Omar lopezt1
- 1. 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: Cádiz, Alcides. Bachilleres: 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.
- 2. 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
- 3. 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.
- 4. 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.
- 5. 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 herramientamaterial 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
- 6. 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
- 7. 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
- 8. 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.
- 9. 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.
- 10. 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.
- 11. 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-manufacturaactividad-extra http://www.aragon.es/seguridadindustrial