INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO

SANTIAGO MARIÑO

EXTENSION PUERTO ORDAZ

ESCUELA 45. INGENIERIA INDUSTRIAL

PROFESOR:

INTEGRANTES:

Ing. Alcides Cádiz Villalba Yermali

Sotillo Karelis

Gómez María

LA TERMODINAMICA EN EL CORTE DE METALES

PUERTO ORDAZ, 21/11/2014.

INDICE

Introducción………………………………………………………………………………i

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

corte, donde existe desprendimiento de viruta…………….....………………4-10

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

proceso de manufactura ……………………………………………………….10-13

3. Uso de tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de corte de metales……………………………………………….. …………………………13-14

4. Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de

manufactura………….…………………………………………………………..15-17

Conclusión………………………………………………………..……………………… ii

Bibliografía………………………………………………………...……………………... iii

INTRODUCCIÓN

Los procesos de manufactura o también conocidos como proceso tecnológicos,

son aquellos que se emplean en un material cualquiera para diseñar de él, piezas

a utilizar posteriormente; sin dejar de lado un aspecto muy importante; el cual son

las propiedades de los materiales con respecto a estos procesos.

En el desarrollo de esta investigación estudiaremos los procesos de fabricación

mecánica con arranque de viruta ya que en el mundo mecánico, hay una amplia

gama de piezas, herramientas y maquinarias que son formadas por distintos tipos

de procesos mecánicos tales como taladrado, torneado, escariado, fresado entre

otros, los cuales son vital importancia en este informe teniendo en cuenta la

termodinámica de corte de metales en el proceso de arranque de viruta y las

medidas de seguridad a seguir mediante la realización de dicho proceso.

1. La termodinámica en el corte de metales, mediante el uso de

herramientas de corte, donde existe desprendimiento de viruta

El objetivo fundamental en los Procesos de Manufactura por Arranque de Viruta es

obtener piezas de configuración geométrica requerida y acabado deseado. La

operación consiste en arrancar de la pieza bruta el excedente (mal sobrante) del

metal por medio de herramientas de corte y maquinas adecuadas.

En la Termodinámica se encuentra la explicación racional del funcionamiento de la

mayor parte de los mecanismos que posee el hombre actual; 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 y que debido

a que la herramienta de corte debe someterse a:

Temperaturas Elevadas.

• Esfuerzos de contacto Elevados.

• Rozamiento de la interfaz herramienta-viruta.

Entonces el material de la herramienta de corte debe poseer las siguientes

características:

• Dureza en Caliente.

• Tenacidad y Resistencia al Impacto.

• Resistencia al Desgaste.

• Estabilidad Química y Neutralidad.

Se utilizan los siguientes materiales con distintas propiedades;

1. Aceros al carbono.

2. Aceros de Alta Velocidad.

3. Aleaciones de Cobalto Fundido.

4. Carburos.

5. Herramientas Recubiertas.

6. Cerámicas con Base Alumina.

7. Nitruro de Boro Cúbico.

8. Cerámicas con Base de Nitruro de Silicio.

9. Diamante.

10. Materiales Reforzados con Triquitas y Nanomateriales.

Aceros al carbono. Son los más antiguos para herramientas de corte (1880), no

tienen dureza en caliente, ni la resistencia al desgaste a altas velocidades, su uso

se limita a baja velocidad de corte.

Aceros de Alta Velocidad. Tiene mayor aleación de todos los aceros para HC, se

pueden endurecer a diferentes profundidades, poseen buena resistencia al

desgaste, limitado por su baja resistencia en caliente.

Serie M: 10% Mo, Cr, V, W y Co (aleantes)

Serie T: 12-18% W, Cr, V y Co (aleantes)

M: mayor resistencia a la Abrasión, menos distorsión térmica, menor costo. (95%

Uso).

Aleaciones de Cobalto Fundido. Tienen la siguiente composición: 38-53% Co, 30-

33% Cr, 10- 25% W, (54-64 HRC). Buena resistencia al desgaste y a altas

temperaturas, sensibles a las fuerzas de impacto. (Estelitas, pequeñas placas

fundidas).

Carburos. Aleaciones en forma de pequeñas placas obtenidas por sinterizado,

tienen la tenacidad y resistencia al impacto y limitaciones respecto a la resistencia

y dureza en caliente. Carburo de Tungsteno, Titanio e Insertos. Se clasifican P, M,

y K ISO (Organización Internacional para la Estandarización) y la ANSI (Instituto

Nacional Americano de Estandarización) desde los Grados C1 a C8.

Herramientas Recubiertas. Estas tienen propiedades únicas: Menor Fricción;

Mayor adhesión; Mayor Resistencia al Desgaste y al Agrietamiento; Actúan como

una barrera para la Difusión; Mayor Dureza en Caliente y Resistencia al

Impacto.

Vida útil 10 veces mayor, soportan altas velocidades de corte disminuyendo el

tiempo, entre 40-80 % ahorro grandes compañías.

Recubrimientos: Nitruro de Titanio; Carburo de Titanio; Cerámicos; Fases

Múltiples; Diamantes e Implante de Iones.

Cerámicas con Base Alúmina. [Al2 O3+TiC+ZrO2 (Sinterizado)]. Alta resistencia a

la abrasión y alta dureza en caliente. Mínima adherencia (filo recrecido). Permite

altas Velocidades en corte Ininterrumpido. Existe insertos con base de alúmina.

Cermets. Material cerámico en una matriz metálica, materiales cerámicos o

prensados en caliente (carbóxidos) [70% Al2O3 30% TiC y otros tienen Molibdeno

y Carburo de Niobio.

Nitruro de Boro Cúbico. Se produce uniendo una capa de cBN policristalino (0,5-

1.0 mm) aun sustrato de carburo mediante un sinterizado de alta presión y

temperatura (el carburo: resistencia al impacto y el cBN: elevada resistencia al

desgaste y al filo de corte)

Cerámicas con Base de Nitruro de Silicio. Consisten en Nitruro de Silicio con

Oxido de Itrio, Carburo de Titanio. Tienen Tenacidad, dureza en Caliente, Buena

Resistencia al impacto Térmico, por ejemplo Sialon (Si+Al+O+N). Por su afinidad

química con el hierro alta Temperatura. No adecuado

Diamante. Consiste en cristales sintéticos muy pequeños fundidos a alta presión y

temperatura (0,5-1mm) aglutinado en un sustrato de carburo, es frágil, usado a

cualquier velocidad, el desgate puede ocurrir por micro astillado. Por su afinidad a

alta temperaturas no recomendado para aceros simples al carbono, aleaciones de

titanio, níquel y cobalto.

Materiales Reforzados con Triquitas y Nanomateriales. Para mejorar el

desempeño y la resistencia al desgaste de la HC, en particular cuando se

mecanizan nuevos materiales o compósitos.

Propiedades:

Altas Tenacidad a la Fractura; Resistencia al Choque Térmico; Resistencia en el

Filo de Corte; Resistencia de Deslizamiento; Dureza en Caliente.

Los avances incluyen el uso triquitas (l=5-100ìm y Ö=0,1-1 ìm ) como fibras de

refuerzo, por ejemplo.

a) Herramienta con base de nitruro de silicio reforzadas con triquitas de carburo de

silicio.

b) Herramienta con base Al2 O3 reforzadas con 25-40% triquitas de SiC, en

ocasiones con ZrO2 por su reactividad son inadecuados para los aceros.

Herramientas por arranque de virutas:

Los conceptos principales que intervienen en el proceso son los siguientes: metal

sobrante, profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte.'

METAL SOBRANTE (SOBRE ESPESOR).

Es la cantidad de material que debe ser arrancado de la pieza en bruto, hasta

conseguir la configuración geométrica y dimensiones, precisión y acabados

requeridos. La elaboración de piezas es importante, si se tiene una cantidad

excesiva del material sobrante, originará un mayor tiempo de maquinado, un

mayor desperdicio de material y como consecuencia aumentará el costo de

fabricación. .

PROFUNDIDAD DE CORTE.

Se denomina profundidad de corte a la profundidad de la capa arrancada de la

superficie de la pieza en una pasada de la herramienta; generalmente se designa

con la letra" t" Y se mide en milímetros en sentido perpendicular; En las maquillas

donde el movimiento de la pieza es giratorio (Torneado y Rectificado) o de la

herramienta (Mandrinado), la profundidad de corte se determina según la fórmula:

en donde:

Di = Diámetro inicial de la pieza (mm)

Df = Diámetro final de la pieza (mm).

En el caso de trabajar superficies planas (Fresado, Cepillado y Rectificado de

superficies planas), la profundidad de corte se obtiene de la siguiente forma:

T = E - e (mm)

en donde:

E = espesor inicial de la pieza

e = espesor final de la pieza (mm). .

VELOCIDAD DE AVANCE. Se entiende por Avance al movimiento de la

herramienta respecto a la pieza o de esta última respecto a la herramienta en un

periodo de tiempo determinado.

El Avance se designa generalmente por la letra" s" y se mide en milímetros por

una revolución del eje del cabezal o porta-herramienta, y en algunos casos en

milímetros por minuto.

VELOCIDAD DE CORTE. Es la distancia que recorre el "filo de corte de la

herramienta al pasar en dirección del movimiento principal (Movimiento de Corte)

respecto a la superficie que se trabaja: El movimiento que se origina, la velocidad

de corte puede ser rotativo o alternativo; en el primer caso, la velocidad de, corte o

velocidad lineal relativa entre pieza y herramienta corresponde a la velocidad

tangencial en la zona que se está efectuando el desprendimiento de la viruta, es

decir, donde entran en contacto herramienta y, pieza y debe irse en el punto

desfavorable. En el segundo caso, la velocidad relativa en un instante dado es la

misma en cualquier punto de la pieza o la herramienta.

"En el caso de máquinas con movimiento giratorio (Tomo, Taladro, Fresadora,

etc.), la velocidad de corte está dada por:

(m/min) ó (ft/min)

En donde:

D = diámetro correspondiente al punto más desfavorable (m).

n = número de revoluciones por minuto a que gira la pieza o la herramienta.

Para máquinas con movimiento alternativo (Cepillos, Escoplos, Brochadoras, etc.),

la velocidad de corte corresponde a la velocidad media y está dada por:

En donde:

L = distancia recorrida por la herramienta o la pieza (m).

T = tiempo necesario para recorrer la distancia L (min).

MAQUINA-HERRAMIENTA Y HERRAMIENTA

La optimización en el proceso de fabricación de piezas en la industria es función

de la máquina–herramienta así como de la herramienta misma, por lo que a

continuación se presentan las características, más sobresalientes de cada una de

ellas.

MÁQUINAS -HERRAMIENTA. Son aquellas máquinas que desarrollan su labor

mediante un utensilio o herramienta de corte convenientemente perfilada y afilada

que máquina y se pone en contacto con el material a trabajar produciendo en éste

un cambio de forma. Y dimensiones deseadas mediante el arranque de partículas

o bien por simple deformación.

La elección de la máquina-herramienta que satisfaga las exigencias tecnológicas,

debe hacerse de acuerdo a los siguientes factores:

l. Según el aspecto de la superficie que se desea obtener: En" relación a la forma

de las distintas superficies del elemento a maquinar, se deben deducir los

movimientos de la herramienta y de la pieza, ya que cada máquina-herramienta

posee sus características que la distinguen y resulta evidente su elección.

2. Según las dimensiones de la pieza a maquinar: Se debe observar si las

dimensiones de los desplazamientos de trabajo de la máquina-herramienta son

suficientes para las necesidades de la pieza a maquinar. Además, se debe tomar

en consideración la potencia que será necesaria durante el arranque de la viruta;

la potencia estará en función de la profundidad de corte, la velocidad de avance' y

la velocidad de corte.

• 3. Según la cantidad de piezas a producir: Esta sugiere la elección más

adecuada entre las máquinas de, tipo corriente, semiautomático y automático (en

general, se emplean máquinas corrientes para producciones pequeñas y

máquinas automáticas para producciones grandes).

• 4. Según la precisión requerida: Con este factor se está en condiciones de

elegir definitivamente la máquina-herramienta adecuada.

2. Importancia de la variables de corte, calor energía y temperatura en el

proceso de manufactura

Durante el proceso normal de mecanizado la mayor parte de trabajo se consume

en la formación de viruta en el corte de plano, la temperatura y el calor dependen

de la fuerza de corte la energía mecánica introducida en el sistema produce un

aumento de temperatura. Algunas características importantes son:

1. Una temperatura excesiva afecta adversamente a la resistencia y dureza.

2. El calor puede inducir daños térmicos a las superficies de la máquina y está

causando daño al material.

3. La energía térmica es trasmitida parcialmente a la viruta y la pieza.

4. El calor se propaga desde la zona de origen hasta la herramienta a través de la

conducción.

Para convertir materia prima en diferentes productos se requiere de variables que

ayuden y la finalización de proceso que se esté radicalizando.

Calor :El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre

diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a

distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término

calor significa simplemente transferencia de energía el calor dentro de un proceso

de manufactura es de gran importancia, puesto que se requieren para realizar

diferentes procesos por ejemplo si tenemos piezas metálicas , o termoplásticas

que puedan soldarse para construir una estructura mediante la unión de piezas, se

aplica calor en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo

agregar un material de relleno fundido (metal o plástico), para conseguir un baño

de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una

unión fija. Existe otro proceso muy común en las áreas de producción donde se

usa trasferencia de calor, este proceso se conoce como radiación, que consiste en

la trasferencia de calor a través de las ondas electromagnéticas, y se aplican en la

iniciación de productos químicos. Otro proceso de manufactura que se define

como el arte de elaborar productos comerciales a partir de polvos metálicos se

conoce como pulvimetalurgia. En este proceso no siempre se utiliza el calor, pero

cuando se utiliza este debe mantenerse debajo de la temperatura de fusión de los

metales a trabajar. Cuando se aplica calor en el proceso subsecuente de la

metalurgia de los polvos se le conoce como sinterizado, este proceso genera la

unión de partículas finas con lo que se mejora la resistencia de los productos y

otras de sus propiedades. Las piezas metálicas producto de los procesos de la

metalurgia de los polvos son producto de la mezcla de diversos polvos de metales

que se complementan en sus características. Así se pueden obtener metales con

cobalto, tungsteno o grafito según para qué va a ser utilizado el material que se

fabrica.

El metal en forma de polvo es más caro que en forma sólida y el proceso es sólo

recomendable para la producción en masa de los productos, en general el costo

de producción de piezas producto de polvo metálico es más alto que el de la

fundición, sin embargo es justificable y rentable por las propiedades excepcionales

que se obtienen con este procedimiento. Existen productos que no pueden ser

fabricados y otros no compiten por las tolerancias que se logran con este método

de fabricación. Al estudiar este los diferentes procesos de manufactura donde se

usa calor podemos decir que esta variable proporciona una utilidad para poder

completar el proceso que se está realizando.

Corte: Durante el proceso de maquinado se genera fricción y con ello calor, lo que

puede dañar a los materiales de las herramientas de corte por lo que es

recomendable utilizar fluidos que disminuyan la temperatura de las herramientas.

Con la aplicación adecuada de los fluidos de corte se disminuye la fricción y la

temperatura de corte con lo que se logran las siguientes:

Ventajas económicas:

1. Reducción de costos

2. Aumento de velocidad de producción

3. Reducción de costos de mano de obra

4. Reducción de costos de potencia y energía

5. Aumento en la calidad de acabado de las piezas producidas

Características de los líquidos para corte

1. Buena capacidad de enfriamiento

2. Buena capacidad lubricante

3. Resistencia a la herrumbre

4. Estabilidad (larga duración sin descomponerse)

5. Resistencia al enranciamiento

6. No tóxico

 7. Transparente (permite al operario ver lo que está haciendo)

8. Viscosidad relativa baja (permite que los cuerpos extraños la sedimentación) 9.

No inflamable

Temperatura y energía: estas variables se pueden relación de manera muy

significativa puesto que la temperatura es considerada como una fuente de

energía en diferentes procesos de manufactura, esta se emplea en las acerías

donde se requiere de una fuerte concentración de energía calórica que permita

realizar diferentes tipos de aleaciones, y la temperatura aplicada será conforma a

las característica de los materiales que se requiera fundir.

3. Uso de tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de

corte de metales

La tabla de durezas de Friedrich mohs determina como el material más duro al

diamante monocristalino, a continuación se puede considerar al diamante

policristalino sintético (PCD), su gran dureza se manifiesta en su elevada

resistencia al desgaste por abrasión por lo que se le utiliza en la fabricación de

muelas abrasivas.

Las pequeñas plaquitas de PCD, son soldadas a placas de metal duro con el fin

de obtener fuerza y resistencia a los choques, la vida útil del PCD puede llegar a

ser 100 veces mayor que la del metal duro.

Partes de las Herramientas de Corte (Útil de Corte).

CARA: Es la superficie o superficies sobre las cuales fluye la viruta

(superficie de desprendimiento).

FLANCO: Es la superficie de la herramienta frente a la cual pasa la viruta

generada en la pieza (superficie de incidencia).

FILO: Es la parte que realiza el corte. El filo principal es la parte del filo que

ataca la superficie transitoria en la pieza. El filo secundario es la parte

restante del filo de la herramienta.

PUNTA: Es la parte del filo donde se cortan los filos principales y

secundarios; puede ser aguda o redondeada o puede ser intersección de

esos filos.

Formas y Funcionamiento (Útil de Corte).

Según las Normas ISO los aceros rápidos clasifican de la siguiente manera:

Material de Fabricación (Útil de Corte).

NOMBRE TEMP OBSERVACIONES

Acero al carbono 300° C Prácticamente ya no se usa.

Acero alta velocidad 700° C HSS-Acero rápido.

Stelita 900° C Aleación. Prácticamente ya no se

usa

Carburos Metálicos 1000° C HM-Aglomerados y no aglomerados

Cermet 1300° C Base de TiC, TiCN, TiN

Cerámicas 1500° C Al2O3 o Si3N4

Cerámicas mezcladas 1500° C Al2O3+ZrO3

CBN 2000° C TiN/TaN/CBN(Nitruro cúbico de boro)

Diamante 800° C PCD Polycrystaline Diamond

4. Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de

manufactura.

La seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de

manufactura es todo aquel conjunto de normas, reglamentos, principios,

legislación que se establecen a objeto de evitar los accidentes laborales y

enfermedades profesionales en un ambiente de trabajo. Por ende en todo proceso

de manufactura donde exista desprendimiento de viruta no se está exento de sufrir

algún accidente ocupacional. Entre las recomendaciones que podemos mencionar

para realizar un trabajo optimo y libre de accidentes están las siguientes:

Protección Personal.

Antes de hacer funcionar la máquina, el personal debe vestir: braga con mangas

cortas, lentes, zapatos de seguridad.

Los trabajadores deben utilizar anteojos de seguridad contra impactos

(transparentes), sobre todo cuando se mecanizan metales duros, frágiles o

quebradizos.

Se debe llevar la ropa de trabajo bien ajustada. Las mangas deben llevarse

ceñidas a la muñeca.

Se debe usar calzado de seguridad que proteja contra cortes y pinchazos, así

como contra caídas de piezas pesadas.

Es muy peligroso trabajar llevando anillos, relojes, pulseras, cadenas en el cuello,

bufandas, corbatas o cualquier prenda que cuelgue.

Así mismo es peligroso llevar cabellos largos y sueltos, deben recogerse bajo

gorro o prenda similar. Lo mismo la barba larga.

Orden y Limpieza.

Debe cuidarse el orden y conservación de las herramientas, útiles y accesorios;

tener un sitio para cada cosa y cada cosa en su sitio.

La zona de trabajo y las inmediaciones de la máquina deben mantenerse limpias y

libres de obstáculos y manchas de aceite.

Los objetos caídos y desperdigados pueden provocar tropezones y resbalones

peligrosos, por lo que deben ser recogidos antes de que esto suceda.

La máquina debe mantenerse en perfecto estado de conservación, limpia y

correctamente engrasada.

Las virutas deben ser retiradas con regularidad, utilizando un cepillo o brocha para

las virutas secas y una escobilla de goma para las húmedas y aceitosas.

Las herramientas deben guardarse en un armario o lugar adecuado.

No debe dejarse ninguna herramienta u objeto suelto sobre la máquina.

Eliminar los desperdicios, trapos sucios de aceite o grasa que puedan arder con

facilidad, acumulándolos en contenedores adecuados (metálicos y con tapa).

Las poleas y correas de transmisión de la máquina deben estar protegidas por

cubiertas.

Conectar el equipo a tableros eléctricos que cuente con interruptor diferencial y la

puesta a tierra correspondiente.

Todas las operaciones de comprobación, medición, ajuste, etc., deben realizarse

con la máquina parada.

Se debe instalar un interruptor o dispositivo de parada de emergencia, al alcance

inmediato del operario.

Para retirar una pieza, eliminar las virutas, comprobar medidas, etc. se debe parar

la máquina.

Manejo de Herramientas y Materiales.

Durante el mecanizado, se deben mantener las manos alejadas de la herramienta

que gira o se mueve.

Aún paradas las fresas son herramientas cortantes. Al soltar o amarrar piezas se

deben tomar precauciones contra los cortes que pueden producirse en manos y

brazos.

Los interruptores y demás mandos de puesta en marcha de las máquinas, se

deben asegurar para que no sean accionados involuntariamente; las arrancadas

involuntarias han producido muchos accidentes.

Operación de las Máquinas.

Todas las operaciones de comprobación, ajuste, etc. deben realizarse con la

máquina parada, especialmente las siguientes:

Alejarse o abandonar el puesto de trabajo.

Sujetar la pieza a trabajar.

Medir o calibrar.

Comprobar el acabado.

Limpiar y engrasar

Ajusta protecciones o realizar reparaciones.

Dirigir el chorro de líquido refrigerante.

CONCLUSIÓN

En el mundo mecánico, hay una amplia gama de piezas, herramientas y

maquinarias que son formadas por distintos tipos de procesos mecánicos tales

como estirado, laminado, forja, planchas, fundición y el de vital importancia en este

informe, el de arranque de viruta.

Este proceso de arranque de viruta es de una gran precisión, la cual se logra en la

forma y su calidad superficial de acabados. Generalmente el proceso utilizado es

el de sin arranque de viruta, de modo que el arranque de viruta que viene a

continuación sea muy pequeño y nos satisfaga los propósitos que perseguimos,

los cuales son: la forma requerida y la superficie de acabado en correcto orden.

El principio básico utilizado para todas las maquinas-herramientas, es el de

generar superficies por medio de movimientos relativos entre la herramienta

(utensilio que se encuentra en contacto con la pieza) y la pieza.

El corte de metales es un proceso termo-mecánico durante el cual la generación

de calor ocurre como resultado de la deformación plástica y la fricción a través de

las herramienta-viruta y herramienta-material de trabajo, es decir poder trasformar

algún material, este primero deberá pasar por el un proceso térmico , para poder

deformarlo obteniendo asa el resultado del proceso. En la ingeniería de los

diferentes procesos de manufactura se basan en las trasformación de los

materiales para obtener otro con las mismas o diferentes características de

fabricación. Al usar un proceso térmico- mecánico para los cortes de metales se

logra: Reducir los costó de fabricación puesto que el proceso será continuo y la

maquinaria es la misma. Al usar calor, como fuente de energía para la

deformación la producción de proceso aumenta.

BIBLIOGRAFIAS

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aplicaciones. Editorail McGraw -Hill Latinoamericana S.A. Editado en 1979.

Walter Batsch. Herramientas Maquinas Trabajo. Editorial Revertê , S.A.

Editado en 1973.

Ing. Montes de Oca Morán; Ricardo, Ing. Pérez López; Isaac, "Manual de

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