Corte de metales
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Corte de metales. Tradicionalmente, el corte de metales se realiza en torno, taladradoras, y fresadoras en otros procesos ejecutados por máquinas herramientas con el uso de varias herramientas cortantes. Las partes se producen desprendido metal en forma de pequeñas virutas. El trabajo central de estas máquinas esta en la herramienta cortante que desprende esas virutas.
Sumario
Objetivo
El corte de metales tiene como objetivo eliminar en forma de viruta, porciones de metal de la pieza a trabajar, con el fin de obtener una pieza con medidas, forma y acabados deseados.
Herramientas
Es el elemento cortante que se utiliza en las máquinas herramientas con el fin de realizar operaciones de mecanizado y dar un acabado a determinados materiales.
Tipos de herramienta
Una manera más general de cómo clasificar las herramientas es la siguiente:
- Herramientas de una sola punta o punta sencilla, como la usada en el trabajo de torno y cepillo de codo.
- Herramientas de puntas múltiples son solamente dos o más herramientas de una sola punta acomodadas como una sola unidad (fresas y escariadores).
- Herramientas que usan muelas abrasivas
Herramientas de punta sencilla
Son herramientas de corte que poseen una parte cortante y un cuerpo. Son usadas comúnmente en los tornos, tornos revólver, cepillos, limadoras mandrinadoras y máquinas herramientas semejantes.
Herramienta de puntas múltiples
Está compuesta por dos o más partes cortantes montadas en un cuerpo común. La mayoría de las herramientas de este tipo son de tipo rotatorio y tienen un vástago cónico o cilíndrico para la sujeción, o tienen un agujero para ser montadas en un árbol.
Herramientas que usan muelas abrasiva
Las muelas abrasivas son generalmente de forma cilíndrica, de disco o de copa. Las máquinas en las cuales se usan son llamadas rectificadoras todas tienen un husillo, que puede girar a gran velocidad y en el cual se monta la muela abrasiva.
Fuerzas de corte
La fuerza de cizallamiento y el ángulo del plano de cizallado están afectados por la fuerza de rozamiento de la viruta contra la cara de la herramienta.
La fuerza de rozamiento depende de un número de factores que incluyen la lisura y afilado de la herramienta, ya sea que se use o no un refrigerante, los materiales de la herramienta y de la pieza de trabajo, la velocidad de corte y la forma de la herramienta. Las fuerzas que están actuando sobre la herramienta se miden por las reacciones lejos de la punta de corte por medio de dinamómetros y transductores.
Las fuerzas que actúan en una herramienta son fuerza longitudinal, tangencial y radial. En la mayoría de operaciones de maquinado la fuerza tangencial es la más significativa. Las fuerzas sobre una herramienta cortante para un material dado dependen de un número de consideraciones.
- Las fuerzas en las herramientas no cambian significativamente con un cambio en la velocidad de corte
- A mayor avance de la herramienta, mayores fuerzas
- A mayor profundidad de corte, mayores fuerzas
- La fuerza tangencial aumenta con el tamaño de la viruta
- La fuerza longitudinal disminuye si el radio de la punta se hace más grande o si el ángulo del filo lateral cortante aumenta
- En cerca de 1% de cada grado, se reduce la fuerza tangencial, en tanto el ángulo de inclinación posterior aumenta
- El uso de un refrigerante reduce ligeramente las fuerzas en una herramienta, pero aumenta considerablemente su duración
Ángulos y formas de la herramienta
La herramienta se ha afilado en forma de cuña, llamándosele el ángulo comprendido, ángulo de filo o de corte. El ángulo de alivio lateral, entre el costado de la herramienta y la pieza es para evitar frotamiento e la herramienta, es pequeño, de entre 6 a 8 grados. El ángulo de inclinación lateral varía con el ángulo del filo, el cual, depende del tipo de material maquinado. El ángulo de inclinación posterior se obtiene por afilado, si la herramienta cortante se sujeta en una posición horizontal. Para evitar una acción de frotamiento en el flanco de la herramienta es necesaria una salida del extremo.
Los ángulos efectivos se pueden cambiar por ajuste del portaherramienta sin cambiar los ángulos afilados en la herramienta. En las herramientas afiladas el filo o ángulo de corte varía con la clase de material que se corta. El ángulo de corte debe ser suficientemente agudo para cortar bien con un mínimo consumo de potencia y el filo debe ser lo suficientemente resistente para soportar las fuerzas involucradas y para disipar el calor generado.
Materiales para herramientas de corte
Una herramienta de corte debería tener determinadas características a fin de producir piezas mecanizadas con excelente calidad y económicamente.
Características de los materiales para herramientas de corte
- Dureza. La dureza y la resistencia de la herramienta de corte deberían ser mantenidas a elevada temperatura (dureza en caliente).
- Tenacidad. La tenacidad de la herramienta de corte es necesaria tanto así que las herramientas no deberían sufrir falla por fatiga ni fracturarse, especialmente durante operaciones de corte con muchas interrupciones.
- Resistencia al desgaste. La resistencia al desgaste significa que la herramienta tiene una aceptable vida antes de necesitar ser reemplazada. Los materiales de los cuales son hechas las herramientas de corte todas tienen las características de ser duras y resistentes.
Principales materiales empleados en las herramientas de corte
Aceros de alto contenido carbono. Limitan el contenido de carbón de .8 a 1.2%, estos aceros tienen una buena templabilidad y con un tratamiento térmico apropiado, alcanzan una dureza tan grande como cualquiera de las aleaciones de alta velocidad. A máxima dureza, el acero es muy quebradizo, si se desea algo de tenacidad se debe obtener a costa de la dureza.
La capacidad de penetración del temple (templabilidad) es baja, limitándose el uso de este acero a herramientas pequeñas. Debido a que estas herramientas pierden dureza alrededor de los 300° C, no son convenientes para latas velocidades y trabajo pesado, restringiéndose su utilidad al trabajo en materiales blandos como la madera.
Aceros de alta velocidad. Son de alto contenido de aleación, tienen una excelente templabilidad y mantendrán un buen filo cortante a temperaturas de cerca de 650° C. La capacidad de una herramienta para resistir al ablandamiento en altas temperaturas es la dureza al rojo. Estos aceros se crean añadiendo al acero, 18% de tungsteno y 5.5% de cromo. Otros elementos de aleación comunes son el vanadio, molibdeno y cobalto. Aunque hay numerosas composiciones de acero de alta velocidad, todas ellas se pueden agrupar en tres clases:
- Acero de alta velocidad 18-4-1. Contiene 18% de tungsteno, 4% de cromo y 1% de vanadio, se le considera uno de los mejores aceros para herramientas de propósitos múltiples.
- Acero de alta velocidad al molibdeno: Muchos aceros de lata velocidad usan molibdeno como elemento principal de aleación, ya que una parte substituirá a dos partes de tungsteno. Los aceros al molibdeno tales como el 6-6-4-2 que contienen 6% de tungsteno, 6% de molibdeno, 4% de cromo y 2% de vanadio, tienen una tenacidad y capacidad cortante excelentes.
- Aceros rápidos superiores: Contienen cobalto añadido en cantidades comprendidas entre 2 y 15%, puesto que este elemento aumenta la eficiencia de corte, especialmente a altas temperaturas. Un análisis de este acero contiene 20% de tungsteno, 4% de cromo, 2% de vanadio y 12% de cobalto. Debido al mayor costo se usa principalmente para operaciones de corte pesadas que imponen presiones y temperaturas elevadas para la herramienta.
Aleaciones fundidas no ferrosas. Contienen principalmente cromo, cobalto y tungsteno, con porcentajes menores de uno o más elementos formadores de carburo como el tantalio, molibdeno o boro, son materiales excelentes para herramientas de corte. Tienen una alta dureza al rojo y son capaces de mantener buenos filos cortantes en las herramientas, a temperaturas por encima de los 925° C.
Se pueden usar al doble de la velocidad de corte y aun mantener el mismo avance. Sin embargo, son mas quebradizas, no responden al tratamiento térmico y se pueden maquinar solamente por esmerilado. Se pueden formar herramientas intrincadas por medio de vaciado en moldes de cerámica o de metal y terminando su forma por esmerilado.
Sus propiedades se determinan por el grado de acerado que se da al material al vaciarse. El rango de elementos en estas aleaciones de 12 a un 25% de tungsteno, de 40 a 50% de cobalto y 15 a 35 de cromo. Se añade carbón en cantidades de 1 a 4%. Estas aleaciones tienen una buena resistencia a la craterización y pueden resistir mucho mejor que los carburos a las cargas de choque. Para la eficiencia de corte, están en un rango medio entre los aceros de alta velocidad y los carburos.
Carburos. Se hace solo por la técnica de metalurgia de polvos; los polvos de metales de carburo de tungsteno y el cobalto se forman por compresión, se presintetizan para facilitar su manejo y acabado de su forma final, se sinterizan en un horno con atmósfera de hidrógeno a 1550° C y se terminan con una operación de esmerilado. Las herramientas de carburo que contienen solo carburo de tungsteno y cobalto (aproximadamente 94% de carburo de tungsteno y 6% de cobalto), son adecuadas para el maquinado de hierro fundido y la mayoría de los materiales excepto el acero.
El acero no se puede maquinar debido a que las virutas se pegan o se sueldan a la superficie del carburo y destruyen pronto la herramienta. Para eliminar esta dificultad, se añade titanio y carburo de tantalio en adición al incremento de porcentaje de cobalto (82% de carburo de tungsteno, 10% de carburo de titanio y 8% de cobalto). Esta composición tiene un bajo coeficiente de fricción y poca tendencia al desgaste o craterización.
Diamantes. Los diamantes usados como herramientas de una sola punta para cortes ligeros y altas velocidades deben de estar rígidamente soportados debido a su alta dureza y fragilidad. Se emplean ya sea para materiales difíciles de cortar con otros materiales para herramientas, o para cortes ligeros de alta velocidad en materiales blandos, en los que la precisión y el acabado superficial son importantes.
Se usan comúnmente en el maquinado de plásticos, hule duro, cartón comprimido y aluminio con velocidades de corte de 300 a 1500 m/min. Se usan también para el rectificado de muelas abrasivas, para pequeños dados de estirado de alambre y en ciertas operaciones de rectificado y asentado. El diamante policristalino sinterizado y los diamantes compactos ensamblados en carburo de tungsteno están encontrando uso en las operaciones de desgaste elevado y maquinado de alta velocidad. Estas herramientas se usas en tanto para el maquinado de materiales no ferrosos con alto contenido de silicio como para fibra de vidrio que es muy abrasiva.
Forma de la viruta y su formación
Se han clasificado en tres tipos.
- La viruta discontinua o fragmentada, representa una condición en la que el metal se fractura en partes considerablemente pequeñas, delante de la herramienta cortante.
Este tipo de virutas se obtiene por maquinado de la mayoría de metales frágiles, tales como el hierro fundido y el bronce. En tanto se producen estas virutas, el filo cortante corrige las irregularidades y se obtiene un acabado bastante bueno. La duración de la herramienta es considerablemente alta y la falla ocurre usualmente por desgaste de la superficie de contacto de la herramienta. También se pueden formar virutas discontinuas en algunos materiales dúctiles si el coeficiente de fricción es alto. Tales virutas son una indicación de malas condiciones de corte.
- La viruta continua simple, que se obtiene en corte de todos los materiales dúctiles que tienen un bajo coeficiente de fricción; el metal se deforma continuamente y se desliza sobre la cara de la herramienta sin fracturarse.
Se obtienen a altas velocidades de corte y son muy comunes cuando el corte se hace con herramientas de carburo.
- La viruta de materiales dúctiles que tienen un coeficiente de fricción considerablemente alto. En cuanto la herramienta inicia el corte, se aglutina algo de material por delante del filo cortante a causa del alto coeficiente de fricción.
En tanto el corte prosigue, las virutas fluyen sobre este filo y hacia arriba a lo largo de la cara de la herramienta. Periódicamente una pequeña cantidad de este filo recrecido se separa y sale con la viruta y se incrusta en la superficie torneada. Debido a esta acción el acabado de la superficie no es tan bueno como con el de viruta 2. El filo recrecido permanece considerablemente constante durante el corte y tiene el efecto de alterar ligeramente el ángulo de inclinación. En tanto aumenta la velocidad de corte, el tamaño del filo recrecido disminuye y el acabado de la superficie mejora. Este fenómeno también disminuye, ya sea reduciendo el espesor de la viruta o aumentando el ángulo de inclinación.
Fuentes
- Artículo: Corte de metales. Disponible en: "www.toolingu.com". Consultado: 10 de marzo de 2012.
- Documento: El corte de los metales. Disponible en: "catarina.udlap.mx". Consultado: 10 de marzo de 2012.
