5. Maquinabilidad.pdf

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LA MAQUINABILIDAD DE LOS LOS METALES 1.- DEFINICIÓN DE MAQUINABILIDAD: El término “maquinabilidad” no se presta a una definición exacta, aceptable para todos los expertos. “La facilidad” con la que un material dado puede trabajarse con una herramienta de corte cambia con las “variables de máquina” (las distintas cantidades que definen la particular disposición de la máquina utilizada para ejecutar una operación dada sobre el material de la pieza, como se enumera en la Lista I).

Lista I. Variables de Máquina que afectan la Facilidad del Corte. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Velocidad de corte. Dimensiones del corte (avance, profundidad, etc.). Forma de la herramienta (ángulos, radio, tipo, etc.). Material de la herramienta Fluido de corte (propiedades físicas y químicas, temperatura, modo de actuar, etc.) Rigidez e inmunidad al vibrado de la máquina-herramienta, pieza y dispositivo porta–pieza. Forma y dimensiones de la pieza.  Naturaleza del contacto herramienta–pieza (continuo o intermitente, condiciones de “entrada” y “salida”, etc).

Asimismo, para un “dado juego de condiciones de máquina”, la “facilidad” de maquinado varía con las “variables del material de la pieza” (las diferentes cantidades que en la práctica se emplean para especificar las propiedades del material de la pieza, como se enumeran en la lista II.

Lista II. Variables comunes del Material de la Pieza que afectan la Facilidad del Corte 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Dureza. Resistencia a la tracción. Composición química. Microestructura. Grado de trabajado en frío. Endurecibilidad por deformación.

Además, el criterio para juzgar la “facilidad” para mecanizar un metal varía con la preferencia del experimentador o las exigencias del trabajo. Algunos de los más comunes criterios, usados en forma individual o conjunta como una medida de la facilidad para trabajar un metal, se dan en la Lista III.

Lista III. Criterios comunes para juzgar la Facilidad de Corte A. Criterios generales 1. Vida de la herramienta de corte o duración del filo, expresada en diferentes términos. 2. Magnitud de la fuerza sobre la herramienta y el consumo de potencia. 3. Calidad de la terminación superficial producida sobre la pieza. 4. Facilidad para disponer (eliminar) las virutas.

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B. Criterios específicos   (generalmente usados en ensayos rápidos para juzgar la facilidad de maquinado) 1. Momento o presión de corte en taladrado. 2. Tiempo de taladrado. 3. Temperatura de la herramienta y de la viruta. 4. Valor de endurecimiento de la viruta durante su remoción. 5. Razón de corte de la viruta. 6. Valores combinados de las variables mecánicas que controlan las fuerzas y la geometría de la viruta. Es evidente que solo los cuatro criterios del grupo A se relacionan “en términos generales” con el costo de las operaciones de maquinado como se ejecutan en el taller. Además, solamente los  primeros tres de aquellos cuatro pueden expresarse en valores numéricos. Es lógico luego que estas tres cantidades “vida de la herramienta”, “fuerza de la herramienta y consumo de potencia” y “terminación” aparecerían como las medidas de maquinabilidad mas comúnmente aceptadas para uso de taller. Para cualquier operación de maquinado, la duración del filo de la herramienta es usualmente el principal factor de “maquinabilidad” que controla el costo de la operación. Sin embargo, si las fuerzas sobre la herramienta y el consumo de potencia son altos, será requerida una gran máquina–herramienta, aumentando así los costos generales. Además, en los casos donde la terminación producida sobre las piezas es una causa de rechazo, este factor tiene también una influencia importante sobre el costo. Los valores reales de vida de la herramienta, consumo de potencia y terminación obtenidos cuando un material determinado se corta, varían con cambios en las variables de máquina del tipo ya enumerado. Además, si una serie de materiales son clasificados en orden relativo de acuerdo a los valores de “vida de la herramienta”, “potencia”, o “terminación” hallados para un cierto juego de condiciones de máquina, este orden relativo no será necesariamente el mismo para una serie diferente de valores de las variables de máquina. Estos hechos hacen imposible disponer algún ensayo individual o juego de condiciones de ensayo que proporcione un inequívoco “índice de maquinabilidad” para un material determinado, índice en el que pueda confiarse para calificar el comportamiento del material en cualquier tipo de operación de maquinado. Estrictamente hablando, tal índice universal de maquinabilidad establecido en función de la vida de la herramienta, consumo de potencia, acabado o combinación de estos 3 criterios generales no puede existir. No obstante, valores para cualquiera de estas tres cantidades, compilados de ensayos de corte normalizados, hechos sobre determinados materiales, tienen valor orientativo para el ingeniero, pues sirven como primera aproximación al comportamiento real de los materiales cuando se mecaniza en la práctica. El valor de tales datos aumenta con el grado al cual está correlacionado con las diferentes variables de máquina. En las discusiones que siguen, datos y ecuaciones empíricas han sido reunidos mostrando la relación general de la vida de la herramienta, consumo de potencia y terminación para muchas variables de máquina de la Lista I y variables del material de la pieza de la Lista II para muchos de los materiales comunes de ingeniería. Los datos y ecuaciones a citarse en las secciones siguientes, en la mayoría de los casos, se aplican más exactamente al uso de herramientas monocortantes. Sin embargo, ellos pueden aplicarse con buen resultado a la mayoría de los tipos comunes de operaciones de mecanizado con otras herramientas. No obstante, debe tenerse cuidado al relacionar una operación particular con otra realizada con herramienta monocortante y corregir diferencias fundamentales como por ejemplo el número de filos o dientes cortando simultáneamente y

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formando virutas separadas, o bien la adecuada interpretación de los términos “avance” y “profundidad”.

2.- VIDA DE LA HERRAMIENTA Y SU RELACIÓN CON LAS LAS VARIABLES PRÁCTICAS. La vida de la herramienta es usualmente el más importante de los tres principales criterios de maquinabilidad desde el punto de vista del costo del maquinado. Por esta razón, la mayoría de las clasificaciones de maquinabilidad de materiales están basadas solamente en valores de vida de la herramienta. La influencia sobre la vida de la herramienta de alguna de las variables básicas del corte de metales fueron discutidas en “Teoría del corte de metales” pero aún no se ha hallado ninguna correlación basada en la teoría, cuya validez pueda ser generalizada. Sin embargo, una gran cantidad de datos prácticos de la relación empírica de la vida de la herramienta con las variables de máquina y con las propiedades de los materiales ha sido acumulada. El ingeniero puede usar tales datos para hacer una estimación de las velocidades de corte apropiadas, avances, ángulos de la herramienta y otras variables de máquina requeridas para obtener una vida económica al mecanizar un material determinado; por medio de tales datos puede también estimar la influencia sobre la vida de la herramienta, de la dureza, resistencia a la tracción, composición química y otras variables del material de la pieza Los siguientes apartados presentan algunas de las correlaciones empíricas hasta aquí establecidas, entre los datos de vida de la herramienta y las variables de la máquina y del material de la pieza.

2.1. Especificación y medida de la vida de la herramienta 2.1.1 Significado de vida de la herramienta La vida de la herramienta (duración del filo) puede ser especificada de varias formas. Las más comunes están dadas en la Lista IV.

Lista IV. Métodos comunes de especificar la Vida de la Herramienta. 1. Tiempo de máquina:  lapso del tiempo de operación de la máquina herramienta (la herramienta puede estar cortando intermitentemente durante ese tiempo). 2. Tiempo de corte real : lapso de tiempo durante el cual la herramienta estuvo cortando realmente (definición común de vida de la herramienta). 3. Volumen de metal removido. 4. Número de piezas maquinadas. 5. Velocidad de corte equivalente (mencionada a menudo como velocidad de Taylor): es la velocidad de corte a la cual un valor standard de tiempo de máquina o tiempo de corte real dura el filo (digamos 60 min) bajo un dado juego de condiciones de corte. 6. Velocidad de corte relativa; una modificación del item 5 para uso práctico. Es la velocidad de corte que permite obtener un tiempo de máquina o tiempo de corte real para el material de ensayo del mismo valor que el de un material standard, cuando se mecaniza con la misma herramienta bajos ciertas condiciones. Esta cantidad es también llamada “maquinabilidad relativa” o “maquinabilidad porcentual”. En este último caso, al material standard se le asigna un valor de 100. MAQUINABILIDAD DE LOS METALES

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En el caso de herramientas policortantes, la duración, cuando está especificada como en los ítems 1 a 4 es expresada usualmente en términos de un filo al dividir el valor total por el número de filos. Se habrá notado particularmente que la vida de la herramienta puede ser, y a menudo está expresada en función de la velocidad de corte (ítems 5 y 6). La razón es que, si todas las otras variables del material y la máquina son mantenidas constantes mientras se varía la velocidad de corte, el tiempo requerido para desgastar (desafilar, embotar) la herramienta será función directa de la velocidad de corte. Cada valor de la velocidad de corte es entonces, una medida de la vida relativa de la herramienta obtenida con cada material.

2.1.2. Significado de Fallo de la Herramienta.

Desgaste de la cara de ataque  por cratering

Viruta

Cara de Ataque

Herramienta

El fallo o deterioro de la herramienta se produce ordinariamente en una de las formas siguientes:

Flanco

Pieza Des aste aste del Fla Flanco nco Por desgaste del flanco:  abrasión o desgaste en el flanco (cara de incidencia) debajo del filo. • Por socavado (cratering): causado por el flujo de viruta, que desgasta la cara de ataque  produciendo un hueco en forma de taza cercano c ercano al filo, a lo largo de su longitud activa. El cráter así formado se va agrandando paulatinamente hasta que finalmente ocurre el desmoronamiento del filo. • Por desmenuzado: desprendimiento de pequeños fragmentos desde la cara de ataque o el flanco hacia el filo, generalmente debido al shock térmico o mecánico en herramientas de materiales frágiles. • Por diferentes combinaciones de las formas anteriores.

•

La representación real obtenida para la vida de la herramienta en cualquier operación de mecanizado o ensayo de corte, depende no solo del método usado para especificar la vida de la herramienta (Lista IV) sino también del criterio adoptado para juzgar el fallo de la misma. Tal criterio varía con el tipo de operación, el material de la herramienta empleada y otros factores. Algunos de los criterios más comunes para juzgar el fallo de la herramienta se dan en la Lista V.

Lista V. Criterios comunes para juzgar el Fallo Fallo de la Herramienta 1. Deterioro completo: herramienta totalmente imposibilitada imposibilitada para continuar trabajando. 2. Fallo preliminar: aparición de una banda estrecha sumamente bruñida sobre la superficie de corte (superficie transitoria), que indica frotamiento en el flanco de la herramienta. 3. Fallo del flanco : formación de un área desgastada de cierto tamaño debajo del filo sobre la cara de incidencia (cierto volumen de metal se ha perdido por desgaste). 4. Fallo de la terminación : aparición de un cambio repentino y pronunciado en la terminación de la pieza ya sea en el sentido de mejorarla o empeorarla. 5. Fallo en la medida: aparición de un cambio en la dimensión de la pieza terminada, en una dada cantidad (por ejemplo, un incremento en el diámetro de una pieza torneada, respecto al diámetro obtenido originalmente con el filo en buen estado). 6. Fallo en la fuerza de corte   (o potencia): incremento en una determinada cantidad de la fuerza de corte (fuerza tangencial) o de la potencia consumida. 7. Fallo en la fuerza de empuje: incremento en una cierta cantidad del empuje sobre la herramienta en sentido opuesto al del avance, indicativo de desgaste en el flanco.

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Aunque todos los métodos anteriores para juzgar el fallo de la herramienta han encontrado aplicación en el laboratorio, la mayoría de ellos no resulta igualmente útil en el taller. Aquí, la consideración importante es que las herramientas sean usadas hasta hasta una condición de desgaste muy  próxima a aquélla a la cual sería necesario reemplazarla o reafilarla mediante un rectificado completo; debería trabajar solamente hasta el punto en que el rectificado es aún económico en tiempo y material de herramienta. Se ha encontrado que, para herramientas de acero rápido, el fallo preliminar (ítem 2, Lista V) es un criterio razonablemente confiable para uso en el taller. En el caso de herramientas de carburo sinterizado (metal duro), se halló que el fallo en el flanco (ítem 3, Lista V), es muy buen criterio de fallo de herramienta para uso en el taller. Se conviene en general que cuando la marca de desgaste en el flanco de la herramienta es de 1/32 pulg. en anchura constituye, en la mayoría de los casos, el desgaste límite para el reafilado. Prolongar más allá el empleo de la herramienta, conducirá usualmente a una destrucción completa de la plaquita de carburo, y aún en el caso de plaquita soldada reafilable será mas costoso el rectificado.

2.1.3. Medición de la vida de la herramienta. Ensayos de la vida de la herramienta sobre materiales (con fines de clasificar maquinabilidad), maquinabilidad), han sido realizados sobre muchos tipos de operaciones de maquinado. Sin embargo, el método mas común y efectivo es el de tornear con herramientas monocortantes. La mayor cantidad de información segura, actualmente utilizable sobre la relación que vincula la vida de la herramienta con las variables prácticas, ha sido lograda por este método. No serán descriptos aquí los métodos de ensayo usados; ellos fueron cristalizados en una Norma Americana ( ASAB5.19-1946 ) a la cual  puede consultarse para mas detalles. La Norma de mayor aplicación actual es la ISO 3685-E (1993) “Tool-life testing with single-point turning tools”, sobre la cual se rigen normalmente todos los ensayos de maquinabilidad. La mayoría de las relaciones y datos a presentarse en la sección siguiente están basados sobre vida de la herramienta obtenidos en ensayos con herramientas monocortantes. No obstante, pueden aplicarse con provecho a casi cualquier operación de maquinado al tener en cuenta los factores extras que intervienen en el proceso particular.

2.2. Relación de Vida de la Herramienta a Variables de la Máquina 2.2.1. Velocidad de Corte. La velocidad de corte es la variable de mayor influencia en la duración del filo. Taylor encontró que la relación entre la vida de la herramienta y la velocidad de corte puede representarse con suficiente aproximación por la siguiente relación empírica: V c T n

= C t 

(1)

donde: Vc= Velocidad de corte (pies/min) T = Tiempo de corte real hasta desgastar el filo, [min] (item 2, Lista IV).

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Ct = constante cuyo valor depende de las otras variables de máquina y del material de la pieza (ver Listas I y II). Es numéricamente igual a la V c para una vida de herramienta de 1 minuto. minuto. n = Exponente que varía en cierta medida con otras variables de máquina y del material de la pieza. La ecuación (1), representada en coordenadas logarítmicas, define una línea recta (fig1). 100

Ct

   ]   n    i   m    /   e    i   p    [   e    t   r   o    C   e    d    d   a    d    i   c   o    l   e    V

n

V10 V60 T25

46.7 0.14 34.2 26.8 92 Ct=46.7  p q

y= log(Vp-Vr) x= log(Tr-Tp) n=tang θ= y/x =0,14 VT0,14 = 4 6 7

θ

V10

r

s V60 T25=92

10 1

10

100

Vida de la Herramienta H erramienta [min] Figura 1.-  Línea Velocidad de corte-Vida de herramienta para torneado de Acero SAE 2340 con herramienta monocortante monocortante de Acero Rápido: Rápido: Prof.: 0.2pulg Avance: 0.05pulg/rev. En seco.

Es evidente que la duración del filo disminuye a medida que se incrementa la velocidad de corte. Aunque hay pocas excepciones a esta regla general, la misma puede no cumplirse cuando las velocidades de corte son muy bajas. La ecuación (1) de Taylor es conocida comúnmente como la relación Vida de la herramientaVelocidad de corte. En la práctica, el exponente n varía desde 0,10 a 0,60 dependiendo de los valores de las variables de la máquina y del material. Los valores del exponente “n” para los diferentes materiales de herramientas, se dan en la tabla 1. En esta forma, la ecuación (1) puede emplearse para estimar aproximadamente la velocidad de corte que permitirá alcanzar una deseada duración cuando se mecaniza un dado material con una herramienta de determinado tipo. Tabla 1

Material de la herramienta

Exponente “n”

Acero rápido

0,10 a 0,17

Carburo sinterizado (metal duro) sin recubrimiento recubrimiento

0,18 a 0,30

Carburo sinterizado (metal duro) con recubrimiento de TiC o TiN

0,30 a 0,35

Carburo sinterizado (metal duro) con recubrimiento de Al 2O3

0,35 a 0,40

Cermets y cerámicos

0,40 a 0,60

Se requieren valores medios de C t , los que se dan en la tabla 2 (están basados en una sección de viruta de 0,001 pulg 2 que representa una condición de corte promedio).

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Para obtener la velocidad de corte, el valor de C t tomado de la tabla 2 debe dividirse por el valor de Tn correspondiente a la duración deseada. deseada . Tabla 2: Valores de Ct para condiciones de corte promedio Material de herramienta Material a mecanizar Acero Rápido 18-4-1 Carburo sinterizado Corte seco Corte con fluido Corte seco 4320 ........ 21600 Aleaciones livianas 1150 ........ 5750 Latón (80-120 Bhn) 730 ........ 3650 Latón colado 262 364 1310 Acero colado Acero al carbono: 516 720 2580 SAE1013 412 576 2060 SAE1025 328 460 1640 SAE1035 262 304 1310 SAE1045 168 236 840 SAE1060 282 396 1410 Acero al Cr-Ni Fundición de hierro: 374 520 1870 100 Bhn 238 336 1190 150 Bhn 134 188 670 200 Bhn

Ejemplo. Se desea maquinar un acero cromo-níquel bajo condiciones de corte promedio usando una herramienta de acero rápido con fluido de corte. Se especifica una duración de la herramienta de 8 horas (480 min). Para obtener la velocidad de corte aproximada encontramos, en la tabla 2, C t = 396 y adoptando n = 0,15 resulta: Vc = 396/2,52 = 157 pie/min = 47,9 m/min.

2.2.2. Dimensiones del corte. La vida de la herramienta obtenida obtenida para una cierta cierta velocidad de corte está, desde luego, influenciada por las dimensiones del corte. La relación empírica general entre la velocidad de corte  para una duración especificada (digamos 60 min) con el avance y la profundidad de corte, ordinariamente se acepta que es de tal forma: V t  =

C  A  x

 p a

 y

 

(2)

donde Vt  = velocidad de corte equivalente (ver ítem 5, Lista IV: velocidad de corte para una determinada duración de la herramienta [pie/min]). [pie/min]). CA = constante que depende de demás variables de máquina y material de la pieza (ver Listas I y II) a = avance por revolución [pulg/rev]  p = profundidad de corte, pulg. x,y = exponentes Los valores valores promedio para los los exponentes, exponentes, en la práctica, son x = 0,37 e y = 0,77. Con esto, esto, la ecuación (2) se transforma en la que sigue: MAQUINABILIDAD DE LOS METALES

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V t 

=

C A  p 0, 37 a 0, 77

 

(3)

Esta ecuación destaca dos hechos generales muy importantes en el mecanizado de metales: 1. A medida que el avance o la profundidad son aumentados, debe reducirse la velocidad de corte para mantener constante la duración de la herramienta. 2. Cuando se hace esto, hay un aumento de la productividad (que luego será justificado en “Optimización”), esto es, la cantidad de material removido por la herramienta es incrementada durante la misma dada duración (especialmente aumentando la profundidad a causa de su muy bajo exponente 0,37). (Un indicador de la productividad es el volumen de metal removido por unidad de tiempo o caudal de viruta U=V c.a.p). Puede así establecerse una regla general: La combinación de una gran profundidad de corte y un elevado avance con una velocidad de corte más baja, permitirá remover una gran cantidad de metal durante una determinada vida de la herramienta.   Hay pocas excepciones a esta regla. Mas adelante se verá como influye esto sobre las fuerzas y la terminación superficial. La ecuación (3) puede emplearse para el cálculo directo de velocidades de corte adecuadas para el mecanizado de diversos materiales con distintos avances y profundidades. En la tabla 3 se dan valores de CA Tabla 3. Valores de C A Acero Rápido 18-4-1 Vida de herramienta de: Material a mecanizar  60 min (*) 480 min. (**) 25.0 6.7 4.2 1.5

60 min. (**)

........ Aleaciones livianas ........ Latón (80-120 Bhn) ........ Latón colado 2.1 Acero colado Acero al carbono: 3.0 4.2 SAE1013 2.4 3.3 SAE1025 1.9 2.7 SAE1035 1.5 2.1 SAE1045 1.0 1.4 SAE1060 1.6 2.3 Acero al Cr-Ni Fundición de hierro: 2.2 3.0 100 Bhn 1.4 1.9 150 Bhn 0.8 1.1 200 Bhn (*) Corte en seco. (**) Corte con fluido fluido

480 min. (*) ........ ........ ........ 1.1 2.1 1.7 1.3 1.1 0.7 1.1 1.5 1.0 0.5

Ejemplo: Debe maquinarse un acero SAE 1035 usando una profundidad p= 0,5 pulg. y avance a= 0.01 pulg/rev, herramienta de acero rápido 18-4-1 y fluido de corte. ¿Que velocidad debe usarse?. De la tabla 3 sale CA = 2,7 , luego: V t  =

2.7 = 121 pie / m (40m / min) 0.77 × 0.029

Aunque la ecuación (3) es general en su aplicación, puede simplificarse para su empleo en ciertos casos. Al mecanizar con herramientas monocortantes, la relación de avance a profundidad (a/p) se MAQUINABILIDAD DE LOS METALES

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halla comúnmente en 1/5 y 1/10. Siempre que dicha relación se halle comprendida entre estos límites, en cualquier operación de maquinado puede usarse con ventaja una ecuación simple. En estas condiciones, los efectos del avance y de la profundidad pueden agruparse en función de la sección de la viruta. La ecuación es luego de la forma: V t 

= C V  (1000 Ao ) − z

(4)

Donde: Cv = constante que depende de los materiales de pieza y herramienta y del uso de fluido de corte. z= exponente cuyo valor depende del material de la pieza. A0 =a.p (sección de viruta), pulg 2 Con esta ecuación (4) y los valores para C  v y z de la tabla 4, puede estimarse la velocidad de corte requerida para 60 o 480 min de vida de la herramienta y para diferentes secciones de viruta.

Material a mecanizar

Tabla 4. Valores de C V Acero Rápido 18-4-1 Vida de herramienta de: 60 min (*) 480 min. (**) 2030 541 343 123

60 min. (**)

z

480 min. (*)

........ ........ Aleaciones livianas ........ ........ Latón (80-120 Bhn) ........ ........ Latón colado 171 86 Acero colado Acero al carbono: 243 238 169 SAE1013 194 271 135 SAE1025 154 216 108 SAE1035 123 171 86 SAE1045 79 111 55 SAE1060 133 186 93 Acero al Cr-Ni Fundición de hierro: 176 244 122 100 Bhn 112 158 79 150 Bhn 63 88 44 200 Bhn (*) Corte Seco. Seco. (**) Corte con fluido

0,73 0,62 0,44 0,36 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,57 0,28 0,28 0,25

Ejemplo: Se desea mecanizar un acero SAE 1035 con una sección de viruta A o=0.005 pulg2 , con herramienta de acero rápido 18-4-1 y fluido de corte, con una duración del filo de 60 min. Para calcular la velocidad de corte, de la tabla tabla 4, Cv = 216 Vt = 216 (1000Ao) –z = 216 (0,517) = 112 pie/min En los casos que interesen otros valores de vida de la herramienta diferentes de 60 min, C v puede ser corregido mediante la siguiente fórmula: C n  = C V  6

60 T 

(5)

donde T= duración deseada de la herramienta herramienta [min] y C n  el nuevo valor de Cv requerido para alcanzar la duración T de la herramienta. MAQUINABILIDAD DE LOS METALES

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2.2.3. Forma y ángulos de la herramienta.  No se tienen datos para establecer una correlación numérica general entre la duración del filo y los ángulos de la herramienta, aunque se reconocen principios generales. Por ejemplo, es sabido que en el caso de herramientas de forma simple, el ángulo de ataque es el de mayor influencia sobre la vida de la herramienta. No obstante, el efecto de ese ángulo es pequeño cuando varía dentro del rango normal de valores (8 a 27º para 27º para acero, por ejemplo). Por esta razón, la normalización de los ángulos de la herramienta es deseable para trabajos de mecanizado general. Para herramientas de acero rápido pueden usarse los valores normales dados en la tabla 5, a menos que circunstancias especiales impongan cambios. Tabla 5. Angulos para herramientas de Acero A cero Rápido en operaciones de maquinado en general Angulo de Angulo de cuña Angulo de incidencia Material a mecanizar β [º] γ [º] ataque α [º] 0

84

6

8

74

8

14

68

8

20 27 40

62 55 40

8 8 10

Fundición de hierro chilled. Latón y bronce duro. Acero y acero colado (Resist > 100000 psi); Fundición de hierro (>200 Bhn). Latón. Bronce. Acero y acero colado (Resist: 70-100000 psi). Fundición de hierro (< 200 Bhn). Latón liviano Acero y acero colado (Resist: 50-70000 psi) Bronce medio y liviano y acero (Resist5

250

  a 800    t   n   e    i   m   a   r   r   e    h 700   e    d   a    d    i    V 600   e    d   n    i   m 500    0    3   a   r   a   p 400    ]   n    i   m    /   e    i   p 300    [   e    t   r   o   c   e 200    d    d   a    d    i   c   o    l   e 100    V    0

200

150    ]   n    i   m    /   m    [

Carburo sinterizado C-6 ISO

Acero Rápido

100

   0    3

   V

50

   3

   V

0

0 0

200

300 400 Dureza Brinell

500 560

32 42 Dureza Rc

51 56

Figura 2

Figura 3

En la figura 2 se muestra la variación de la velocidad equivalente V 30 mecanizando aceros en un un amplio rango de durezas, con insertos de carburos sinterizados clase C6 ( α=3º; en seco; desgaste flanco VB=0,015pulg) y aceros rápidos clase T1 ( α=10º; aceite soluble al 5%; desgaste flanco VB=0,030pulg) en ambos casos con a=0,010pulg/rev y p=0,1pulg. La figura 3a muestra curvas Vc-T, obtenidas torneando acero SAE 1045 con p=2,5mm; a=0,4mm/rev. La figura 3b muestra curvas Vc-T, obtenidas torneando fundición gris SAE G4000 con p=2,5mm; a=0,25mm/rev1045 con p=2,5mm; p=2,5mm; a=0,4mm/rev. En los dos casos se comparan los los comportamientos de insertos de carburos recubiertos con TiC, TiN y Al 2O3  , utilizando como criterio para determinar T, el valor VB=0,25mm.

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2.2.5. Fluido de Corte. El empleo de fluido de corte, ordinariamente prolonga en forma considerable la vida de la herramienta. Esto aparece en los valores de C t y C v dados en las tablas 2 y 3, cuya influencia sobre la duración T del filo ya fue analizada con las ecuaciones (1) y (2).

2.2.6. Rigidez e inmunidad al Vibrado, Forma y dimensiones de la pieza. La influencia considerable que cualquiera o todas estas variables de máquina pueden tener sobre la vida de la herramienta no siempre es debidamente apreciada. Todavía no ha sido posible encontrar leyes específicas eficaces para los efectos de estas variables. No obstante, es sabido que en general, la duración de la herramienta es favorecida por condiciones de rigidez en la máquina, en la herramienta y en los montajes de la pieza y además por la ausencia de vibrado (en “Teoría del corte de metales” fueron discutidos los factores que controlan el vibrado). Cambios en la forma y dimensiones de la pieza pueden tener un variado efecto sobre la vida de la herramienta. En general, si la forma y tamaño son tales que bajo la acción de las fuerzas de corte tiene lugar una excesiva flexión, la duración de la herramienta puede quedar afectada, además de la evidente pérdida de exactitud dimensional sobre la pieza.

2.2.7. Naturaleza del contacto de la herramienta con la pieza. Si la naturaleza de una operación es tal que la herramienta corta continuamente como al tornear un cilindro liso, ordinariamente la vida de la herramienta será mas larga que si el corte es interrumpido como ocurre al tornear una pieza cilíndrica con ranuras o una barra de sección poligonal. El impacto sobre la herramienta cuando entra y abandona el corte tiende a hacerla fallar mas rápidamente. Esto es particularmente cierto cuando el material de la herramienta es de naturaleza quebradiza. En operaciones donde el arranque es de tipo intermitente, la manera en que la herramienta entra y abandona el corte, tiene a menudo un marcado efecto sobre la duración, especialmente cuando se emplean herramientas de carburo sinterizado, cerámicas o de materiales ultraduros. En este caso  parece que el fallo será generalmente más rápido cuando los ángulos y posición son tales que el impacto de entrada en el corte, es recibido por el filo o la punta de la herramienta antes que en un lugar de la cara de ataque lejos del filo. En las operaciones de fresado frontal sobre acero con fresas de insertos de carburo sinterizado  pueden presentarse condiciones críticas para la integridad de la herramienta. La posición relativa de la fresa respecto a la pieza es un factor predominante en la duración de la primera. La variable determinante es el ángulo entre un plano radial que corta el diente de la fresa y el plano de la pieza a través del cual el diente penetra en el corte. Esto se Avance ilustra en la figura 4, donde este “ángulo de D/2 contacto” es designado (c) . En casi todos los casos, en el fresado frontal de acero con fresas de A c carburo, si este ángulo es inferior a aproximadamente 20 º, la vida de la herramienta Punto de Plano lateral de será normal; si es mayor que alrededor de 35 °, la contacto la pieza fresa fallará casi inmediatamente después de Figura 4. Angulo c para operaciones operaciones de planeado iniciarse el corte, dependiendo además de la propia con fresa frontal geometría de la fresa.

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2.3. Relación de la Vida de la la Herramienta con variables del Material Material de la Pieza. Las propiedades básicas del material de la pieza que influyen en la duración de la herramienta y facilitan el mecanizado, fueron fueron discutidas en el ítem 3.3.3 de Teoría del corte. Pero en la práctica, es conveniente relacionar la vida de la herramienta directamente con propiedades de los materiales fácilmente medibles. Aunque tales correlaciones sean empíricas, ellas dan una base muy útil a los efectos estimar la velocidad de corte necesaria que permita una determinada duración de la herramienta bajo un juego fijo de condiciones de la máquina.

2.3.1. General. Las clasificaciones de maquinabilidad general para los metales y aleaciones mas comunes de la ingeniería están dadas en la tabla 8. Están expresadas en términos de valores relativos. La forma de ordenamiento empleado empleado (a menudo menudo llamada “maquinabilidad “maquinabilidad porcentual“ o “maquinabilidad “maquinabilidad relativa“) representa las velocidades relativas a emplear con cada metal para obtener una determinada vida de la herramienta. Son valores de la velocidad de corte relativa (ver Lista IV, ítem 6). Un material cuya clasificación es 50, deberá ser mecanizado aproximadamente a la mitad de la velocidad empleada para otro material cuya clasificación es 100, si se desea la misma duración de la herramienta en ambos casos. Así, si una velocidad de corte que posibilita una satisfactoria vida de la herramienta mecanizando un material en una operación dada, la adecuada velocidad de corte a emplear para cualquier otro material enlistado en la tabla 8 en la misma o similar operación, puede ser estimada de los datos de la tabla. que un acero AISI C1020, maquinado maquinado a 95 (pie/min) (pie/min) en una una cierta Ejemplo: Se ha encontrado que operación, posibilitó una duración de la herramienta de 8 horas. Al sustituir el C1020 por un acero C1117 en la misma operación, se desea conocer la velocidad de corte que permita la misma duración de la herramienta de 8 horas. De la tabla 8 obtenemos: clasificación para para el C1020 = 65, clasificación para el C1117 = 85. 85. Luego, la velocidad de corte para lograr lograr una vida de la herramienta de 8 horas horas con el acero 1117 1117 será Vc= (85/ 65) 95 = 124 pie/min. Los valores de la tabla 8 están basados en una clasificación de 100 para el acero AISI B 1112, acero Bessemer para tornillería, trefilado en frío o laminado en frío, excepto donde se indica lo contrario. Los valores de dureza consignados indican un rango deseable y corresponden a producciones comerciales ordinarias. Es útil disponer de clasificaciones de maquinabilidad relativa para todas las aleaciones de un tipo dado. En las tablas 9 a 13, las clasificaciones consignadas para cinco tipos o clases diferentes de aleaciones, representan sus maquinabilidades relativas dentro de cada clase pero las clasificaciones  para una clase cualquiera no son comparables con aquéllas de cualquier otra clase. Las clasificaciones de maquinabilidad tabuladas han sido compiladas de “American Machinist´s Working Guide for Modern Shop Materials”. Las clasificaciones en las tablas 9 y 10 representan otra vez valores de velocidades de corte relativa. Donde las clasificaciones están dadas en letras en vez de números (como el caso de aceros inoxidables y aleaciones de aluminio y níquel, “A” indica una velocidad de corte permisible alta y “D” una velocidad muy baja.

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Tabla 8. Indice de Maquinabilidad de metales ferrosos varios Clase I Ferrosos (>70%)

Clase II Ferrosos (55-65%)

Brinell

AISI

C1109 C1115 C1117 C1118 C1120

Indice % 85 85 85 80 80

137-166 143-170 143-170 143-170 143-179

C1132

75

C1137

Clase III. Ferrosos (40-50%)

Brinell

AISI

C1141 C1020 C1030 C1035 C1040

Indice % 65 65 65 55 50

183-241 137-174 170-212 179-229 179-229

187-229

C1015

50

70

187-229

A2317

C1022

70

150-192

C1016

70

B1111 B1112 B1113 A4023 A4027 Malleable Standard Pearlitic Pearlitic Cast Iron,soft Cast steel 0,35C Stainlees Iron 12 % Cr. F,M

AISI

C1008 C1010 C1015 C1050 C1070

Indice % 50 50 50 50 45

126-163 131-170 131-170 179-229 183-241

179-229

A1320

50

170-229

55

174-217

A1330

50

170-235

A3120

60

163-207

A1335

50

187-241

137-174

A3130

55

179-217

A1340

45

187-241

95

179-220

A3140

55

187-229

A2330

50

179-229

100 135 70 70

179-220 179-229 156-207 166-212

A4032 A4037 A4042 A4047 A4130 A4137 A4151 A4320 A4615 A4610

55 65 60 55 65 60 55 55 65 55

Brinell

Clase III. Ferrosos ( 0.31

+ 2P + 2P 0 0

- 2P + 3N 0 0

Mn% P% S% Si% Cr%  Ni% Mo% V% Cu% 0.25-2 0.0-0.15 0.0-0.3 0.0-2.0 0.0-1.1 0.0-5.0 0.0-0.75 0.0-0.25 0.0-1.1 - 6P - 2L - 2L - 4L

+ 6P + 6P + 4P + 2P

+ 10P + 10P + 8P + 3P

- 2P - 2L - 2P - 2P

- 2P - 2P 0 0

- 10P - 10P - 10P - 10P

- 5P - 4P - 4P - 4P

0 - 1L 0 ?

X X X X

(*)R: Laminado. F:Forjado, A:Recocido (máximo (máximo % de Perlita), Perlita), TT:tratamiento TT:tratamiento Térmico P= Efecto proporcional proporcional al % de aleante; aleante; L= Gran cantidad, mas efectivo; N= Cantidad Cantidad intermedia, intermedia, más efectivo; efectivo; +10= Efecto muy favorable; 0= Efecto pequeño o sin efecto; -10= Efecto muy desfavorable; desfavorable; x= Efecto probablemente probablemente desfavorable desfavorable

Tabla 12. Relación Microestructura de aceros - Vida V ida de herramienta y Acabado superficial Vida de la Acabado Clase de Acero Microestructura herramienta superficial Acero Bajo Carbono (SAE 1115, 1315)

Trefilado en frío, Grano fino  Normalizado Perlítico, Grano medio Acero Carbono Medio Perlítico, Grano fino (SAE 2330, 3135, 4040) Perlítico, Grano grueso Esferoidal Acero Carbono medio Esferoidal, Grano grueso (C