Formacion de La Viruta

FORMACIN DE LA VIRUTA

Ingeniera de Sistemas y Automtica

Tecnologa de Fabricacin y Tecnologa de Mquinas


INDICE



FORMACIN DE LA VIRUTA

IntroduccinMECANICA DE FORMACION DE VIRUTAS TIPOS DE VIRUTA ROZAMIENTO Y TEMPERATURA CLCULO DE LAS FUERZAS DE CORTE TEORA DE ERNST-MERCHANT

INTRODUCCIN



Los procesos de corte quitan material de la supercie de una pieza y producen virutas.Uno de los procesos ms comunes es el cilindrado. La herramienta de corte se ajusta a determinada profundidad de corte y se mueve hacia la izquierda con cierta velocidad a medida que gira la pieza. El avance o velocidad de avance es la distancia que recorre la herramienta en cada revolucin. Como consecuencia de esta accin se produce una viruta, que se mueve cuesta arriba por la cara de la herramienta.

INTRODUCCIN



Variables independientes en el proceso de corte son las siguientes: El material, recubrimientos y estado de la herramienta; la forma, acabado supercial y lo de la herramienta; los parmetros del corte, tales como velocidad, avance y profundidad del mismo; los uidos de corte; las caractersticas de la mquina herramienta, como por ejemplo rigidez y amortiguamiento; la sujecin y soporte de la pieza. Variables dependientes son las siguientes: El tipo de viruta producida; la fuerza y energa disipadas en el proceso de corte; el aumento de temperatura en la pieza, la viruta y la herramienta; el desgaste y eventual fallo de la herramienta; el acabado supercial producido en la pieza despusde maquinarla.

MECANICA DE FORMACION DE VIRUTAS



Aunque casi todos los procesos de corte son de naturaleza tridimensional, el modelo que aqu describiremos, bidimensional, es sucientemente til para estudiar la mecnica bsica del corte. En ese modelo, llamado corte ortogonal, se supone lo siguiente : - Corte Ortogonal (L=0) - Material maleable. Flujo continuo de viruta - El ancho de corte permanece constante tanto en base como en viruta. No hay expansin lateral - Herramienta rgida de filo perfecto En exmenes macroscpicos se ha visto que las virutas se producen por un proceso de cizalladura, accin que se produce a lo largo de una zona de cizalladura (plano cortante). El espesor de la viruta se puede calcular si se conocen la profundidad de corte, el ngulo de desprendimiento y el ngulo que forma el plano cortante con la supercie de la pieza, (cizalladura)




Relacin de corte :r=

t sin = tv cos( - )

El espesor de la viruta siempre es mayor que la profundidad de corte; por consiguiente, el valor de r siempre es menor que la unidad. El recproco de r se llama relacin de compresin de viruta o grado de recalcado, y es una medida de lo gruesa que es la viruta en relacin con la profundidad de corte. Por consiguiente, el grado de recalcado siempre es mayor que la unidad Grado de recalcado

= 1/ r




La relacin de corte es un parmetro til e importante para evaluar las condiciones del corte. Ya que el espesor t de la viruta no deformada es un ajuste de la mquina, y en consecuencia es conocido y es una variable independiente, la relacin de corte se puede calcular con facilidad midiendo con un micrmetro de tornillo o de cartula el espesor de la viruta tv. Angulo de cizalladura : Como tambin se conoce el ngulo de desprendimiento, para determinada operacin de corte, se puede calcular la deformacin cortante que sufre el material (ngulo de cizalladura)

r=

sen tg = cos cos + sin sin cos + tg sin

r cos + rtg sin = tg

r cos cos = tg = 1 r sin sin




El ngulo del plano cortante posee una gran importancia en la mecnica de las operaciones de corte. Inuye sobre los requisitos de fuerza y de potencia y sobre el espesor y la temperatura de la viruta (debido al trabajo de deformacin). En consecuencia, se ha prestado mucha atencin a determinar las relaciones entre el ngulo del plano cortante y las propiedades del material de la pieza, y las variables del proceso de corte.

MECANICA DE FORMACION DE VIRUTASTriangulo de velocidades :



Tambin se puede construir un diagrama de velocidades y, con relaciones trigonomtricas, obtener la ecuacin

cos Vs = V cos( - )Donde :

Vv = V

sin cos( - )

Velocidad de corte (V) : Velocidad relativa entre la herramienta y la pieza Velocidad de deslizamiento (Vs) : Velocidad relativa de la viruta respecto a la pieza. Velocidad de desprendimiento (Vv) : Velocidad de la viruta respecto al util o herramienta Estas relaciones de velocidad se usan para determinar la potencia necesaria en las operaciones de corte

TIPOS DE VIRUTA



Al observar la formacin real de virutas bajo distintas condiciones de corte de metales, se ven desviaciones apreciables del modelo ideal. Se describirn los siguientes tipos de viruta: continua, de borde acumulado o recrecido, escalonada o segmentada y discontinua. Una viruta posee dos supercies: una en contacto con la cara de la herramienta (cara de ataque) y otra de la supercie original de la pieza. La cara de la viruta hacia la herramienta es brillante o bruida, y ello se debe al frotamiento de la viruta al subir por la cara de la herramienta. La otra supercie de la viruta no se pone en contacto con cuerpo alguno. Esta supercie posee un aspecto rasgado y spero, que se debe al propio proceso de corte.

TIPOS DE VIRUTAViruta continua



Las virutas continuas se suelen formar con materiales dctiles a grandes velocidades de corte y/o grandes ngulos de ataque. La deformacin del material se efecta a lo largo de una zona de cizalladura angosta, la zona primaria de corte. Aunque en general producen buen acabado supercial, las virutas continuas no siempre son deseables, en especial en las mquinas herramientas controladas por computadora que son habituales hoy en da. Tienden a enredarse en el portaherramientas, los soportes y la pieza, as como en los sistemas de eliminacin de viruta, y se debe parar la operacin para apartarlas. Este problema se puede aliviar con los rompevirutas, y cambiando los parmetros de maquinado, como la velocidad de corte, el avance y los uidos de corte

TIPOS DE VIRUTAVirutas de borde acumulado o recrecido



Una viruta de borde acumulado consiste en capas de material de la pieza maquinada que se depositan en forma gradual sobre la herramienta (de aqu el trmino acumulada). La viruta puede formarse en la punta de la herramienta durante el corte. Al agrandarse, esta viruta se hace inestable y nalmente se rompe. Parte del material de la viruta es arrastrado por el lado que ve a la herramienta, y el resto se deposita al azar sobre la supercie de la pieza. El proceso de formacin y destruccin del borde acumulado se repite en forma continua durante la operacin de corte, a menos que se tomen medidas para eliminarlo

TIPOS DE VIRUTAVirutas de borde acumulado o recrecido



El borde acumulado se observa con frecuencia en la prctica. Es uno de los factores que afecta de manera ms adversa al acabado supercial en el corte. De hecho, un borde acumulado cambia la geometra del lo de corte. A medida que aumenta la velocidad de corte disminuye el tamao del borde acumulado; de hecho, puede no formarse. La tendencia a la formacin de borde acumulado se reduce tambin con cualquiera de los siguientes mtodos: disminuir la profundidad de corte; aumentar el ngulo de ataque; usar una herramienta aguda; usar un buen uido de corte.

TIPOS DE VIRUTAVirutas escalonadas o segmentadas



Las virutas escalonadas (tambin denominadas virutas segmentadas o no homogneas) son semicontinuas, con zonas de baja y alta deformacin cortante. Los metales con baja conductividad trmica y resistencia que disminuye rpidamente con la temperatura, como el titanio, muestran este comportamiento. Las virutas tienen un aspecto de diente de sierra.

TIPOS DE VIRUTAVirutas discontinuas



Las virutas discontinuas consisten en segmentos que pueden jarse, de forma rme o oja, entre s. Se suelen formar bajo las siguientes condiciones: Materiales frgiles en la pieza, porque no tienen la capacidad para absorber las grandes deformaciones constantes que se presentan en el corte. Materiales de la pieza que contienen inclusiones e impurezas duras. Velocidades de corte muy bajas o altas. Grandes profundidades de corte. ngulos de ataque bajos. Falta de un uido de corte ecaz. Baja rigidez de la mquina herramienta.

Por la naturaleza discontinua de la formacin de virutas, las fuerzas varan en forma continua durante el corte. En consecuencia, adquieren importancia la rigidez del portaherramientas y de los sujetadores de la pieza, as como de la mquina herramienta, cuando se forman virutas discontinuas o escalonadas.

TIPOS DE VIRUTARompevirutas



Las virutas largas y continuas son indeseables, porque constituyen un riesgo potencial de seguridad, tienden a enredarse e interferir con las operaciones de corte. Si todas las variables independientes de maquinado estn bajo control, el procedimiento normal para evitar esta viruta continua es romperla en forma intermitente con un rompevirutas. Aunque el rompevirutas ha sido por tradicin una placa de metal ja a la cara de ataque de la herramienta que dobla la viruta y la rompe, la mayor parte delas herramientas de corte poseen caractersticas incorporadas de rompevirutas, con distintos diseos de insertos individuales. Tambin se pueden romper las virutas debido a la geometra de la herramienta, controlando as el ujo.

ROZAMIENTO Y TEMPERATURA



Debido a los elevados valores de los esfuerzos involucrados en el proceso de corte, se producen asimismo valores elevados en la fuerza de rozamiento, que suponen un incremento considerable de la temperatura de la herramienta y de la pieza en la zona de corte. Esta elevacin de la temperatura trae consigo, entre otras posibles consecuencias, la disminucin de los valores de dureza y resistencia al desgaste de la herramienta y variaciones dimensionales de sta por dilataciones trmicas. Por todo ello, resulta de vital importancia en los procesos de mecanizado facilitar al mximo la evacuacin del calor generado por las fuerzas de rozamiento, a fin de minimizar los efectos negativos que ste genera.




El modelo de rozamiento normalmente aplicado en el mecanizado convencional es el de rozamiento de semiadherencia, ya que el modelo de rozamiento de Coulomb empleado en mecnica clsica Fr = N, no resulta aplicable debido a que la componente normal a la superficie presenta valores muy superiores a los admitidos por este modelo. As, la fuerza de rozamiento es proporcional a la tensin de fluencia a cortadura del material de la pieza (K) y a la seccin de contacto entre pieza y herramienta, siendo el coeficiente de proporcionalidad el denominado factor de rozamiento de semiadherencia (m) Fr = m K rea.




Por su parte, el incremento de temperatura debido al rozamiento, resulta ms crtico en la herramienta que en la pieza. La razn es que la pieza presenta en general unas dimensiones mayores que permiten la evacuacin del calor por conduccin hacia el interior y por conveccin hacia el exterior de la misma y que slo una pequea parte de la superficie de mecanizado se ve afectada en cada instante por el proceso. En el caso de la herramienta la situacin es la inversa, es decir, sufre continuamente el efecto del rozamiento durante el proceso de corte y no dispone de las mismas posibilidades de evacuacin del calor generado.




En una seccin normal, se localizan tres zonas en las que se alcanza un mayor incremento de temperatura tal y como muestra la figura




La primera de ellas (zona I) engloba el plano o la zona de deslizamiento, que es aqulla en la que se produce un rozamiento interno del material de la pieza que est siendo deformado. La segunda zona (zona II) se localiza en la cara de desprendimiento de la herramienta y aparece como consecuencia del rozamiento entre sta y la viruta. En esta zona se detecta el punto de mxima temperatura, coincidiendo con el punto final de contacto virutaherramienta. Finalmente aparece una tercera zona (zona III) en las inmediaciones de la cara de incidencia de la herramienta debida al rozamiento aparecido entre sta y la superficie ya mecanizada de la pieza.




El calor generado en las zonas I y III afecta fundamentalmente a la pieza que, tal y como ha sido indicado, presenta mayores posibilidades de evacuacin del mismo por conduccin hacia el interior y por conveccin hacia el ambiente exterior. La zona ms crtica es la zona II, puesto que, aunque el calor generado se distribuya entre la viruta y la herramienta, la parte correspondiente a la herramienta resulta ms difcil de eliminar y va acumulndose a medida que se desarrolla el proceso. Un efecto muy nocivo, derivado del incremento de temperatura, es el conocido como "filo recrecido" cuya aparicin depende adems de los materiales de pieza y herramienta. El filo recrecido consiste en la deposicin progresiva de material de la pieza sobre la cara de desprendimiento de la herramienta. Este material queda adherido por soldadura y modifica la geometra de la herramienta, de forma tal que se hace necesario detener el proceso y proceder a la eliminacin del recrecimiento antes de proseguir.

CLCULO DE LAS FUERZAS DE CORTE



La determinacin de la fuerza de corte en el mecanizado permite conocer, no slo las solicitaciones dinmicas a las que se ve sometida la herramienta o la pieza, sino tambin el valor de la potencia requerida para poder efectuar el proceso. La mayor parte de dicha potencia se consume en la eliminacin del material de la pieza, de ah que la componente de la fuerza que reviste una mayor importancia desde este punto de vista es aqulla que tiene la misma direccin que la velocidad resultante de corte. A esta componente es a la que normalmente se denomina fuerza de corte (Fc o Ft)

CLCULO DE LAS FUERZAS DE CORTE



CLCULO DE LAS FUERZAS DE CORTE Fuerzas y tensiones de corte:Segn las direcciones de corte: Segn las direcciones de la cara de desprendimiento:



Ft = R cos( - ) N t = R sin( - ) = Ft tan( - )F = R sin = Ft sin cos( - ) cos N = R cos = Ft cos( - )sin( + - ) cos( - )

= tan

Segn el plano de cizallamiento:Fs = R cos( + - ) = Ft cos( + - ) cos( - ) N s = R sin( + - ) = Ft

Clculo de :

tan =

N t + Ft tan Ft - N t tan

TEORA DE ERNST-MERCHANT



Por otro lado y suponiendo una distribucin de tensiones uniforme sobre el plano de deslizamiento de valor s, tal y como la representada en la figura

TEORA DE ERNSTMERCHANT



Se tiene que :

s recibe el nombre de tensin dinmica de deslizamiento, siendo unaconstante propia de cada material. Sustituyendo la expresin anterior en la que relaciona Ft (Fc) y Fs se llega a :

( ))




Esta expresin proporciona el valor de la fuerza de corte en funcin de la tensin dinmica de deslizamiento, de la seccin de viruta indeformada, del ngulo de deslizamiento y del ngulo de rozamiento. De estas cuatro variables, tres de ellas son conocidas, mientras que el ngulo de rozamiento es desconocido. Por tanto se requiere una ecuacin ms que relacione el ngulo de rozamiento con las otras variables conocidas. Esta ecuacin se obtiene a partir de la llamada "hiptesis de Merchant", que establece lo siguiente: "El plano de deslizamiento en un proceso de corte ortogonal, se sita de forma tal que la potencia necesaria para la deformacin es mnima".cos( )

)




A partir de esta hiptesis se tiene que la potencia ser mnima cuando el denominador sea mximo, es decir

)

esta condicin implica que

2 + =

2




Merchant encontr que exista una buena correspondencia entre los resultados de su teora y los experimentos de corte en plsticos sintticos, pero que la correspondencia era bastante pobre para otros materiales, como por ejemplo el acero. Esto se deba a que se haba considerado los materiales como istropos, es decir, que su resistencia al corte era constante en todo el plano de cizalladura y no se vea afectada por la temperatura, velocidad de deformacin, etc. Consigui demostrar que la relacin entre los ngulos de cizalladura, rozamiento y desprendimiento cumpla:

2 + - = CDonde C es la constante de mecanizado y est tabulada para cada material.




-Si el ngulo de desprendimiento aumenta, el ngulo de cizalladulla aumenta. -Si el ngulo de rozamiento disminuye (disminuye la friccin), el ngulo de cizalladura aumenta. -Si el ngulo de cizalladura aumenta, disminuye el rea de corte (menor potencia necesaria). -Si el ngulo de cizalladura disminuye, aumenta el rea de corte (mayor potencia necesaria).

Formacion de La Viruta

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