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2. Control de la viruta

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Introducción

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

Velocidades de corte (aumentaron)

Control

Viruta

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

Viruta continua

Peligro para el operario

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

Esfuerzos térmicos reducen la duración de la herramienta

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Formación de las virutas

La mayoría de la operaciones de cortar metales implica la separación depequeños segmentos o virutas de las piezas para lograr la forma ytamaños requeridos.

Para la formación de la viruta implica tres requerimientos básicos:

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 según se diseñe 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.

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Tipos de virutas

Los tres tipos de virutas mas comunes son:

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

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

en tanto virutas continuas son típicas de un material dúctil.

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Mecanismos de formación de la viruta

Características 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 formación de

virutas es de deformación o

flujo plástico del material, en

el que el grado de

deformación indica el tipo de

viruta.

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Borde acumulado

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

Si estas soldaduras son más fuertes que la ultima resistenciaal cizallamiento del material, esa porción se suelda a laherramienta se separa según se desplaza la viruta.

•Se va con la viruta y parte en la

pieza maquinada, no da mejores

acabados superficiales.

•Proporciona cierta protección al borde

cortante para reducir desgaste, y puede

ser deseable una pequeña porción

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Viruta discontinua

Hierro colado

Bronce duro

Materiales dúctiles en deficientes condiciones de corte.

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

Condiciones que favorecen laproducción de la viruta discontinua:

1. Material de trabajo frágil

2. Ángulo de ataque pequeño en laherramienta de corte

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

4. Baja velocidad de corte

5. Vibración excesiva de la máquina

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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 fricción enla intercara viruta-herramienta.

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

• Cuando se cortan materiales dúctiles, el flujo plástico del metal ocurre en el metaldeformado que desliza sobre gran cantidad de planos cristalográficos.

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• Las condiciones favorables para producir viruta continua

• 1. Material dúctil de trabajo

• 2. Espesor de viruta pequeño (avances relativamente finos)

• 3. Borde bien afilado de la herramienta de corte

• 4. Un gran ángulo de ataque en la herramienta

• 5. Altas velocidades de corte

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

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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 área de contactoy esto resulta en mayor distorsión de la viruta yalteraría la altura y anchura del borde acumulado.

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La manipulación de las virutas continuas a granel puedenrepresentan un problema económico.

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

Las virutas continuas no partidas tienen una razón volumétrica delorden de 50.

Las virutas bien enrolladas tienen una razón volumétrica del orden15.

Para virutas bien partidas la razón volumétrica 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 manipulación y eliminación

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Rompevirutas

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

Rompevirutas

Tipo de ranura

Tipo de obstrucción

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Tipo de ranura

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Tipo de obstrucción

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Un rompevirutas actúa controlando el radio de la viruta ydirigiéndola en una dirección apropiada para que rompa enpedazos de longitud pequeña.

Diseño apropiado del rompevirutas.

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

apropiada a través de la cara.

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Características 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.

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

Algunos sistemas son:

ISOBS 1886 (Sistema Británico)ASA (Asociación Americana de Normas)DIN (Sistema Alemán)

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¿Como la forma de la herramienta afecta la direcciónen la cual fluye la viruta?

En muchos trabajos de investigaciónse considera solamente ladisposición conocida como corteortogonal.

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

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

El filo está inclinado un ángulo λs (ángulo de inclinación de filo) respecto a la líneaperpendicular a la dirección de corte.

El ángulo de inclinación del filo se mide en el plano de la nueva superficie de lapieza y parea el corte ortogonal λs =0.

En el corte oblicuo la viruta fluye en la cara de la herramienta en una dirección queforma un ángulo λγ (ángulo de la viruta) con una línea trazada en la cara yperpendicular al filo.

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El resultado principal es que el ángulo de inclinación del

filo λs es el parámetro mas importante para determinar la

dirección de flujo de la viruta lejos de la región de corte y

se convierte en una consideración importante en el

diseño de herramientas prácticas de corte.

Si la viruta no cambia de ancho

durante su formación:

λs =λγ

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La dirección del flujo de la viruta era controlado por el ángulo deinclinación efectivo del filo principal.

Cuando este ángulo es igual a cero, la operación se conoce comocorte ortogonal, y la viruta formara un espiral en la mayoría de loscasos.

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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 así 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 enrrollará, pero a causa de las restriccionesimpuestas en su trayectoria, chocaran contra la superficie transitoria de la pieza yse partirá en fragmentos

Virutas arqueadas

inconexas.

Peligrosas para el

operario.

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

En virutas tubulares el ángulo de su hélice es igual al ángulode flujo de viruta y por lo tanto es aproximadamente igual alángulo de inclinación efectivo del filo principal.

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

rompevirutas; además, el ángulo efectivo del filo principal (ángulo de situación

efectivo) y el ángulo de inclinación 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

podría enrollarse alrededor de la

herramienta.

Si es muy pequeña, la viruta puede eludir

la cara de la herramienta y formar una

viruta tubular o helicoidal, y puede partirse

por su propio peso.

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Hendriksen, clasifica las virutas en tres categorías:

sobrefragmentadas, fragmentadas eficientemente y

subfragmentadas. Virutas arqueadas conexas son consideradas

como fragmentadas eficientemente.

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

sencontró que los parámetros 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

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Predicción del radio de curvatura

Aunque no existe un método que permita predecir elcomportamiento real de las herramientas con respecto a lafragmentación de las virutas, se ha obtenido algún éxito en lapredicción del radio de curvatura de la viruta cuando se utiliza unrompevirutas.

Para cualquier rompevirutas de obstrucción se requiere suponerque la viruta empieza a enrrollarse y a separarse de la cara de laherramienta sólo 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.

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Puede deducirse que para un rompevirutas deobstrucción integral, el radio de curvatura, rch , en elpunto definido está 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

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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 ecuación 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 varíe

considerablemente.

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Para propósitos prácticos es razonable suponer quelf/a0 es igual a la unidad, por lo tanto la ecuaciónqueda:

22

2

0 h

h

alr nch

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Valores predichos por la ecuación:22

2

0 h

h

alr nch

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Para un rompevirutas de obstrucción postizo, la ecuación para el radio de laviruta puede obtenerse:

2cotcothllr fnch

Donde E es el ángulo de cuña del

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

reduce:

2cotcothalr onch

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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 tratará de fluir sin separarse de lasuperficie de la ranura y tratará de conformarse al radio del rompevirutas.

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

contorno de la ranura hasta que el desgaste de la

herramienta no sea significativo.

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

rompevirutas qn es apropiado, se tendrá:

rch=qn

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Desgaste de la herramienta durante la fragmentación de laviruta.

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

• Este cráter se ajusta a la curvatura de la viruta enrolladay por lo tanto la presencia de un rompevirutas afectará elproceso de desgaste.

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

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

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• En la primera prueba se utilizó una herramienta sinrompevirutas. Inicialmente la viruta era plana y larga y seenredó. Gradualmente se formó un cráter que obligó a laviruta a curvarse, y después de 8 min (480 s) dicho cráterempezó 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

Ángulo de filo principal=75°

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En el segundo ensayo se empleó un rompevirutas deobstrucción postizo. Puede apreciarse que, además decontrolar el radio de curvatura de la viruta y la fragmentaciónde las virutas, el rompevirutas de obstrucción contribuyó adisminuir substancialmente el desgaste por unidad de tiempode la cara de !a herramienta. Sin embargo, en la medida enque el desgaste progresó, el radio de curvatura de la virutadisminuyó hasta que después de 11 min (660 s) las virutasresultaron sobre-fragmentadas.

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• Finalmente, en la tercera prueba se empleó un rompevirutas deranura. De nuevo, después de aproximadamente 11 min (660 s) lafragmentación de la viruta resultó 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 consistió en eliminar el período inicialdu­rante el cual no ocurría la fragmentación de la viruta.

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• De estas pruebas puede concluirse que el rompevirutasde obstrucción ocasiona una reducción en el desgastepor unidad de tiempo de la cara de la herramienta. Sinembargo, como la fragmentación satisfactoria de laviruta solamente ocurrió durante los primeros 11 min(660 s), este tiempo se convirtió en la duración efectivade la herramienta, aunque se había producido una zonade desgaste sobre el flanco de solamente 0.01 pulg.(0.25 mm) de ancho.

• Puede concluirse que la duración efectiva de unaherramienta puede reducirse considerablemente por eluso de un rompevirutas, porque la acción defragmentación de la viruta puede volverse ineficienteantes deque la herramienta se haya desgastado enforma significativa.


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