mm Cuando VBmx = 0,6 mm Cuando KT = 0,06 + 0,3 * f, donde f es el avance

1.1.4. Duracin de la herramienta La duracin de la herramienta se define como el tiempo de corte requerido para alcanzar un criterio de duracin de la herramienta. La velocidad de corte es el factor ms significativo que afecta la duracin de una herramienta. sta, junto con el material de trabajo, el material y la forma de la herramienta son claves en la estimacin de la vida de esta ltima. La relacin entre el tiempo de vida y la velocidad de corte de una herramienta est dada por la siguiente ecuacin, llamada, en honor a su creador, ecuacin de Taylor.

VVr

n

= ttr

(2.39) En donde: n = constante que depende del material de la herramienta V = velocidad de corte Vr = velocidad de corte de referencia tr = duracin de referencia de la herramienta a velocidad de corte Vr t = vida (duracin) de la herramienta a velocidad de corte V En el grfico 1.4. se muestran los valores de Vr, segn el material de la herramienta y la dureza del material de la pieza a mecanizar, para el uso de la ecuacin de Taylor. Para utilizar esta tabla debe usarse ya sea la dureza Brinnel o la resistencia a la traccin del material a mecanizar, as como el material de la herramienta. Con estos datos se puede ver un pequeo rango de valores para Vr, teniendo en cuenta que en este caso tr es de 60 segundos.

Por otro lado, y como ya se dijo, n es una constante que depende del material de la herramienta. El rango de valores recomendados para n se muestra en el cuadro 2.4.

Material de la herramienta Valor de n HSS ( acero rpido ) 0,08 - 0,2 Carburo cementado 0,2 - 0,49 Cermica 0,48 - 0,7

Cuadro 2.4 Finalmente, en la figura 2.31 se muestra como vara la vida de la herramienta para distintas velocidades de corte. Podemos ver que a medida que aumentamos la velocidad disminuye la vida de la herramienta, y vice versa. Esto debe tomarse en cuenta a la hora de la seleccin de la velocidad de corte, ya que con una mayor velocidad aumentaramos la productividad, pero al mismo tiempo consumiramos ms herramientas, incrementando los costos.

Fig. 2.31

II. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

Para el desarrollo de la experiencia, se aument la velocidad de corte en funcin de una razn constante hasta que aparezcan signos de que la herramienta de corte esta inutilizada para un corte eficaz, este aumento en la velocidad de corte se logra aumentando las revoluciones del husillo principal del torno. Adems el tiempo de corte para cada velocidad ser constante. Luego de transcurrido el intervalo de corte especificado se procede ha medir el desgaste del filo de la herramienta por medio del microscopio en la primera etapa. En la experiencia se utilizo una probeta cilndrica (con un dimetro a cilindrar de 21 mm) de acero AISI/SAE 1020 y una herramienta de acero rpido. Los ngulos principales de corte de la herramienta son:

: 5 : 73 : 12

Las condiciones que se fijaron al realizar la experiencia fueron: A= 0.22 in/rev Profundidad= 1mm t = 29.78 s

Calculando una velocidad de corte inicial Vc=25,07/min. Se obtuvieron los siguientes datos que se muestran en la siguiente tabla: Vc (Velocidad

de Corte) n

(N de Revoluciones) t (Intervalo de tiempo en min.) VB (desgaste)

(mm) Longitud Recorrida

Observaciones

25.07 380 29.78 0,24 Viruta Continua y Enrollada

34.64 525 29.78 0,27 Viruta semi-Continua Y Enrollada

52.78 800 29.78 0,47 Viruta cortada y amarillenta (1)

72.57 1100 29.78 2,85 Viruta cortada y oscura (quemada)(2)

105.57 1600 29.78

3,8 Viruta cortada y oscura (quemada)(2)

(1) Se comienza apreciar un aumento de temperatura, por medio del humo que se origina en la

operacin de corte, producto del roce. (2) Producto del roce se observa alta vibracin en la probeta y herramienta de corte. Se nota un filo

recrecido como tambin una mala calidad superficial de la probeta.

FOTOGRAFIAS DE LOS DESGASTES PRESENTES EN LAS HERRAMIENTAS DE CORTE

Muestra No. 1

Muestra No. 2

Muestra No. 3

Muestra No. 4

Muestra No. 5

De esta tabla se puede extraer la curva tiempo de corte v/s desgaste de la herramienta y la de velocidad de corte v/s desgaste, las cuales se muestran a continuacin:

DESGASTE DE LA HERRAMIENTA EN EL TIEMPO

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 29.78 59.56 77.34 103.12 128.9

TIEMPO (s)

DES

GA

STE

DE

FLA

NC

O V

B (m

m)

DESGASTE DE LA HERRAMIENTA EN EL TIEMPO

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 25.07 34.64 52.78 72.57 105.57

VELOCIDAD DE CORTE (m/min)

DES

GA

STE

DE

FLA

NC

O V

B (m

m)

COMPARACIN DE DATOS ENTRE LOS DADOS POR ISO (1) Y LOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE

ACERO RAPIDO CONDICION 1 CONDICION 2 (Punto Crtico)

CONDICION 3

AUTOR FRANJA VB

0,2

0,5

1,4

EXPERIMENTO FRANJA VB PROMEDIO

0,255

0,47

3.25

(1)MICHELETTI, Gian. Mecanizado por Arranque de Viruta. Ed BLUME. Madrid.

Vc DURABILIDAD (CRITERIO DE TAYLOR)

DISTANCIA RECORRIDA ANTES DE LA CAIDA DEL FILO DE LA HERRAMIENTA

(CRITERIO DE LOLADZE) 25.07 482316,5 s = 55 das 0.919 m 34.64 957895.3 s = 11 das 0.665 m 52.78 116643.5 s = 11/2 da 0.436 m 72.57 23736.8 s = da 0.317 m

105.57 3643.4 s = 60,72 min 0.218 m

D= (H(h)/H(material))/Vc (Criterio de Loladze)

Bajo el criterio dado por Colding, Opitz, Shaw y Dirke, sacamos la relacin de crecimiento del desgaste en la cara de incidencia por las ecuaciones:

L= k.VB Primer tipo de Desgaste

L= k.VB2 Segundo tipo de Desgaste

Con respecto a la grafica, en un papel escala logartmica, se sacan las dos pendientes de las dos rectas que en nuestro caso fueron:

K1= 0,144

K2= 1,378

Tomando como longitud recorrida de la herramienta, el tamao longitudinal total de la probeta.

L= 0,296 m = 296mm

Las ecuaciones para los dos tipos de desgaste para este caos particular serian:

L= 0,144*VB valores de VB entre 00,47

L= 1,378*VB2 valores entre 0,47 hasta VB max

Desgaste en Funcin de la Longitud

VB= L/0.144

VB= (L/1,378)1/2

Donde L entre 0296 Con respecto al tiempo, se desarrollo la ecuacin diferencial

dVB/dT= (VB+(B/C))/T

DETERMINACION DE COEFICIENTE B/C

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0 29.78 59,56 89,34 119,12 148,9

TIEMPO (S)

DES

GA

STE

DE

FLA

NC

O V

B (m

m)

Como el coeficiente B/C) es conocido por el corte de la lnea tangente a la curva y su corte en el Eje Y, el cual dio un valor de 0,36 (se encuentra en el rango admisible) y tomando VB = , la solucin es igual.

Tomando condiciones de frontera para hallar C1, la expresin queda.

Tomando =VB=0, la expresin queda reducida.

Se observa que desgaste tiende a un valor de 1,69 mm, mientras que el desgaste mximo fue de 3,8 mm, debido al uso y a los anteriores reafilados que fueron variando la estructura cristalina en la herramienta, para mayor exactitud se recomienda en otra experiencia en la consideren las componentes tangenciales de la fuerza.

CONCLUSIONES

De sta experiencia una de las cosas ms importante que hay que resaltar es la importancia de la vida de una herramienta de corte debido al costo operacional que representa el hecho de tener que comprar herramientas, debido al desgaste prematuro, tambin existen costos por el tiempo perdido entre cambios de herramientas.

Se utilizo el criterio de Taylor por la facilidad de obtener los datos

correspondientes a la vida y velocidad de corte recomendada, de todos modos la durabilidad se ve seriamente castigada por la profundidad de corte, la isotropa del material y la ausencia de lquidos de corte.

El rango final de desgaste fue pronunciado por dos reafilados anteriores de las herramientas.

Los datos con respecto a la teora varan por la diferentes condiciones de corte presentes tanto en el uso de la maquina herramienta, como en la mismo afilado de la herramienta.

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIN OBJETIVOS

I. GENERALIDADES 1.1. Duracin y desgaste de la Herramienta 1.1.1. Desgaste de la herramienta 1.1.2. Criterios de duracin 1.1.3. Duracin de la herramienta II. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA

BIBLIOGRAFIA BAUMINISTER, Otros. Marks Manual del Ingeniero Mecnico Vol II. Ed

McGrawHill. Mxico. CORDOBA Nieto, Ernesto. Cuestiones Tericas del Mecanizado Vol II. Unidad

de Publicaciones Facultad de Ingeniera Universidad Nacional. Bogot, 1986. DOYLE, Otros. Materiales y Procesos de Manufactura para Ingenieros. Ed

McGrawHill. Mexico. FORN, Ramn. Herramientas de Corte Vol II. Ediciones CEAC. Barcelona,

1967. MICHELETTI, Gian. Mecanizado por Arranque de Viruta. Ed BLUME.

Madrid.

LABORATORIO No. 3Giza Giza FreisonDocente de Teora de CorteUNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDASBogot D. C. Noviembre de 2003OBJETIVOSOBJETIVOS ESPECIFICOS

INTRODUCCINFig. 1.2PROCEDIMIENTO DE LABORATORIOFOTOGRAFIAS DE LOS DESGASTES PRESENTES EN LAS HERRAMIENTAS D

Muestra No. 1Muestra No. 2

Muestra No. 4Muestra No. 5ACERO RAPIDOK2= 1,378L= 0,296 m = 296mmVB= L/0.144

Donde L entre 0(296dVB/dT= (VB+(B/C))/TTomando condiciones de frontera para hallar C1, la expresinTomando \(=VB=0, la expresin queda redCONCLUSIONES