2. Control de La Viruta 2.1

2. Control de la viruta

Introduccin

Anteriormente las virutas continuas no representaban un problema serio, a bajavelocidad de corte, estas virutas poseen una curvatura natural y tienden a serfrgiles.

Velocidades de corte (aumentaron)

Control

Viruta

En el torneado, en el cual la herramienta est removiendo metal continuamente duranteun periodo largo, una viruta continua puede enredarse en la herramienta, la pieza, o losmecanismos de la mquina.

Viruta continua

Peligro para el operario

Interferir en el flujo (refrigerante) de corte ocasionando enfriamientos y calentamientos.

Esfuerzos trmicos reducen la duracin de la herramienta

Formacin de las virutas

La mayora de la operaciones de cortar metales implica la separacin depequeos segmentos o virutas de las piezas para lograr la forma ytamaos requeridos.

Para la formacin de la viruta implica tres requerimientos bsicos:

1.- Debe de haber una herramienta de corte mas dura y resistente al desgasteque el material de la pieza a trabajar.

2.- Interferencia entre la herramienta y la pieza a trabajar segn se disee porel avance y la profundidad del corte.

3.- Movimiento relativo de velocidad cortante entre la herramienta y la piezade trabajo con una fuerza y potencia suficiente para vencer la resistenciadel material de la pieza atrabajar.

Tipos de virutas

Los tres tipos de virutas mas comunes son:

El tipo de viruta es en general una funcin del material del trabajo y las

condiciones de corte. La viruta discontinua o segmentada es de un material frgil,

en tanto virutas continuas son tpicas de un material dctil.

Mecanismos de formacin de la viruta

Caractersticas importante:

1) El proceso genera calor

2) El espesor de la viruta es mayor que el espesor dondeprocede.

3) La dureza de la viruta es de ordinario mucho mayor que ladureza del material de origen

4) Las condiciones anteriores son afectadas por lascondiciones de corte y propiedades del material.

El proceso de formacin de

virutas es de deformacin o

flujo plstico del material, en

el que el grado de

deformacin indica el tipo de

viruta.

Borde acumulado

Pasa la viruta sobre la cara de la herramienta, las fuerzascortantes producen presiones extremadamente elevadas,suficientes para formar soldadura por presin.

Si estas soldaduras son ms fuertes que la ultima resistenciaal cizallamiento del material, esa porcin se suelda a laherramienta se separa segn se desplaza la viruta.

Se va con la viruta y parte en lapieza maquinada, no da mejores

acabados superficiales.

Proporciona cierta proteccin al bordecortante para reducir desgaste, y puede

ser deseable una pequea porcin

Viruta discontinua

Hierro colado

Bronce duro

Materiales dctiles en deficientes condiciones de corte.

Generalmente, como resultado deestas rupturas sucesivas, se produceuna superficie defectuosa de la pieza.

Condiciones que favorecen laproduccin de la viruta discontinua:

1. Material de trabajo frgil

2. ngulo de ataque pequeo en laherramienta de corte

3. Grosor grande de la viruta (avanceburdo o grueso)

4. Baja velocidad de corte

5. Vibracin excesiva de la mquina

Virutas continuas

Tira continua de metal producida cuando el flujo del metal adyacente a la cara dela herramienta, no es retardada mucho por un borde acumulado o por friccin enla intercara viruta-herramienta.

La viruta continua se considera la ideal para una accin de corte eficiente, ya queresulta en mejores acabados superficiales.

Cuando se cortan materiales dctiles, el flujo plstico del metal ocurre en el metaldeformado que desliza sobre gran cantidad de planos cristalogrficos.

Las condiciones favorables para producir viruta continua

1. Material dctil de trabajo

2. Espesor de viruta pequeo (avances relativamente finos)

3. Borde bien afilado de la herramienta de corte

4. Un gran ngulo de ataque en la herramienta

5. Altas velocidades de corte

6. Enfriamiento de la herramienta cortante y la pieza detrabajo mediante el uso de lquidos para corte

Un aumento en la profundidad de corte por unavance constante ciertamente agranda el contacto,pero no cambia de espesor.

Sin embargo, un aumento en el avance para unaprofundidad determinada amplia el rea de contactoy esto resulta en mayor distorsin de la viruta yalterara la altura y anchura del borde acumulado.

La manipulacin de las virutas continuas a granel puedenrepresentan un problema econmico.

La manipulacin de la virutas se puede expresar mediante la raznvolumtrica, o sea, el volumen ocupado por las virutas dividido porel volumen del material.

Las virutas continuas no partidas tienen una razn volumtrica delorden de 50.

Las virutas bien enrolladas tienen una razn volumtrica del orden15.

Para virutas bien partidas la razn volumtrica es del orden 3.

El volumen ocupado por las virutas bien partidas es por lo tanto un1/16 del volumen ocupado por las virutas no partidas, ventajaconsiderada para su manipulacin y eliminacin

Rompevirutas

Rompevirutas: es una modificacin de la carade la herramienta para controlar o fragmentarla viruta, consistente bien en una ranuraintegral, bien en un obstruccin integral opostiza.

Rompevirutas

Tipo de ranura

Tipo de obstruccin

Tipo de ranura

Tipo de obstruccin

Un rompevirutas acta controlando el radio de la viruta ydirigindola en una direccin apropiada para que rompa enpedazos de longitud pequea.

Diseo apropiado del rompevirutas.

Herramienta que posea la geometra precisa para que la viruta siga la trayectoria

apropiada a travs de la cara.

Caractersticas mas importantes de una herramienta de corte son los dosfilos:

1.- El filo principal, que remueve generalmente la parte mayor del metal

2.- El filo secundario, que controla principalmente el acabado superficial de lapieza.

Y las caras y flancos cuyas intersecciones forman filos.

La geometra y nomenclatura de la herramientas decorte puede variar debido a que existen varios sistemasen los cuales deben medirse ngulos de unaherramienta (determinar la pendiente de la cara de laherramienta o superficie de desprendimiento).

Algunos sistemas son:

ISOBS 1886 (Sistema Britnico)ASA (Asociacin Americana de Normas)DIN (Sistema Alemn)

Como la forma de la herramienta afecta la direccinen la cual fluye la viruta?

En muchos trabajos de investigacinse considera solamente ladisposicin conocida como corteortogonal.

a) El filo recto de la herramientacuneiforme se encuentraperpendicular a la direccin delcorte. (Sucede con muy pocafrecuencia en la prctica)

La mayora de las operaciones de corte involucran corte oblicuo en donde el filo esinclinado.

El filo est inclinado un ngulo s (ngulo de inclinacin de filo) respecto a la lneaperpendicular a la direccin de corte.

El ngulo de inclinacin del filo se mide en el plano de la nueva superficie de lapieza y parea el corte ortogonal s =0.

En el corte oblicuo la viruta fluye en la cara de la herramienta en una direccin queforma un ngulo (ngulo de la viruta) con una lnea trazada en la cara yperpendicular al filo.

El resultado principal es que el ngulo de inclinacin del

filo s es el parmetro mas importante para determinar ladireccin de flujo de la viruta lejos de la regin de corte y

se convierte en una consideracin importante en el

diseo de herramientas prcticas de corte.

Si la viruta no cambia de ancho

durante su formacin:

s =

La direccin del flujo de la viruta era controlado por el ngulo deinclinacin efectivo del filo principal.

Cuando este ngulo es igual a cero, la operacin se conoce comocorte ortogonal, y la viruta formara un espiral en la mayora de loscasos.

En condiciones de corte ortogonal y con viruta bien enrollada, el radio decurvatura de la viruta aumentara en medida que el corte progrese.

Este crecimiento gradual del radio de curvatura de la viruta impone sobre ellaesfuerzos gradualmente crecientes, que con el tiempo ocasiona su fracturaformando as las virutas espirales.

Si la viruta no posee una curvatura natural (velocidades elevadas de corte) y nohay rompevirutas, se producen virutas planas que pueden volverse enredadas.

Con un rompevirutas la viruta se enrrollar, pero a causa de las restriccionesimpuestas en su trayectoria, chocaran contra la superficie transitoria de la pieza yse partir en fragmentos

Virutas arqueadas

inconexas.

Peligrosas para el

operario.

En corte oblicuo (ngulo de inclinacin efectivo del filoprincipal es distinto de cero) las virutas largas son usualmentetubulares, helicoidales, planas o helicoidales cnicas y puedenvolverse enredadas.

En virutas tubulares el ngulo de su hlice es igual al ngulode flujo de viruta y por lo tanto es aproximadamente igual alngulo de inclinacin efectivo del filo principal.

Para partir la viruta es necesario controlar el radio de la viruta mediante un

rompevirutas; adems, el ngulo efectivo del filo principal (ngulo de situacin

efectivo) y el ngulo de inclinacin efectivo del filo principal deben ser tales que

permita que el extremo libre de la viruta choque contra una de la superficies de la

pieza o flanco de la herramienta.

Si el arco es suficientemente grande, el

extremo libre no choca contra el flanco y

podra enrollarse alrededor de la

herramienta.

Si es muy pequea, la viruta puede eludir

la cara de la herramienta y formar una

viruta tubular o helicoidal, y puede partirse

por su propio peso.

Hendriksen, clasifica las virutas en tres categoras:

sobrefragmentadas, fragmentadas eficientemente y

subfragmentadas. Virutas arqueadas conexas son consideradas

como fragmentadas eficientemente.

Nakayama, comenta que para los diversos tipos de fragmentacin de las virutas,

sencontr que los parmetros principales eran el radio de curvatura y espesor de

la viruta.

Velocidad de corte

de 1.83 m/seg

Para pasar de

viruta

subfragmentad a

una fragmentada

eficiente se

aumenta el

avance

Prediccin del radio de curvatura

Aunque no existe un mtodo que permita predecir elcomportamiento real de las herramientas con respecto a lafragmentacin de las virutas, se ha obtenido algn xito en laprediccin del radio de curvatura de la viruta cuando se utiliza unrompevirutas.

Para cualquier rompevirutas de obstruccin se requiere suponerque la viruta empieza a enrrollarse y a separarse de la cara de laherramienta slo en el extremo de la zona de contacto entre laviruta y la herramienta y que la viruta mantiene constante suradio de curvatura hasta que abandona el rompevirutas.

Puede deducirse que para un rompevirutas deobstruccin integral, el radio de curvatura, rch , en elpunto definido est dado por:

22

2h

h

llr

fn

ch

Donde:

ln= ancho del rompevirutas

lf= longitud de contacto entre la viruta y la herramienta

h=altura del rompevirutas

Creveling, Jorden, y Thomsen, encontraron la longitud decontacto entre la viruta y la herramienta y concluyeron que:

Ka

l

o

f

K=constante para un material dado, y

ao es el espesor de la viruta.

Sustituyendo con la ecuacin anterior tenemos:

22

2

0 h

h

Kalr nch

Estos autores encontraron que

para el acero, K es igual a la

unidad, y aunque es probable que

el valor de K no sea la unidad para

todas las condiciones y materiales,

parece improbable que K vare

considerablemente.

Para propsitos prcticos es razonable suponer quelf/a0 es igual a la unidad, por lo tanto la ecuacinqueda:

22

2

0 h

h

alr nch

Valores predichos por la ecuacin:22

2

0 h

h

alr nch

Para un rompevirutas de obstruccin postizo, la ecuacin para el radio de laviruta puede obtenerse:

2cotcothllr fnch

Donde E es el ngulo de cua del

rompevirutas postizo, y cuando lfes igual a ao esta ecuacin se

reduce:

2cotcothalr onch

En un rompevirutas de ranura no se puede controlar la viruta a menos queel ancho de bisel del rompevirutas en sea menor que la longitud decontacto entre la viruta y la herramienta lf.

Cuando en es menor que lf, la viruta tratar de fluir sin separarse de lasuperficie de la ranura y tratar de conformarse al radio del rompevirutas.

Si qn es muy pequeo, la viruta no deslizara por el

contorno de la ranura hasta que el desgaste de la

herramienta no sea significativo.

As, si se supone que lf es igual a ao y el radio del

rompevirutas qn es apropiado, se tendr:

rch=qn

Desgaste de la herramienta durante la fragmentacin de laviruta.

En la medida en que la herramienta se desgasta, seforma un crter en su cara.

Este crter se ajusta a la curvatura de la viruta enrolladay por lo tanto la presencia de un rompevirutas afectar elproceso de desgaste.

Inversamente, un crter que se forma sobre unaherramienta sin romperivutas, puede actuar even-tualmente como tal.

Resultados de algunos experimentos en loscuales se estudi el progreso del desgaste detres herramientas en condiciones idnticas decorte. En cada ensayo la forma de la caradesgastada de la herramienta fue observada aintervalos de 4 min (240 s).

En la primera prueba se utiliz una herramienta sinrompevirutas. Inicialmente la viruta era plana y larga y seenred. Gradualmente se form un crter que oblig a laviruta a curvarse, y despus de 8 min (480 s) dicho crterempez a actuar como un rompevirutas.

Acero torneado AISI 1045

laminado en caliente con

herramienta de carburo.

Condiciones:

Velocidad de corte=2.8m/s.

Avance: 0.356mm

ngulo de filo principal=75

En el segundo ensayo se emple un rompevirutas deobstruccin postizo. Puede apreciarse que, adems decontrolar el radio de curvatura de la viruta y la fragmentacinde las virutas, el rompevirutas de obstruccin contribuy adisminuir substancialmente el desgaste por unidad de tiempode la cara de !a herramienta. Sin embargo, en la medida enque el desgaste progres, el radio de curvatura de la virutadisminuy hasta que despus de 11 min (660 s) las virutasresultaron sobre-fragmentadas.

Finalmente, en la tercera prueba se emple un rompevirutas deranura. De nuevo, despus de aproximadamente 11 min (660 s) lafragmentacin de la viruta result insatisfactoria, y las virutas fueronsobrefragmentadas a causa de su radio reducido de curvatura. Eneste ensayo el desgaste por unidad de tiempo fue comparable alobtenido con la herramienta sin rompevirutas pero el efecto delrompevirutas de ranura consisti en eliminar el perodo inicialdu-rante el cual no ocurra la fragmentacin de la viruta.

De estas pruebas puede concluirse que el rompevirutasde obstruccin ocasiona una reduccin en el desgastepor unidad de tiempo de la cara de la herramienta. Sinembargo, como la fragmentacin satisfactoria de laviruta solamente ocurri durante los primeros 11 min(660 s), este tiempo se convirti en la duracin efectivade la herramienta, aunque se haba producido una zonade desgaste sobre el flanco de solamente 0.01 pulg.(0.25 mm) de ancho.

Puede concluirse que la duracin efectiva de unaherramienta puede reducirse considerablemente por eluso de un rompevirutas, porque la accin defragmentacin de la viruta puede volverse ineficienteantes deque la herramienta se haya desgastado enforma significativa.