PROCESOS DE MANUFACTURA
VIRUTAS METALICAS
La viruta es un fragmento de material residual con forma de lámina curvada o espiral que se extrae mediante un cepillo un cepillo u otras herramientas, herramientas, tales tales como brocas, como brocas, al al realizar trabajos de cepillado, desbastado o perforación, sobre madera sobre madera o metales. Se metales. Se suele considerar un residuo de las industrias madereras o del metal; no obstante tiene variadas aplicaciones. La forma de la mayoría de las operaciones de maquinado práctico son algo complejas. Se dispone de un modelo simplificado del maquinado que desprecia muchas de las complejidades geométricas y describe la mecánica de los procesos con buena precisión; se llama modelo de corte ortogonal . Aun cuando un proceso real de maquinado es tridimensional, el modelo ortogonal tiene solamente dos dimensiones que juegan un papel activo en el análisis.
Modelo de corte ortogonal El corte ortogonal usa por definición una herramienta en forma de cuña, en la cual el borde cortante es perpendicular a la dirección de la velocidad de corte. Al presionar la herramienta contra el material se forma una viruta por deformación cortante a lo largo de un plano llamado plano de corte; éste forma un
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ángulo a con la superficie de trabajo. Solamente el borde afilado de corte de la herramienta hace que ocurra la falla del material; como resultado, la viruta se separa del material original. El material se deforma plásticamente a lo largo del plano de corte, donde el grueso de la energía mecánica se con sume en el maquinado. La herramienta para corte ortogonal tiene solamente dos elementos geométricos:
el ángulo de inclinación el ángulo del claro o de incidencia.
El ángulo de inclinación a determina la dirección en la que fluye la viruta formada en la pieza de trabajo, y el ángulo del claro provee un claro pequeño entre el flanco de la herramienta y la superficie de trabajo recién generada. Durante el corte, el borde cortante de la herramienta se coloca a cierta distancia por debajo de la superficie original del trabajo. Ésta corresponde al espesor de la viruta antes de su formación to. Al formarse la viruta a lo largo del plano de corte, incrementa su espesor. La relación de to a tc se llama relación del grueso de la viruta (o simplemente relación de viruta) r. PROCESO DE FORMACION DE VIRUTAS Mecanismos de formación de viruta.
El proceso de formación de viruta es básicamente un proceso de deformación plástica. Las fases en que se realiza son:
Recalcado: el material es desplazado por la herramienta, deformándose plásticamente. Cizallado o corte del material: el esfuerzo cortante supera la resistencia del material en un plano, llamado plano de corte, por lo que resulta cortada una parte de viruta. Deslizamiento o salida de la viruta: la viruta se desliza sobre la cara de desprendimiento de la herramienta, y en función del material y las condiciones de corte, se trocea en pequeñas porciones o se mantiene unida formando una viruta continua.
Durante el proceso de formación de viruta existen una serie de zonas bien diferenciadas que se muestran en la siguiente figura y se detallan a continuación:
Zona de cizalladura primaria, situada delante del f ilo y con una orientación de φ grados sobre la superficie mecanizada. En esta zona se produce un cizallamiento severo del material, que sale en forma de viruta deslizándose a lo largo de la cara de desprendimiento. Puede aproximarse a un plano aunque es todo un volumen. La deformación del material en esta zona se traduce en una gran cantidad de energía de deformación que se convierte en calor. Zona de cizalladura secundaria, situada en la zona de la viruta sobre la cara de desprendimiento de la herramienta. En esta zona se produce un gran rozamiento entre viruta y herramienta debido a la presión y temperaturas alcanzadas, que llegan incluso en algunos casos a 1200 ºC. Por este motivo el material se deforma en planos paralelos a la dirección de salida de la viruta. Zona de cizalladura terciaria, en esta región de dimensiones reducidas se produce una deformación de la superficie de la pieza similar a una laminación. El aplastamiento 2
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generalmente provoca que la rugosidad superficial disminuya respecto a la teórica, y puede inducir a tensiones residuales en la superficie mecanizada. Se debe observar que hay diferencias entre el modelo ortogonal y el proceso de maquinado real. En primer lugar, el proceso de deformación cortante no ocurre a lo largo de un plano, sino dentro de una zona. Si el corte tuviera lugar a través de un plano de espesor cero, ello implicaría que la acción de corte debería ocurrir instantáneamente al pasar a través de un plano, en lugar de hacerlo en un periodo de tiempo finito (aunque breve). Para el material que se comporta en forma real, la deformación cortante debe ocurrir dentro de una zona delgada de corte. Éste es el modelo más realista del proceso de deformación al corte en maquinado. Los experimentos de corte de metal han demostrado que el espesor de la zona de corte es solamente de pocas milésimas de pulgada. Como la zona de corte es tan delgada, en la mayoría de los casos no hay mucha pérdida de precisión si se supone como un plano. En segundo lugar, además de la deformación al corte que ocurre en la zona de corte, se presenta otra acción de corte en la viruta después de haber sido formada. Este corte adicional se conoce como corte secundario, para distinguirlo del corte primario. El corte secundario resulta de la fricción entre la viruta y la herramienta al deslizarse a lo largo de la cara inclinada de la herramienta. Su defecto aumenta con el incremento de la fricción entre la herramienta y la viruta. Las zonas de corte primario En tercer lugar, la formación de la viruta depende del tipo de material que se maquina y de las condiciones de corte de la operación.
TIPOS DE VIRUTA
Según las condiciones del maquinado y del material a trabajar resulta la viruta de varias formas
.
Viruta discontinua Cuando se maquinan materiales relativamente frágiles (por ejemplo, hierro
fundido) a bajas velocidades de corte, la viruta se forma frecuentemente en segmentos separados (a veces los segmentos están unidos sin cohesión). Esto tiende a impartir una textura irregular a la superficie maquinada. Una alta fricción herramienta viruta y los avances y profundidades grandes de corte promueven la formación de este tipo de viruta. También la viruta que se fragmenta en pequeñas porciones y se da en materiales frágiles, a bajas velocidades de corte y grandes avances y profundidades. Debido a la naturaleza discontinua de estas virutas, las fuerzas varían durante el corte y esto puede dar lugar a vibraciones, perjudicando el 3
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acabado superficial y las dimensiones finales de la pieza mecanizada, además de contribuir a un desgaste excesivo de la herramienta.
Cuando se cortan materiales de trabajo dúctiles a velocidades altas con avances y profundidades pequeños, se forman virutas largas y continuas. Cuando se forma este tipo de viruta se obtiene un buen acabado de la superficie. Un borde cortante bien afilado en la herramienta y una baja fricción herramienta-viruta propician la formación de virutas continuas. Virutas continuas y largas (como en el torneado) pueden generar problemas respecto al desecho de viruta o enredarse alrededor de la herramienta. Para solucionar estos problemas, las herramientas de torneado a menudo están equipadas con separadores de viruta. Viruta continua
Se trata de una viruta larga y continua y se da en materiales dúctiles a altas velocidades de corte y pequeños avances y profundidades. Aunque generan buen acabado superficial, este tipo de viruta no siempre es deseable debido a que forma espirales que se enredan en los componentes de la máquina, molestando así en el proceso de mecanizado. Además, su continuidad entorpece su evacuación, transporte y almacenamiento. Para solucionar estos problemas se recurre a la incorporación de romper virutas a la geometría del filo de la herramienta. Vi ruta continúa con acumulaci ón en el borde. Cuando
se maquinan materiales dúctiles a velocidades bajas o medias de corte, la fricción entre la herramienta y la viruta tiende a causar la adhesión de porciones de material de trabajo en la cara inclinada de la herramienta cerca del filo cortante. Esta formación se llama acumulación en el borde (BUE). La formación de BUE es de naturaleza cíclica; se forma y crece, luego se vuelve inestable y se rompe. Gran parte de la acumulación de BUE se la lleva la viruta, a veces llevándose porciones de la cara inclinada de la herramienta con ella, lo cual reduce el tiempo de vida útil de la herramienta de corte. Sin embargo, algunas porciones del BUE pueden incorporarse a la superficie de trabajo recién formada, ocasionando que la superficie se vuelva rugosa. Los tipos de viruta anteriormente mencionados originalmente los clasificó. Desde entonces, los metales disponibles utilizados en maquinado, herramientas de corte y velocidades de corte han aumentado y se puede identificar un cuarto tipo:
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Vir uta dentada (el
término corte localizado se utiliza también para este cuarto tipo de viruta). Estas virutas son semicontinuas en el sentido de que poseen una apariencia de diente de sierra que se produce por una formación cíclica de viruta de alta resistencia alternativa al corte seguida de una baja resistencia al corte. Este cuarto tipo de viruta está asociado más cercanamente con ciertos metales difíciles de maquinar, tales como las aleaciones de titanio, súper aleaciones a base de níquel y aceros inoxidables cuando se maquinan a velocidad de corte elevadas. Sin embargo, dicho fenómeno también sucede en metales de trabajo comunes (por ejemplo, aceros) cuando éstos se cortan a altas velocidades. Viruta segmentada
Son virutas semicontinuas, con aspecto de viruta serrada., con zonas de baja y alta deformación por cortante. Se da en metales con baja conductividad térmica y con un una resistencia que disminuye rápidamente con la temperatura. Además de estos diferentes tipos de viruta hay que tener en cuenta el fenómeno denominado filo recrecido. Se trata de un fenómeno que aparece generalmente con materiales dúctiles y a bajas velocidades. En estas condiciones se generan altas presiones en la zona de contacto entre la viruta y la herramienta que producen una soldadura de partículas entre viruta y cuchilla. De esta manera el material se va depositando de manera gradual sobre la herramienta, hasta que al agrandarse, esta viruta se vuelve inestable y rompe, pudiendo provocar rotura o un desgaste pronunciado en la herramienta.. Parte de este material es arrastrado por el lado que ve la herramienta y el resto se deposita al azar sobre la superficie de la pieza. Como consecuencia, este fenómeno es uno de los factores que afecta de manera más adversa al acabado superficial durante el corte. Temperatura.
Los fenómenos que suceden en el proceso de formación de la viruta generan calor, pudiéndose hacer la siguiente aproximación sobre su procedencia:
El 80% es generado en la deformación del material en la zona primaria. El 18% se genera en la deformación de la zona secundaria y por la fricción de la herramienta en esta zona. El 2% se genera por el rozamiento de la punta de corte sobre la superficie de la herramienta.
Como consecuencia se generan elevadas temperaturas en la zona de corte, que afectan al rendimiento de la herramienta y a la calidad de la pieza. Las mayores temperaturas se alcanzan en la superficie de desprendimiento de la herramienta, en zonas cercanas al filo. Parte del calor generado en el mecanizado se disipa a través del ambiente y fluido de corte en el caso de utilizarse. El resto del calor se evacua:
Por la viruta (80%) Por la herramienta (15%) Por la pieza (5%).
Como se puede apreciar, según aumenta la velocidad de corte el porcentaje de calor evacuado por la pieza y herramienta va disminuyendo y en consecuencia aumentando el porcentaje evacuado por la viruta. Esto es deseable ya que tanto la herramienta como la superficie de la pieza se verán menos afectadas por las altas temperaturas. 5
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Es necesario llegar a un punto de equilibrio, porque si bien el reparto de disipación del calor es más favorable con el aumento de la velocidad de corte, mayores velocidades de corte aumentan el calor total generado. Para disminuir la temperatura de la herramienta se pueden tomar dos medidas principalmente, bien aumentar su sección (para facilitar la evacuación del calor) o bien refrigerar adecuadamente. Esto último se consigue mediante los fluidos de corte, que son capaces de alargar la vida de las herramientas, y conseguir un mejor acabado dado que permiten aumentar la velocidad de corte. El agua es el mejor refrigerante, pero no un buen lubricante. Si lo primordial es refrigerar, se usa agua con aceites solubles (emulsiones o taladrinas), y si interesa lubricar, aceites de corte. Además, otras funciones de los fluidos de corte son eliminar las virutas y proteger a la pieza y máquina del óxido. Sin embargo, por razones medioambientales, dado que el fluido de corte es un elemento altamente contaminante, su uso debe ser restringido lo máximo posible. Es uso debe ser restringido lo máximo posible. Es por esto que en la actualidad la tendencia a seguir es el mecanizado en seco. La viruta fluida continúa
Se obtiene al trabajar aceros blandos, cobre, plomo, estaño y algunos materiales plásticos con altas velocidades de corte. La viruta fraccionada
Se forma al cortar materiales poco plásticos (hierro colado, bronce) y consta de trocitos separados Viruta de borde acumulado
Consiste en capas del material de la pieza maquinada, que se depositan en forma gradual sobre la herramienta. Al agrandarse, esta viruta pierde estabilidad y termina por romperse. Parte del material de la viruta es arrastrado por su lado que ve a la herramienta y el resto se deposita al azar sobre la superficie de la pieza. A medida que aumenta la velocidad de corte, disminuye el tamaño del borde acumulado. La tendencia de formación del borde acumulado se reduce disminuyendo la velocidad de corte, aumentando el ángulo de ataque, utilizando una herramienta aguda con un buen fluido de corte. USOS
Las virutas de madera (serrín), se emplean para:
elaboración de tableros de madera aglomerada, embalaje y protección de paquetes, material de aislamiento, compuestos de jardinería. lecho para mascotas o ganado elaboración de "Muñecos para Años Viejos"
Las virutas de metal normalmente se reciclan en nuevo metal
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