República Bolivariana de Venezuela.

Ministerio del Poder Popular Para la Educación Universitaria.

I.U.P “Santiago Mariño”.

Extensión Puerto Ordaz.

Escuela 45, Sección “S”.

Cátedra: Procesos de Manufactura.

Puerto Ordaz, Estado Bolívar.

La termodinámica en el corte de metales.

Profesor: Bachilleres:

Cádiz, Alcides. López, Omar. C.I.N° 18.247.158

Prado, Daniela. C.I.N° 20.079.462

Tocuyo, Odris. C.I.N° 18.917.623

Ciudad Guayana, Noviembre del 2013.

Índice

Cont. Pág.

Introducción…………………………………………………………………………...03

La termodinámica en el corte de metales, mediante el uso de herramientas de

corte, donde existe desprendimiento de viruta……………………………………04

Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperatura en el

proceso de manufactura…………………………………………………………….08

Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de

manufactura…………………………………………………………………………..09

Conclusión…………………………………………………………………………….10

Bibliografía…………………………………………………………………………….11

Introducción.

La termodinámica, es una rama de la física que estudia los fenómenos

relacionados con el calor. Estudia los intercambios de energía térmica entre

sistemas y los fenómenos mecánicos y químicos que implican tales

intercambios. En particular, estudia los fenómenos en los que existe

transformación de energía mecánica en térmica o viceversa.

El corte de metales es un proceso termo-dinámico, durante el cual, la

generación de calor ocurre como resultado de la deformación plástica y la

fricción a través de las interfaces herramienta-viruta y herramienta-material de

trabajo.

El desprendimiento de viruta se considera como un proceso de

manufactura en el que una herramienta se utiliza para remover el exceso de

material de una pieza de forma que, el material que quede tenga exactamente

la forma deseada. La acción principal de corte consiste en aplicar deformación

en corte para formar la viruta y exponer la nueva superficie.

La Seguridad Industrial tiene por objeto la prevención y limitación de

riesgos, así como la protección contra accidentes y siniestros capaces de

producir daños o perjuicios a las personas, flora, fauna, bienes o al medio

ambiente, derivados de la actividad industrial o de la utilización, funcionamiento

y mantenimiento de las instalaciones o equipos y de la producción, uso o

consumo, almacenamiento o desecho de los productos industriales.

La termodinámica en el corte de metales, mediante el uso de herramientas

de corte, donde existe desprendimiento de viruta.

Formas y perfiles de las herramientas del corte:

Rompevirutas: un tipo continuo de virutas, que resulte de un corte

largo puede ser bastante engorroso. Estás virutas se amontonan

alrededor de la pieza de trabajo, de las herramientas, y los miembros de

las maquinas, y son peligrosas para el operador debido a que están

caliente y peligrosas. A velocidades altas las virutas salen rápidos, con

frecuencia fuera de control y no terminan un rizo. Los rompevirutas son

característicos de las herramientas de corte que rizan y rompen las

virutas para que se le puedan eliminar con facilidad.

En la figura se muestran rompevirutas comunes. El tipo de ranura y

el tipo escalonado ambos se tallan o forman dentro de la cara inclinada

de la herramienta. La ranura debilita en algo el borde del corte y son las

adecuadas para avance moderado. El tipo mecánico es un bloque de

material duro para herramientas sujeto a la cara de la herramienta y se

ajusta a diferentes avances o alimentación. La forma del tipo de ángulo

saliente se comprime dentro de los insertos de la herramienta. No

presenta una obstrucción para la viruta y se informa que da un buen

control de virutas con fuerzas mucho más pequeñas y menos potencia

que los otros tipos.

En la actualidad, los procesos de fabricación mediante el

mecanizado de piezas constituyen uno de los procedimientos más

comunes en la industria metalmecanica para la obtención de elementos y

estructuras con diversidad de formas, materiales y geometrías con

elevado índice de precisión y calidad.

El corte de metales es un proceso termo-dinámico, durante el cual,

la generación de calor ocurre como resultado de la deformación plástica

y la fricción a través de las interfaces herramienta-viruta y herramienta-

material de trabajo.

La predicción de la temperatura de corte para el proceso de

mecanizado es importante debido a sus efectos en el desgaste de la

herramienta y su influencia sobre la productividad, el costo de la

herramienta y el acabado superficial de la pieza mecanizada. Por otra

parte, el costo del mecanizado se encuentra altamente relacionado con el

porcentaje de metal removido y este costo se puede reducir mediante el

incremento de los parámetros de corte, los que a su vez son limitados

por la temperatura de corte.

Para la medición de la temperatura de corte se diseñó y se

construyó un equipo de medición de temperatura para operaciones de

fresado frontal, basado en el método de termopar pieza – herramienta.

Se realizaron una serie de ensayos aplicando el método de Taguchi, el

cual emplea un arreglo ortogonal para recolectar toda la data significativa

de forma estadística, con el número de repeticiones posibles, de esta

forma se logra una disminución de costos y tiempos de ejecución. Así

mismo, a través de la Señal Ruido (SIR) se obtuvo la combinación optima

de parámetros para alcanzar la mínima temperatura de corte durante el

proceso de fresado frontal. Posteriormente se desarrollaron expresiones

matemáticas, mediante regresiones lineales múltiples,para la predicción

de la temperatura de corte de cada material, en función de las variables

de corte, velocidad de corte (V), profundidad de pasada (d), velocidad de

avance de la herramienta (F), dureza (HBN o HRB) y conductividad

térmica del material (K).

Los resultados de los ensayos reflejan, tal como era de esperarse,

que al aumentar las variables de corte; V, F, Y, d. La temperatura de corte

se incrementa. Adicionalmente se observó que la velocidad de corte tiene

una influencia mayor al 70% sobre la temperatura de corte, la velocidad

de avance y la profundidad de corte poseen una influencia entre el 10% y

12%.

En otro sentido menos amplio, el desprendimiento de viruta se

considera como un proceso de manufactura en el que una herramienta

se utiliza para remover el exceso de material de una pieza de forma que,

el material que quede tenga exactamente la forma deseada. La acción

principal de corte consiste en aplicar deformación en corte para formar la

viruta y exponer la nueva superficie.

TIPOS DE VIRUTA

• CONTINUA

Características en materiales dúctiles.

Presenta problemas de control de viruta.

Características en materiales quebradizos.

Presenta problemas de control de calidad

Acelera el desgaste en la cuchilla

• CONTINUA CON PROTUBERANCIA: Representa el corte de

materiales dúctiles a bajas velocidades en donde existe una alta fricción

sobre la cara de la herramienta. Ésta 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.

MECANIZADO SIN ARRANQUE DE VIRUTA: Todas las piezas metálicas,

excepto las fundidas, en algún momento de su fabricación han estado

sometidas a una operación al menos de conformado de metales, y con

frecuencia se necesitan varias operaciones distintas. Así, el acero que se utiliza

en la fabricación de tubos para la construcción de sillas se forja, se lamina en

caliente varias veces, se lamina en frió la forma tubular, se suelda, se maquina

en soldadura y a veces, si lo requiere se estira en frió. Esto, aparte de todos los

tratamientos subsidiarios. La teoría del conformado de metales puede ayudar a

determinar la forma de utilizar las máquinas de la manera más eficiente, así

como a mejorar la productividad.

MECANIZADO POR ABRASION: La abrasión es la eliminación de material

desgastado de las piezas en pequeñas cantidades, desprendiendo partículas

de material, en muchos casos incandescente. Este proceso se realiza por la

acción de una herramienta característica, la muela abrasiva. En este caso la

muela está formada por partículas de material abrasivo muy duro. La precisión

que se puede alcanzar por abrasión y el acabado superficial puede ser muy

buena, sin embargo los tiempos productivos son muy prolongados.

MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA: El material es arrancado o

cortado de una herramienta dando lugar a un desperdicio o viruta. Es

importante resaltar la limitación física que presenta: no puede eliminar todo el

material que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para

apretar la herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no

penetra y no se llega a extraer la viruta.

MECANIZADO EN SECO Y CON REFRIGERANTE: hoy en día el torneado en

seco es completamente viable. Existe una tendencia reciente a efectuar los

mecanizados en seco siempre que la calidad de la herramienta lo permita. Sin

embargo el mecanizado en seco no es adecuado para todas las aplicaciones,

especialmente para taladros, roscados y mandrinados para garantizar la

evacuación de virutas. Tampoco es recomendable tornear en seco materiales

pastosos o demasiado blandos como el aluminio o el acero de bajo contenido

en carbono, ya que es muy probable que los filos de corte se embocen con el

material que cortan, produciendo mal acabado superficial, dispersiones en las

medidas de la pieza e incluso rotura de los filos de corte.

TEORIA DE LA FORMACION DE LA VIRUTA: Para poder explicar el proceso

de formación de viruta en el maquinado de metales, se hace uso del modelo de

corte ortogonal. Aunque el proceso de maquinado es tridimensional, este

modelo solo considera dos dimensiones para su análisis. El modelo de corte

ortogonal asume que la herramienta de corte tiene forma de cuña, y el borde

cortante es perpendicular a la velocidad de corte, cuando esta herramienta se

presiona contra la pieza de trabajo se forma por deformación cortante la viruta

a lo largo del plano de corte, y es así como se desprende la viruta de la pieza.

La herramienta para corte ortogonal tiene dos elementos geométricos, el

ángulo de ataque (a) y el ángulo claro o de incidencia que es el que provee un

claro entre la herramienta y la superficie recién generada.

Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperatura en el

proceso de manufactura.

La importancia práctica de la termodinámica radica fundamentalmente

en la diversidad de fenómenos físicos que describe, y por tanto, la enorme

productividad tecnológica que ha derivado de su conocimiento. Aunque en un

principio los desarrollos tecnológicos, como las llamadas máquinas de vapor o

los termómetros, se llevaron a cabo de manera empírica, fue hasta el siglo XIX

cuando científicos como Carnot y Joule formalizaron sus resultados y

determinaron las causas teóricas de su funcionamiento.

Las ideas de “Caliente” y “Frio” han formado parte de las experiencias

sensoriales del hombre desde tiempos inmemoriales. De hecho, dos de los

primeros científicos que expresaron estas ideas fueron Leonardo Da Vinci y

Galileo, quienes sabían que al contacto con un tercer cuerpo, usualmente el

aire, dos o más cuerpos en contacto con él “se mezclaban de una manera

apropiada hasta alcanzar una misma condición”. Esta condición era alcanzada

debido a la tendencia de los cuerpos calientes de difundir su energía a los

cuerpos más fríos. Este flujo de energía es denominado calor. Así, podemos

percibir la tendencia del calor a difundirse de cualquier cuerpo caliente hacia

otros más fríos en sus alrededores, hasta que el calor se distribuye entre ellos

de una manera tal que ninguno es capaz de tomar más que los restantes.

La acción principal de corte consiste en aplicar deformación en corte

para formarla viruta y exponer la nueva superficie. Sobre los procesos de corte

podemos cortar metales:

Madera

Plásticos compuestos

Cerámicas

Podemos lograr tolerancias menores de 0.001” y tolerancias mejores que16

micropulg.

Requieren el uso de una cuchilla para remover el material.

Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de

manufactura.

La Seguridad Industrial tiene por objeto la prevención y limitación de

riesgos, así como la protección contra accidentes y siniestros capaces de

producir daños o perjuicios a las personas, flora, fauna, bienes o al medio

ambiente, derivados de la actividad industrial o de la utilización, funcionamiento

y mantenimiento de las instalaciones o equipos y de la producción, uso o

consumo, almacenamiento o desecho de los productos industriales.

En el desprendimiento de virutas su objetivo es la obtención de piezas

con características de forma requeridas. Conlleva ciertos conceptos: El metal

sobrante es el material a eliminar, la profundidad de corte es la profundidad, en

una pasada de la herramienta, de la capa arrancada, la velocidad de avance es

aquella dada por el movimiento de relación herramienta-pieza o viceversa,

mientras que la velocidad de corte es la distancia recorrida por el filo de la

herramienta. Estos procesos incluyen desprendimiento de viruta, que varía de

acuerdo a las características del material y el proceso en sí.

Conclusión

En la actualidad es de gran importancia saber que la termodinámica se

ocupa de las propiedades macroscópicas (grandes, en oposición a lo

microscópico o pequeño) de la materia, especialmente las que son afectadas

por el calor y la temperatura, así como de la transformación de unas formas de

energía en otras.

Cabe destacar que los procesos de fabricación mediante el

mecanizado de piezas constituyen uno de los procedimientos más

comunes en la industria metalmecanica para la obtención de elementos y

estructuras con diversidad de formas, materiales y geometrías con

elevado índice de precisión y calidad.

Así mismo es significativo mencionar que la predicción de la

temperatura de corte para el proceso de mecanizado es importante

debido a sus efectos en el desgaste de la herramienta y su influencia

sobre la productividad, el costo de la herramienta y el acabado superficial

de la pieza mecanizada. Por otra parte, el costo del mecanizado se

encuentra altamente relacionado con el porcentaje de metal removido y

este costo se puede reducir mediante el incremento de los parámetros de

corte, los que a su vez son limitados por la temperatura de corte.

Bibliografía

Textos:

MANRIQUE, José. A & CARDENAS, Rafael. R.

Termodinámica, Editorial Harla, México, 1981.

DOYLE, Lawrence. E.

Materiales y Procesos de Manufactura para Ingenieros.

Web:

http://www.uia.mx/campus/publicaciones/fisica/pdf/15termodinamica.pdf

http://www.slideshare.net/GuillermoChavezMartnez/procesos-de-manufactura-

actividad-extra

http://www.aragon.es/seguridadindustrial