2. Control de la viruta
IntroduccinAnteriormente las virutas continuas no representaban un problema serio, a baja velocidad de corte, estas virutas poseen una curvatura natural y tienden a ser frgiles. Velocidades de corte (aumentaron) Viruta Control
En el torneado, en el cual la herramienta est removiendo metal continuamente durante un periodo largo, una viruta continua puede enredarse en la herramienta, la pieza, o los mecanismos de la mquina. Peligro para el operario Interferir en el flujo (refrigerante) de corte ocasionando enfriamientos y calentamientos. Esfuerzos trmicos reducen la duracin de la herramienta
Viruta continua
Formacin de las virutasLa mayora de la operaciones de cortar metales implica la separacin de pequeos segmentos o virutas de las piezas para lograr la forma y tamaos requeridos.
Para la formacin de la viruta implica tres requerimientos bsicos:1.- Debe de haber una herramienta de corte mas dura y resistente al desgaste que el material de la pieza a trabajar. 2.- Interferencia entre la herramienta y la pieza a trabajar segn se disee por el avance y la profundidad del corte. 3.- Movimiento relativo de velocidad cortante entre la herramienta y la pieza de trabajo con una fuerza y potencia suficiente para vencer la resistencia del material de la pieza atrabajar.
Tipos de virutasLos 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 virutaCaractersticas importante: 1) 2) El proceso genera calor El espesor de la viruta es mayor que el espesor donde procede. La dureza de la viruta es de ordinario mucho mayor que la dureza del material de origen Las condiciones anteriores son afectadas por las condiciones de corte y propiedades del material.
3) 4)
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 fuerzas cortantes producen presiones extremadamente elevadas, suficientes para formar soldadura por presin.Si estas soldaduras son ms fuertes que la ultima resistencia al cizallamiento del material, esa porcin se suelda a la herramienta se separa segn se desplaza la viruta.Se va con la viruta y parte en la pieza maquinada, no da mejores acabados superficiales. Proporciona cierta proteccin al borde cortante para reducir desgaste, y puede ser deseable una pequea porcin
Viruta discontinuaHierro colado Bronce duro Materiales dctiles en deficientes condiciones de corte.
Generalmente, como resultado de estas rupturas sucesivas, se produce una superficie defectuosa de la pieza.Condiciones que favorecen la produccin de la viruta discontinua:
1. 2.3. 4. 5.
Material de trabajo frgil ngulo de ataque pequeo en la herramienta de corte Grosor grande de la viruta (avance burdo o grueso) Baja velocidad de corte Vibracin excesiva de la mquina
Virutas continuas Tira continua de metal producida cuando el flujo del metal adyacente a la cara de la herramienta, no es retardada mucho por un borde acumulado o por friccin en la intercara viruta-herramienta. La viruta continua se considera la ideal para una accin de corte eficiente, ya que resulta en mejores acabados superficiales. Cuando se cortan materiales dctiles, el flujo plstico del metal ocurre en el metal deformado 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 de trabajo mediante el uso de lquidos para corte
Un aumento en la profundidad de corte por un avance constante ciertamente agranda el contacto, pero no cambia de espesor. Sin embargo, un aumento en el avance para una profundidad determinada amplia el rea de contacto y esto resulta en mayor distorsin de la viruta y alterara la altura y anchura del borde acumulado.
La manipulacin de las virutas continuas a granel pueden representan un problema econmico. La manipulacin de la virutas se puede expresar mediante la razn volumtrica, o sea, el volumen ocupado por las virutas dividido por el volumen del material.
Las virutas continuas no partidas tienen una razn volumtrica del orden de 50. Las virutas bien enrolladas tienen una razn volumtrica del orden 15.Para virutas bien partidas la razn volumtrica es del orden 3.
El volumen ocupado por las virutas bien partidas es por lo tanto un 1/16 del volumen ocupado por las virutas no partidas, ventaja considerada para su manipulacin y eliminacin
Rompevirutas
Rompevirutas: es una modificacin de la cara de la herramienta para controlar o fragmentar la viruta, consistente bien en una ranura integral, bien en un obstruccin integral o postiza.Tipo de ranuraRompevirutas
Tipo de obstruccin
Tipo de ranura
Tipo de obstruccin
Un rompevirutas acta controlando el radio de la viruta y dirigindola en una direccin apropiada para que rompa en pedazos 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 dos filos: 1.- El filo principal, que remueve generalmente la parte mayor del metal 2.- El filo secundario, que controla principalmente el acabado superficial de la pieza.Y las caras y flancos cuyas intersecciones forman filos.
La geometra y nomenclatura de la herramientas de corte puede variar debido a que existen varios sistemas en los cuales deben medirse ngulos de una herramienta (determinar la pendiente de la cara de la herramienta o superficie de desprendimiento).
Algunos sistemas son: ISO BS 1886 (Sistema Britnico) ASA (Asociacin Americana de Normas) DIN (Sistema Alemn)
Como la forma de la herramienta afecta la direccin en la cual fluye la viruta?En muchos trabajos de investigacin se considera solamente la disposicin conocida como corte ortogonal. a) El filo recto de la herramienta cuneiforme se encuentra perpendicular a la direccin del corte. (Sucede con muy poca frecuencia en la prctica)
La mayora de las operaciones de corte involucran corte oblicuo en donde el filo es inclinado. El filo est inclinado un ngulo s (ngulo de inclinacin de filo) respecto a la lnea perpendicular a la direccin de corte. El ngulo de inclinacin del filo se mide en el plano de la nueva superficie de la pieza y parea el corte ortogonal s =0.En el corte oblicuo la viruta fluye en la cara de la herramienta en una direccin que forma un ngulo (ngulo de la viruta) con una lnea trazada en la cara y perpendicular al filo.
Si la viruta no cambia de ancho durante su formacin:
s = El resultado principal es que el ngulo de inclinacin del filo s es el parmetro mas importante para determinar la direccin 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.
La direccin del flujo de la viruta era controlado por el ngulo de inclinacin efectivo del filo principal.Cuando este ngulo es igual a cero, la operacin se conoce como corte ortogonal, y la viruta formara un espiral en la mayora de los casos.
En condiciones de corte ortogonal y con viruta bien enrollada, el radio de curvatura de la viruta aumentara en medida que el corte progrese. Este crecimiento gradual del radio de curvatura de la viruta impone sobre ella esfuerzos gradualmente crecientes, que con el tiempo ocasiona su fractura formando as las virutas espirales.Si la viruta no posee una curvatura natural (velocidades elevadas de corte) y no hay rompevirutas, se producen virutas planas que pueden volverse enredadas. Con un rompevirutas la viruta se enrrollar, pero a causa de las restricciones impuestas en su trayectoria, chocaran contra la superficie transitoria de la pieza y se partir en fragmentos Virutas arqueadas inconexas.
Peligrosas operario.
para
el
En corte oblicuo (ngulo de inclinacin efectivo del filo principal es distinto de cero) las virutas largas son usualmente tubulares, helicoidales, planas o helicoidales cnicas y pueden volverse enredadas.En virutas tubulares el ngulo de su hlice es igual al ngulo de flujo de viruta y por lo tanto es aproximadamente igual al ngulo 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.Para pasar de viruta subfragmentad a una fragmentada eficiente se aumenta el avance
Velocidad de corte de 1.83 m/seg
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.
Prediccin del radio de curvaturaAunque no existe un mtodo que permita predecir el comportamiento real de las herramientas con respecto a la fragmentacin de las virutas, se ha obtenido algn xito en la prediccin del radio de curvatura de la viruta cuando se utiliza un rompevirutas.
Para cualquier rompevirutas de obstruccin se requiere suponer que la viruta empieza a enrrollarse y a separarse de la cara de la herramienta slo en el extremo de la zona de contacto entre la viruta y la herramienta y que la viruta mantiene constante su radio de curvatura hasta que abandona el rompevirutas.
Puede deducirse que para un rompevirutas de obstruccin integral, el radio de curvatura, rch , en el punto definido est dado por:
rch
ln
lf 2h
2
h 2
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 de contacto entre la viruta y la herramienta y concluyeron que:
lf ao
K
K=constante para un material dado, y ao es el espesor de la viruta.
Sustituyendo con la ecuacin anterior tenemos: 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.
rch
ln
Ka0 2h
2
h 2
Para propsitos prcticos es razonable suponer que lf/a0 es igual a la unidad, por lo tanto la ecuacin queda:
rch
ln
a0 2h
2
h 2
Valores predichos por la ecuacin:
rch
ln
a0 2h
2
h 2
Para un rompevirutas de obstruccin postizo, la ecuacin para el radio de la viruta puede obtenerse:
rch
ln
lf
h cot
cot
2
Donde E es el ngulo de cua del rompevirutas postizo, y cuando lf es igual a ao esta ecuacin se reduce:
rch
ln
ao
h cot
cot
2
En un rompevirutas de ranura no se puede controlar la viruta a menos que el ancho de bisel del rompevirutas en sea menor que la longitud de contacto entre la viruta y la herramienta lf.Cuando en es menor que lf, la viruta tratar de fluir sin separarse de la superficie 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 la viruta. En la medida en que la herramienta se desgasta, se forma un crter en su cara. Este crter se ajusta a la curvatura de la viruta enrollada y por lo tanto la presencia de un rompevirutas afectar el proceso de desgaste. Inversamente, un crter que se forma sobre una herramienta sin romperivutas, puede actuar eventualmente como tal.
Resultados de algunos experimentos en los cuales se estudi el progreso del desgaste de tres herramientas en condiciones idnticas de corte. En cada ensayo la forma de la cara desgastada de la herramienta fue observada a intervalos de 4 min (240 s).
En la primera prueba se utiliz una herramienta sin rompevirutas. Inicialmente la viruta era plana y larga y se enred. Gradualmente se form un crter que oblig a la viruta a curvarse, y despus de 8 min (480 s) dicho crter empez a actuar como un rompevirutas.
Acero torneado AISI 1045 laminado en caliente con herramienta de carburo. Condiciones:Velocidad de corte=2.8m/s.
Avance: 0.356mmngulo de filo principal=75
En el segundo ensayo se emple un rompevirutas de obstruccin postizo. Puede apreciarse que, adems de controlar el radio de curvatura de la viruta y la fragmentacin de las virutas, el rompevirutas de obstruccin contribuy a disminuir substancialmente el desgaste por unidad de tiempo de la cara de !a herramienta. Sin embargo, en la medida en que el desgaste progres, el radio de curvatura de la viruta disminuy hasta que despus de 11 min (660 s) las virutas resultaron sobre-fragmentadas.
Finalmente, en la tercera prueba se emple un rompevirutas de ranura. De nuevo, despus de aproximadamente 11 min (660 s) la fragmentacin de la viruta result insatisfactoria, y las virutas fueron sobrefragmentadas a causa de su radio reducido de curvatura. En este ensayo el desgaste por unidad de tiempo fue comparable al obtenido con la herramienta sin rompevirutas pero el efecto del rompevirutas de ranura consisti en eliminar el perodo inicial du-rante el cual no ocurra la fragmentacin de la viruta.
De estas pruebas puede concluirse que el rompevirutas de obstruccin ocasiona una reduccin en el desgaste por unidad de tiempo de la cara de la herramienta. Sin embargo, como la fragmentacin satisfactoria de la viruta solamente ocurri durante los primeros 11 min (660 s), este tiempo se convirti en la duracin efectiva de la herramienta, aunque se haba producido una zona de desgaste sobre el flanco de solamente 0.01 pulg. (0.25 mm) de ancho. Puede concluirse que la duracin efectiva de una herramienta puede reducirse considerablemente por el uso de un rompevirutas, porque la accin de fragmentacin de la viruta puede volverse ineficiente antes deque la herramienta se haya desgastado en forma significativa.
