República Bolivariana de Venezuela

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     Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño

                               

                           

 

 

 

La termodinámica en el corte de metales

 

 

                                                                                                 Bachiller:

.                                                                                               Ángel Álvarez

                                                                                                   

 

Puerto Ordaz, Junio de 2014.

La termodinámica en el corte de metales

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

corte, donde existe desprendimiento de viruta Es importante describir lo que es el

corte de metales, esta es Tradicionalmente, un corte que se realiza en torno,

taladradoras, y fresadoras en otros procesos ejecutados por máquinas

herramientas con el uso de varias herramientas cortantes.

Uso de herramientas de corte, donde existe desprendimiento de viruta

Una herramienta de corte es el elemento utilizado para extraer material de una pieza cuando se   quiere   llevar   a   cabo   un   proceso   de mecanizado. Hay muchos tipos para cada

máquina, pero todas se basan en un proceso de arranque de viruta. Es decir, al

haber una elevada diferencia de velocidades entre la herramienta y la pieza, al

entrar en contacto la arista de corte con la pieza, se arranca el material y se

desprende la viruta.

Materiales de las herramientas

Para una buena herramienta de corte, los materiales que la forman deben tener

las siguientes características:

Dureza: Debe tener mucha dureza para aguantar la elevada temperatura y fuerza

de fricción cuanto está en contacto con la pieza.

Resiliencia: Debe tener resiliencia para que las herramientas no se agrieten o se

fracturen.

Resistencia al desgaste: Debe tener una duración aceptable, debido a los costos

de producción y evitar un recambio de piezas.

Seguidamente se describen diferentes materiales utilizado para fabricar

herramientas de corte o plaquetas:

Propiedades Acero no aleado   

Es un acero con entre 0,5 a 1,5% de concentración de carbono. Para

temperaturas de unos 250 º C pierde su dureza, por lo tanto es inapropiado para

grandes velocidades de corte y no se utiliza, salvo casos excepcionales, para la

fabricación de herramientas de torno.

Acero aleado

Contiene como elementos aleatorios, además del carbono, adiciones de

wolframio, cromo, vanadio, molibdeno y otros. Hay aceros débilmente aleados y

aceros fuertemente aleado.         

Metal duro   

Los metales duros hacen posible un gran aumento de la capacidad de corte de la

herramienta. Los componentes principales de un metal duro son el volframio y el

molibdeno, además del cobalto y el carbono.       

Cerámicos

Estable. Moderadamente barato. Químicamente inerte, muy resistente al calor y se

fijan convenientemente en soportes adecuados. Las cerámicas son generalmente

deseables en aplicaciones de alta velocidad, el único inconveniente es su alta fragilidad.      

Cermet

Estable. Moderadamente caro. Otro material cementada basada en carburo de

titanio (TiC). El aglutinante es usualmente níquel.        

Diamante

Estable. Muy Caro. La sustancia más dura conocida hasta la fecha. Superior

resistencia a la abrasión, pero también alta afinidad química con el hierro que da

como resultado no ser apropiado para el mecanizado de acero.

Importancia de las variables de corte

En todos los procesos de mecanizado existe un desgaste de las herramientas de

corte que se utilizan en cada caso.

Todas las herramientas de corte se desgastan durante el mecanizado, y tal

desgaste sigue hasta que sobreviene el final del filo. Hoy en día, los parámetros

que se manejan para determinar cuándo un filo de corte está en condiciones

óptimas para cortar son principalmente el acabado superficial, la precisión

dimensional que quedan en la piezas elaboradas, el patrón de desgaste de la

herramienta, que tipo de viruta se forma, la vida del filo prevista e incluso hay

diferentes sistemas de monitorización del desgaste.

Corte de metal por chorro de agua

Para cortar metales como, por ejemplo, titanio, acero, latón y aluminio, el corte por

chorro de agua es el método más versátil en comparación con el corte por láser y

plasma. El método de corte en mesas de chorro de agua se puede utilizar para

cortar metales más gruesos que con el láser (hasta 305 mm/12 pulg.), incluido el

titanio y el aluminio, y ofrece mayor precisión que el corte por plasma. Los

sistemas de chorro de agua con abrasivo son también más económicos que los

sistemas de láser, lo que los convierte en una opción ideal para el corte de

metales y acero en el sector de la fabricación.

El corte mediante máquinas de chorro de agua es un proceso en frío, por lo que es

ideal para las aplicaciones de automoción, médicas y aeroespaciales, en las que

el calor no puede afectar a los materiales. Se puede realizar casi cualquier tipo de

corte, desde el uso de mesas de chorro de agua para la perforación rápida de

orificios hasta cortes detallados para aplicaciones de automoción.

Calor y energía

Las fuerzas de corte que se encuentran en la práctica de esta operación pueden

ser de varios cientos de Newton. Las velocidades típicas de corte son de varios

cientos de m/s o más. El producto de la fuerza cortante y la velocidad dan la

potencia (energía por unidad de tiempo) requerida para ejecutar la operación de

maquinado:

P = F v (2) donde: P = potencia de corte, N-m/s;

F = fuerza de corte, N;

v = velocidad de corte, m/s.

La potencia bruta requerida para operar la máquina herramienta es más grande

que la potencia usada en el proceso de corte, debido a las pérdidas mecánicas en

el motor y la transmisión de la máquina. Estas pérdidas se pueden contabilizar por

la eficiencia mecánica de la máquina herramienta, donde hpg = potencia bruta del

motor de la máquina-herramienta en hp y E = eficiencia mecánica de la máquina

herramienta.

La potencia consumida de una operación de corte se convierte en calor

principalmente por los siguientes mecanismos:

  Plástica en la zona de cizalla dura de la viruta.

  Fricción entre la viruta y herramienta

  Fricción entre herramientas y la pieza.

Taladradora

Las herramientas de taladro giran sobre sí mismas como ocurre con la fresa. El

extremo que no corta tiene forma cónica de forma que se acopla con el porta

herramientas por medio de auto retención. Su finalidad es hacer agujeros. Para

hacer un agujero con mucha precisión, el orden natural de utilización de las

herramientas sería broca, broca mandril, y escariadores:

Uso de las tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de corte

de metales.

Las tablas de Termodinámica nos ofrecen cuatro valores, en función de dos datos

básicos presión y temperatura. Los valores que nos ofrecen son el Volumen

Especifico, la Energía Interna, La Entalpía y la Entropía.

En el proceso de corte de metales se utiliza para realizar mediciones de

temperaturas, energía mediante proceso de mecanizado y desprendimiento de

virutas.

Seguridad industrial

Se ocupa de dar lineamientos generales para el manejo de riesgos en la industria.

Las instalaciones industriales incluyen una gran variedad de operaciones de minería,

transporte, generación de energía, fabricación y eliminación de desperdicios, que

tienen peligros inherentes que requieren un manejo muy cuidadoso.

Desprendimiento de virutas en el proceso de manufactura

El maquinado es un proceso de manufactura en el cual se usa una herramienta de

corte para remover e exceso de material de una parte de trabajo, de tal manera

que el remanente sea la forma deseada. La mayoría de los procesos tradicionales

de maquinado quitan material formando virutas, o lo hacen por abrasión. No

obstante, existen numerosos casos en que estos procesos no son satisfactorios o simplemente no son posibles por alguna de las siguientes razones:    

• El material tiene dureza o resistencia muy elevada, o el mismo es demasiado

frágil.

• La pieza es demasiado flexible o resulta difícil sujetar las partes.             

• La forma de la pieza es compleja.          

• El acabado superficial y la tolerancia dimensional son muy rigurosos.  

• El aumento de la temperatura y los esfuerzos residuales en la pieza no son

deseables ni aceptables.