Desgaste De Las Herramientas De Corte

1) INTRODUCCIÓN.

El desgaste de la herramienta es un proceso gradual, muy parecido al desgaste de la punta de un lápiz ordinario. La rapidez del desgaste depende de los materiales de la herramienta y de la pieza, la forma de la herramienta, el fluido de corte, los parámetros del proceso (como la velocidad de corte, avance y profundidad de corte) y las características de la máquina herramienta.

Existen dos tipos básicos de desgaste, que corresponden a dos regiones de la herramienta: desgaste de flanco y desgaste de cráter.

a) Desgaste de flanco

El desgaste de flanco se presenta en la superficie de incidencia de la herramienta, y en general se atribuye a (a) frotamiento de la herramienta sobre la superficie mecanizada, que causa desgaste adhesivo y /o abrasivo, y (b) alta temperatura, que afecta las propiedades del material de herramienta y la superficie de la pieza.

b) Desgaste de cráter

El desgaste de cráter se presenta en la superficie de ataque de la herramienta y, ya que cambia la geometría de la intercara entre viruta y herramienta, afecta al proceso de corte. Los factores más importantes que influyen sobre el desgaste de cráter son: (a) la temperatura de la intercara herramienta – viruta y (b) la afinidad química entre los materiales de herramienta y pieza. Además, los factores que influyen sobre el desgaste de flanco también influyen sobre el desgaste de cráter.

Existen tres formas posibles de falla en la herramienta de corte:

a) Falla por fractura

Este modo ocurre cuando la fuerza de corte se hace excesiva en la punta de la herramienta, causando una falla repentina por fractura.

b) Falla por temperatura

Esta falla ocurre cuando la temperatura de corte es demasiado alta para el material de la herramienta, causando ablandamiento en la punta, deformación plástica y pérdida del filo en el borde.

c) Desgaste gradual

El desgaste gradual del borde cortante ocasiona pérdida de la forma de la herramienta, reducción de la eficiencia del corte, desgaste acelerado y falla final de la herramienta, de forma similar a la falla por temperatura.

2) DESCRIPCIÓN DE LOS TRABAJOS Y METODOLOGÍAS UTILIZADAS.

a) Objetivos del ensayo

• Aprender acerca del desgaste que sufre la herramienta de corte en el mecanizado

• Criterios de desgaste

• Familiarizarce con algunos tipos de herramientas y sus principales características

• Origen y causa de las fallas de las herramientas

3) DESARROLLO

TIPOS DE HERRAMIENTAS

HERRAMIENTAS DE ACERO RÁPIDO

• Descripción:

El material de este tipo de herramientas es una aleación hierro-carbono con un contenido de carbono de entre 0.7 y 0.9 % a la cual se le agrega un elevado porcentaje de tungsteno (13 a 19'%), cromo (3.5 a 4.5 %), y de vanadio (0.8 a 3.2 %). Se caracterizan por ser útiles y de bajo costo para el mecanizado en altas velocidades de corte, las cuales pueden ir de 60 m/min. a 100 m/min (variando esto con respecto a la velocidad de avance y la profundidad de corte), sin perder el filo de corte hasta, la temperatura de 600° C y conservando una dureza Rockwell de 62 a 64.

• Uso:

Se pueden utilizar en fresado, torneado, taladrado y en la gran mayoría de las operaciones de mecanizado.

• Vida útil:

Dependerá de los parámetros de mecanizado.

• Clasificación de falla:

- Abrasión Mecánica

- Filo postizo

- Oxidación

- Difusión

- Fatiga

EJEMPLO: Herramienta de tronzado en torno

• Descripción:

Es una herramienta muy estrecha con un saliente de acuerdo al diámetro que tenga la barra y permita con el carro transversal llegar al centro de la barra.

• Uso:

Se utiliza para el tronzado o segado, se realiza cuando se trabaja con barra y al finalizar el mecanizado de la pieza correspondiente es necesario cortar la barra para separar la pieza de la misma.

• Vida Util:

Como se menciono antes depende de las condiciones del mecanizado, el más influyente es la velocidad de corte, entre mayor sea esta, mayor será el desgaste de la herramienta y por lo tanto tendrá menos tiempo de utilidad.

• Clasificación de falla:

- Abrasión Mecánica: Desgaste de la superficie, producido por rayado continuo, usualmente debido a la presencia de materiales extraños, o partículas metálicas en el lubricante. Esto puede también causar la rotura o resquebrajamiento del material. También la falta de una adecuada lubricación puede dar como resultado la abrasión.

- Filos Postizos: Debido al arrastre de viruta de la herramienta en momento del macenizado.

- Oxidación: Capas de oxido de baja adhesión arrastradas por la viruta.

- Fatiga: Debido Variación de las magnitudes y direcciones de las fuerzas

• Precio:

Las herramientas de acero rápido por lo general están en el rango de los 2000 a 25.000 pesos chilenos.

PLACAS

• Descripción:

Este tipo de herramientas están compuestas por una aleación que puede ser de titanio, Tántalo y/o wolframio. Las características de dichas aleaciones, le permiten a la herramienta, obtener una alta dureza, resistencia térmica de 900 a 1100 ºC, pueden alcanzar velocidades de 2500 m/min.

• Uso:

Son utilizadas principalmente en fresado, torneado y taladrado, en general en procesos de manufactura.

• Clasificación de fallas:

- Abrasión Mecánica

- Oxidación

• Vida útil:

Depende principalmente del tipo de geometría que posea.

EJEMPLO: Placa triagunlar 60º

• Descripción:

La placa con geometría triangular esta optimizado en cuanto a dureza y tenacidad con un recubrimiento resistente al desgaste. Es capaz de hacer frente a altas temperaturas sin sacrificar la seguridad del filo tanto en aplicaciones con refrigerante como en seco.

• Uso:

Principalmente tornear.

• Vida útil:

Dependerá principalmete de su geometría como el radio de punta, forma, tamaño y ángulos. La geometría con ángulos mayores otorgan más vibraciones, pero tienen menor requerimiento de potencia. La calidad de las placas viene definida por el tipo de recubrimiento que tiene CVD (deposición química en fase de vapor) y PVD (deposición física en fase de vapor), los cuales le otorgan propiedades a estas herramientas de corte. Los revestimientos CVD se caracterizan por esfuerzos residuales de tracción y fisuras por calentamiento debidos a las diferencias de los coeficientes de expansión térmica del revestimiento CVD y del sustrato de carburo cementado. Por consiguiente, las herramientas con revestimiento CVD son más susceptibles de desbastado del borde que las herramientas con revestimiento PVD.

• Clasificación de fallas:

- Abrasión Mecánica: Debido al roce de lasuperficie inferior de la viruta y al superficie de la herramienta.

- Oxidación: Capas de oxido de baja adhesión arrastradas por la viruta.

• Precio:

El precio de estas placas alcanza los 5.000 pesos chilenos aproximadamente.

HERRAMIENTAS DE FORMA

• Descripción:

Este tipo de herramienta es un caso especial debido a que son elaboradas manualmente en un taller, ya sea para realizar una operación de mecanizado en particular o una imitación de otra herramienta de corte.

• Vida útil:

Debido a que estas herramientas no son de origen industrial, no poseen un acabado meticuloso en sus filos, lo cual acelera el desgaste y con ello reduce su vida, pero a su vez se pueden afilar y reutilizar.

• Clasificación de fallas:

- Daños en el filo cortante: Debido a las imperfecciones que trae consigo el fabricar la herramienta manualmente.

- Abración Mecanica: Producida por el roce entre la herramienta y la pieza.

- Fatiga: Debido a la fluctuación de las cargas de fuerzas, a las impurezas y a la heterogeniedad del material.

• Precio:

En este caso en especial los precios son variados, ya que para este tipo de

herramientas dependerá de la geometría, dimensiones y material de la pieza, aparte de las horas de trabajo empleadas para generarla.

EJEMPLO

• Descripción y uso:

Herramienta utilizada para fabricar ruedas dentadas.

• Vida útil:

A mayor velocidad de corte su utilidad disminuirá y a mayor tiempo de uso.

• Clasificación de fallas:

- Abrasión Mecánica

HERRAMIENTA UNITARIA MULTIFILAR

• Descripción :

La mayoría de estas herramientas se utilizan en operaciones de maquinado en las que la herramienta gira.

• Uso:

Los ejemplos mas significativos son el taladrado y el fresado, y por otro lado algunas operaciones de escariado y aserrado.

• Vida útil:

Dependerá de las condiciones de mecanizado asi como la velocidad de corte, avance, profundidad de corte, fluidos de corte, etc.

• Clasificacion de fallas:

- Abración Mecanica

EJEMPLO : fresa de modulo

• Descripción y uso:

Sirve para tallar engranajes. Se van haciendo diferentes pasadas de forma que se van obteniendo las diferentes dientes del engranaje. Prácticamente en desuso en la actualidad se emplea la llamada fresa madre.

• Clasificación de fallas:

- Calor excesivo. es una de las causas principales de la falla total del filo del corte o de la reducción en la vida de la herramienta. El calor es causado por los filos frotando sobre la pieza de trabajo, o por las virutas resbalando a lo largo de las caras de los dientes cuando están siendo separadas de la pieza que se está fresando. Cuando este calor se hace excesivo, se afecta la dureza de los filos cortantes, resultando en una menor resistencia al desgaste y un subsecuente rápido desafilado.

- Abrasión. La abrasión es una acción de desgaste causada por la metalurgia de la pieza de trabajo. Desafila los filos cortantes y causa “pistas de desgaste” alrededor de la periferia de la fresa. Conforme el desafilado se incrementa y las pistas de desgaste se hacen más grandes, la fricción aumenta y se requiere de una fuerza mayor para mantener la fuerza trabajando. La rápida elevación en fricción, calor y fuerzas rotativas resultado de la naturaleza abrasiva del material de la fuerza de trabajo, puede llegar a un punto donde la fresa deja de funcionar con efectividad o es totalmente destruida.

- Astillado de los filos cortantes. Cuando las fuerzas de corte imponen sobre los filos cortantes una carga más elevada de lo que puede soportar su resistencia ocurren pequeñas fracturas y pequeñas áreas de los filos se desmoronan o se astill

- Obstrucción. Algunos materiales de la pieza de trabajo tienen una composición “gomosa” que hace que las virutas sean largas como cordeles y comprensibles. Las virutas de otros materiales pueden tener una tendencia a soldarse en frío o a adherirse a los filos cortantes y/o las caras de los dientes. Durante el fresado de estos materiales, a menudo las virutas obstruyen o llenan el área de las ranuras, resultando en la ruptura de la fresa. Esta situación se puede minimizar reduciendo la profundidad o el ancho del corte

• Precio: Bordea los 50.000 pesos chilenos.

4) CONCLUSIONES y COMENTARIOS.

• El aumento de temperatura es consideración importante, porque puede tener efectos adversos sobre la vida de la herramienta, y también sobre la exactitud dimensional y la integridad superficial de la pieza mecanizada.

• Dos clases principales de desgaste de la herramienta depende de las características de los materiales de la pieza y de la herramienta, de la velocidad de corte, avance, profundidad de corte y fluidos de corte, así como de las características de la máquina herramienta.

• El resultado del desgaste, es la pérdida de material y la subsiguiente disminución de las dimensiones y por tanto la pérdida de tolerancias. Los mecanismos de daño en lo s materiales se deben principalmente a deformación plástica, formación y propagación de grietas, corrosión y/o desgaste

• Desde que el desgaste comenzó a ser un tópico importante y que necesitaba estudiado y entendido, comenzaron a aparecer en los libros de diseño y en la mente de los diseñadores, ideas sencillas de como prevenirlo o combatirlo, entre esas ideas se tienen:

- Mantener baja la presión de contacto

- Mantener baja la velocidad de deslizamiento

- Mantener lisas las superficies de rodamientos

- Usar materiales duros

- Asegurar bajos coeficientes de fricción

- Usar lubricantes

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