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- 1. República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior I.U.P. “Santiago Mariño” Puerto Ordaz – Estado Bolívar Bachiller: Nuglis González Noviembre, 2013 CI: 22 828 820
- 2. ÍNDICE Introducción 03 La termodinámica en el corte de metales, mediante el uso de herra- 04 mientas de corte, donde existe desprendimiento de viruta. Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperatura en 08 el proceso de manufactura. Uso de tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de 10 corte de metales. Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de 11 manufactura. Conclusión 12 Referencias bibliográficas 13 Nuglis González Página 2
- 3. INTRODUCCIÓN El modelado se consigue eliminando parte del material de la pieza o estampándola con una forma determinada. Son la base de la industria moderna y se utilizan directa o indirectamente para fabricar piezas de máquinas y herramientas. Estas máquinas pueden clasificarse en tres categorías: máquinas desbastadoras convencionales, prensas y máquinas herramientas especiales. Las máquinas desbastadoras convencionales dan forma a la pieza cortando la parte no deseada del material y produciendo virutas. Las prensas utilizan diversos métodos de modelado, como cizallamiento, prensado o estirado. Las máquinas herramientas especiales utilizan la energía luminosa, eléctrica, química o sonora, gases a altas temperaturas y haces de partículas de alta energía para dar forma a materiales especiales y aleaciones utilizadas en la tecnología moderna. En cada empresa u organización además de contar con una buena planeación, el diseño del producto que se desea manufacturar debe de contar con ciertas especificaciones para definir un proceso de fabricación a adecuado. Dependiendo del cambio que se le quiera realizar, este proceso puede ser un cambio de forma del material en el cual ocurre una transformación física del material o bien algún acabado que se le dé o simplemente el ensamblado de piezas. Durante el siglo XIX se alcanzó un grado de precisión relativamente alto en tornos, perfiladoras, cepilladoras, pulidoras, sierras, fresas, taladradoras y perforadoras. La utilización de estas máquinas se extendió a todos los países industrializados. Nuglis González Página 3
- 4. LA TERMODINÁMICA EN EL CORTE DE METALES, MEDIANTE EL USO DE HERRAMIENTAS DE CORTE, DONDE EXISTE DESPRENDIMIENTO DE VIRUTA. En el proceso de cambio de formas de materiales la materia prima tiene una entrada y al llegar al proceso sufre una serie de pasos en el cual la materia prima va sufriendo transformaciones que lo va aproximando cada vez al producto final y además se le va agregando un valor. En el proceso de acabado de materia prima es cuando se le da el toque final, es decir se le da una mayor presentación de acuerdo a las exigencias del cliente. El proceso de ensamblado consiste en unir una pieza o más para formar una sola, en el cual se obtiene el producto final y tener una forma compleja o simple dependiendo de las partes que lo conforman. Cortar metales involucra la remoción de metal mediante las operaciones de maquinado. Tradicionalmente, el maquinado se realiza en tornos, taladradoras de columna, y fresadoras con el uso de varias herramientas cortantes. El maquinado de éxito requiere el conocimiento sobre el material cortante. Estas clases explicarán todos aspectos de cortar metales. El contenido es para los individuos que necesitan de entender los procesos y los productos que hacen posibles el cortar metales. El contenido aplica a los sistemas comunes de las herramientas y las operaciones así como las aplicaciones especializadas para los usuarios más experimentados. Sé ha hecho mucha investigación en el estudio de la mecánica y geometría la formación de la viruta y la reacción de su forma, a factores tales como duración de la herramienta y el acabado de la superficie. Las virutas herramientas se han calcificado en tres tipos. El tipo 1 una viruta discontinua o fragmentada, representa una conducción en el que el metal se fractura en partes considerablemente pequeñas de Nuglis González Página 4
- 5. las herramientas cortantes. Este tipo de viruta se obtiene por maquina la mayoría de los materiales frágiles, tales como el hierro fundido. En tanto se producen estas virutas, el filo cortante corrige las irregularidades y se obtiene un acabado bastante bueno. La duración de la herramienta es considerablemente alta y la falla ocurre usualmente como resultado de la acción del desgaste de la superficie de contacto de la herramienta. También puede formar virutas discontinuas en algunos materiales dúctiles y el coeficiente de ficción es alto. Sin embargo, tales virutas de materiales dúctiles son una inducción de malas condiciones de corte: Un tipo ideal de viruta desde el punto de vista de la duración de la herramienta y el acabado, es la del tipo B continua simple, que se obtiene en el corte de todos los materiales dúctiles que tienen un bajo coeficiente de fricción. En este caso el metal se forma continuamente y se desliza sobre la cara de la herramienta sin fracturarse. Las virutas de este tipo se obtienen a altas velocidades de corte y son muy comunes cuando en corte se hace con herramientas de carburo. Debido a su simplicidad se puede analizar fácilmente desde el punto de vista de las fuerzas involucradas. La viruta del tipo C es característica de aquellos maquinados de materiales dúctiles que tienen un coeficiente de fricción considerablemente alto. En cuanto la herramienta inicia el corte se aglutina algo de material por delante del filo cortante a causa del alto coeficiente de fricción. En tanto el corte prosigue, la viruta fluyen sobre este filo y hacia arriba a lo largo de la cara de la herramienta. Periódicamente una pequeña cantidad de este filo recrecido se separa y sale con la viruta y se incrusta en la superficie torneada. Debido a esta acción el acabado de la superficie no es tan bueno como el Nuglis González Página 5
- 6. tipo de viruta B. El filo recrecido permanece considerablemente constante durante el corte y tiene el efecto de alterar ligeramente el ángulo de inclinación. Sin embargo, en tanto se aumenta la velocidad del corte, el tamaño del filo decrecido disminuye y el acabado de la superficie mejora. Este fenómeno también disminuye, ya sea reduciendo el espesor de la viruta o aumentando el ángulo de inclinación, aunque en mucho de los materiales dúctiles no se puede eliminar completamente. Para cualquiera de estos procesos es necesario tener bien definidas las especificaciones con sus respectivas tolerancias o márgenes de error para lo cual se debe contar con maquinaria, equipo y personal especializado que sea capaz de realizar el trabajo en el menor tiempo y menor costo, es decir, debe ser eficiente el costo y los tiempos para lograr los objetivos que pretende la empresa. Como la optimización de recursos para obtener mayor ganancia y obtener el prestigio que cualquier empresa persigue. Las máquinas, aparatos, herramientas están formados por muchas piezas unidades, tales como: pernos, armazones, ruedas, engranes, tornillos, etc. Todas estas piezas obtienen su forma mediante procesos mecánicos, fundición, forja, estirado, laminado, corte de barras y planchas y por sobre todo mediante arranque de viruta. Este proceso es muy empleado debido a la gran precisión que se logra en la forma y su calidad en los acabados superficiales. Por lo general lo que se hace es trabajar la piel sin arranque de viruta de tal modo que después sea muy pequeño el arranque de viruta.Las maquinas herramientas se pueden dividir en tres grupos: Las que usan herramienta monofolio Herramienta multifilo Muelas abrasivas Nuglis González Página 6
- 7. La fresadora. Esta es una máquina-herramienta que se denomina multifilo. La herramienta multifilo está compuesta por dos o más filos cortantes, la mayoría de este tipo de herramientas es de tipo rotatorio, teniendo un vástago cilíndrico o cónico para ser sujetadas, o tiene un agujero para ser montadas.Las fresadoras se dividen en dos clases: Fresadora horizontal Fresadora vertical Sin embargo la fresadora universal puede adaptarse a las dos formas y la fresadora consta de varios filos y gira con movimientos uniformes de esta manera produce el arranque de viruta. Cepillo hidráulico También conocido como planeado, es un proceso similar al limado, debido a que el arranque de viruta también se produce de forma lineal. Y se utilizan principalmente para el maquinado de superficies planas de grandes dimensiones.Estas máquinas no se utilizan para la producción en medianas y grandes series debido a que los tiempos de maquinado utilizados por estas son muy largas. Se clasifican en las que utilizan muelas abrasivas, estas muelas abrasivas generalmente son de forma cilíndrica, de disco o de copa, y están formadas por granos individuales de material muy duro generalmente son de óxido de aluminio o de carburo de silicio. Rectificadora. La rectificadora se puede clasificar de diversas maneras según el tipo de superficie a mecanizar: rectificadoras universales, cilíndricas, horizontales, verticales, exteriores e interiores.En el rectificador es posible corregir todas las imperfecciones de naturaleza geométrica causada por posibles procesos Nuglis González Página 7
- 8. realizados al material para lograr ciertas características como son la: rugosidades superficiales, deformaciones. Y el rectificador permite ajustar las dimensiones de una pieza en el orden de milésimas de milímetro. Proceso de taladrado: Es una máquina herramienta que consta con un motor que hace girar una broca, perforando hoyos con diámetros y profundidades deseadas lo que provoca el desprendimiento de viruta. IMPORTANCIA DE LAS VARIABLES DE CORTE, CALOR, ENERGÍA Y TEMPERATURA EN EL PROCESO DE MANUFACTURA. Aunque el coste de la potencia consumida en una operación de mecanizado no es un factor económico importante habitualmente, es necesario su conocimiento para ser capaces de estimar la cantidad de potencia necesaria para realizar la operacióndebido a las limitaciones impuestas por la máquina disponible. La capacidad deestimar la potencia de una operación es importante sobretodo en las operacionesde desbaste ya que lo que interesa es realizar la operación en el menor tiempo y enel menor número de pasadas posible. Por otra parte, las fuerzas de corte tambiénintervienen en fenómenos como el calentamiento de la pieza y la herramienta, eldesgaste de la herramienta, la calidad superficial y dimensional de la pieza, el diseñodel amarre y utillajes necesarios, etc. La energía específica de corte puede variar considerablemente para un material dado y es afectada por cambios en la velocidad de corte, el avance, inclinación de la herramienta, etc. Desde luego, para una inclinación de la herramienta a velocidades de corte altas y avances grandes, la energía específica de corte tiende a permanecer constante Nuglis González Página 8
- 9. La interacción entre la herramienta, la viruta y la pieza, se traduce en una serie de presiones sobre la superficie de la herramienta. Este sistema de fuerzas ypresiones se puede reducir a una fuerza resultante F. El momento resultante sepuede despreciar ya que el área sobre el que se aplica la fuerza es muy pequeña.Una primera descomposición de esta fuerza es en dos direcciones ortogonales, unaen la dirección de la velocidad de corte que será la fuerza de corte Fc, y la otra enla dirección perpendicular a la velocidad de corte que será la fuerza de empuje Ft.De las dos fuerzas, la única que consume potencia es Fc, siendo la función de Ft lade mantener la posición del filo de la herramienta en el plano el filo Ps. Una de las limitaciones de los procesos de corte son las temperaturas alcanzadas durante el mecanizado. La potencia consumida en el corte se invierte en la deformaciónplástica de la viruta y en los distintos rozamientos. Estos trabajos se conviertenen calor que se invierte en aumentar las temperaturas de la viruta, la herramientay la pieza de trabajo. La herramienta pierde resistencia conforme aumenta sutemperatura, aumentando su desgaste y por lo tanto disminuyendo su vida útil.Por otro lado, un calentamiento excesivo de la pieza de trabajo puede variar laspropiedades del material debido a cambios micro estructurales por efectos térmicos,también puede afectar a la precisión del mecanizado al estar mecanizando una piezadilatada que a temperatura ambiente se puede contraer. Aunque no se va a estudiar a fondo el fenómeno termodinámico, sí que convienetener algunos conceptos claros respecto a la influencia de los distintos parámetrosde corte en las temperaturas de la herramienta y en la pieza y, por los tanto, en laeconomía y calidad del proceso La potencia consumida en una operación de corte Pm se convierte en calor principalmente por los siguientes mecanismos: Nuglis González Página 9
- 10. Deformación plástica en la zona de cizalladura de la viruta. El calor generado por unidad de tiempo tiene un valor se puede calcular en función de la velocidad de cizallado y la fuerza de cizallado: Ps = Fsvs. Fricción entre la viruta y la herramienta. El flujo de calor generado será Pf=Frvo Fricción entre la herramienta y la pieza. Su valor, al igual que los anteriores será el producto de la fuerza de rozamiento por la velocidad relativa entre laherramienta y la pieza: Pfw = τsl · V B · aw · v. Esta fuente de calor dependerádel desgaste V B que será nulo cuando la herramienta está recién afilada. USO DE TABLAS FÍSICAS Y QUÍMICAS ASOCIADAS A LA TERMODINÁMICA DE CORTE DE METALES. El uso de las tablas es de vital importancia ya que en ellas podemos observar: Determinación a que grado de temperatura se pueden trabajar los cortes de una pieza Si son sólidos maleables y dúctiles Si son buenos conductores del calor y la electricidad Si Casi todos los óxidos metálicos son sólidos iónicos básicos. Tienden a formar cationes en solución acuosa. Determinaran Las capas externas si contienen poco electrones habitualmente tres o menos. Nuglis González Página 10
- 11. SEGURIDAD INDUSTRIAL Y EL DESPRENDIMIENTO DE VIRUTAS EN EL PROCESO DE MANUFACTURA. Sé ha hecho mucha investigación en el estudio de la mecánica y geometría la formación de la viruta y la reacción de su forma, a factores tales como duración de la herramienta y el acabado de la superficie.La elección de herramientas adecuadas, velocidades avances es un compromiso, ya que entre más rápido se opere una maquina es la eficiencia tanto del operador como de la máquina. Sin embargo afortunadamente, tal uso acelerado acorta grandemente la duración de la herramienta. El desprendimiento de virutas es el proceso mediante el cual se remueve metal para dar forma o acabado a una pieza. Se utilizan métodos tradicionales como el torneado, el taladrado, el corte, y el amolado, o métodos menos tradicionales que usan como agentes la electricidad o el ultrasonido. Debe manejarse con sumo cuidado las maquinarias y herramientas para evitar accidentes tales como quemaduras y cortes en la piel. Nuglis González Página 11
- 12. CONCLUSIÓN En la actualidad, la productividad de las máquinas herramienta aumenta en forma constante para contrarrestar el costo de la mano de obra y, al mismo tiempo, latecnología exige mayor exactitud. Por esta razón en la actualidad se presta más atenciónal efecto de las vibraciones de las máquinas herramienta. El elevado costo del equipo de las máquinas herramienta con control numérico, y lanecesidad de un rendimiento predecible a la vez que se trata de obtener control porcomputadora, recalca la necesidad de un estrecho control de las vibraciones.En términos generales, hay tres fuentes de vibración en las máquinas herramienta:Las fuerzas externas, tales como los choques transmitidos a través de la cimentación dela máquina. Estas fuerzas pueden inducir vibraciones en los componentes estructuralesde la máquina. El sistema de impulsión de la máquina, que puede transmitir cualquier fuerzaindeseable, desequilibrada (desbalanceada) que ocasiona vibración de un componente de la máquina. El proceso de corte en sí, que puede crear traqueteo y vibración.Por tanto, aunque pueda variar el origen de las vibraciones, el resultado final es unmovimiento indeseable entre la herramienta y la pieza de trabajo.En la actualidad, los procesos de fabricación mediante el mecanizado de piezas constituyen uno de los procedimientos más comunes en la industria metalmecánica para la obtención de elementos y estructuras con diversidad de formas, materiales y geometrías con elevado nivel de precisión y calidad. 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 interfaces herramienta-viruta y herramienta-material de trabajo. La predicción de la temperatura de corte para el proceso de mecanizado es de reconocida importancia debido a sus efectos en el Nuglis González Página 12
- 13. desgaste de la herramienta y su influencia sobre la productividad, el costo de la herramienta y el acabado superficial de la pieza mecanizada. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Boon, G.K.; Mercado, A.; Automatización Flexible en la Industria ; Ed. LIMUSA-Noriega, México, 1991. Ing. Montes de Oca Morán; Ricardo, Ing. Pérez López; Isaac, “Manual de Prácticas para la asignatura MANUFACTURA INDUSTRIAL II” Ingeniería Industrial, Editorial: UPIICSA – IPN, Enero del 2002 Martino, R.L.; Sistemas Integrados de Fabricación; Ed. LIMUSA-Noriega, México, 1990. Nuglis González Página 13