CAPITULO 7. 7.1 - 7.2 - 7.3

1. CAPITULO 7.7.1 - 7.2 - 7.3 TERMODINAMICA DEL ARRANQUE DE VIRUTA

2. 7.1 Cantidad de calor desarrollada y temperaturas en el corte • El proceso de deformación plástica es de tipo disipativo. • La energía mecánica introducida en el sistema produce un aumento de la temperatura. • El estudio de la cantidad de calor y de las temperaturas de corte es importante por: • El estudio del desgaste de la herramienta requiere un completo conocimiento del campo de temperaturas. • La correlación entre duración de filo y temperaturas de corte. • Indicaciones sobre las características de la superficie mecanizada. • Se han realizado investigaciones tanto por la vía teórica como por la vía experimental.

3. Para el calculo teórico se han sugerido numerosos métodos para establecer la temperatura en varios puntos tanto de viruta como de herramienta. • Se ha impuesto la tendencia en utilizar las LEYES DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA. • El calor se propaga desde la zona de origen hacia el interior de la herramienta por conducción. • Se ha puesto de manifiesto que el trabajo gastado en el arranque es casi entera e instantáneamente transformado en calor.

4. El calor se genera en la zona de deformación plástica primaria a, y en la zona de deformación plástica secundaria b. • La energía térmica generada en a, se transmite parcialmente a la viruta y a la pieza. • La energía térmica generada en b, se transmite parcialmente a la viruta y a la herramienta, y al mismo tiempo, a la herramienta y a la pieza. • El desarrollo de estas cantidades de calor provoca los correspondientes aumentos de temperatura.

5. Distintas personas que realizaron investigación respecto al tema fueron: • Taylor (1907), observo y midió el efecto del calentamiento sobre la duración de la herramienta (aceros rápidos). • H. Shore (USA), K. Gottwein (Alemania), G. Herbert (England) investigaron el problema de la temperatura de corte. • F. Schwerd obtiene indicaciones sobre la distribución de temperatura, midiendo las radiaciones térmicas. • Trigger efectuó medidas en la capa de contacto viruta-herramienta. • G. S. Reichenbach, investigo ubicando termopares en la pieza y registro las temperaturas. • G. Boothroyd, fotografió la viruta, la pieza y la herramienta utilizando una película sensible a los rayos infrarrojos. • Otros.

6. Balance energético y térmico: • Energía disipada por unidad de tiempo en el corte: • Por primer principio de termodinámica: • En términos de potencia especifica de corte , se puede calcular el aumento de temperatura por: • Siendo Ei energía no trasformada en calor.

7. Modelo mas próximo a la realidad: • Teniendo un volumen elemental: • Se asume que durante un tiempo dt entra una cantidad de calor dQ, se tiene: • Siendo λ el coeficiente de conducción térmica. • Considere, ahora, la variación de la temperatura con respecto al tiempo:

8. Al unir las dos ecuaciones, se obtiene como resultado, la ley general de la conducción térmica de Fourier: • Siendo:

9. Estudios de Boothroyd: • Considera el problema de la transmisión de calor en el interior de un material móvil, con respecto a la fuente de calor.

10. Considere un elemento de volumen ABCD, con espesor unitario, en el cual el material fluye en la dirección del eje x • Donde el calor transmitido a través de AB y CD es por conducción y por transporte de material deslizante. • AB: • CD:

11. Donde el calor transmitido a través de BC y AD, es solo por conducción. • BC: • AD: • Por condiciones de régimen térmico estacionario:

12. Dando como resultado: • En donde y es el numero térmico. • El valor del numero térmi- co y el ángulo de corte, influ- yen en la cantidad de calor Transmitida a la pieza.

13. Cambio de temperatura: • Distribución de temperaturas: Acero 40 Mn4 Acero dulce

14. carburo • Distribución de temperaturas: Acero 1016

15. Temperatura en la zona de Deformación Primaria.

16. Temperatura en la zona de Deformación Primaria. • Siendo el calor generado en la zona de deformación primaria, de este una parte se transmite a la pieza; el restante es transmitido a la viruta. El aumento medio de la temperatura del material viene dado por:

17. Recordando que: Weiner sugirió una simplificación despreciando la transmisión de calor en la dirección del movimiento de la viruta Que resuelta, proporciona el valor de en función de

18. La comparación entre esta relación y los datos experimentales da resultados teóricos ligeramente menores.

19. TEMPERATURA EN LA ZONA DE DEFORMACION SECUNDARIA • La mayor temperatura de la viruta se encuentra al final de la zona de deformación secundaria. Principalmente porque en este lugar ya se han presentado todos los fenómenos que generan calor en el proceso de corte • θmax=θ0+θs+θm • DONDE: • θo es la temperatura inicial • θs es el aumento de temperatura del material al pasar por la zona de deformación primaria • θm aumento de la temperatura del material al pasar por la segunda zona de deformación plástica.

20. TEMPERATURA EN LA ZONA DE DEFORMACION SECUNDARIA Rapier desarrollo la hipótesis de que el calor generado por rozamiento entre la herramienta y la viruta es plana y uniforme con lo cual resolvió la ecuación: ****** Y obtuvo: Donde:

21. TEMPERATURA EN LA ZONA DE DEFORMACION SECUNDARIA Material de la pieza NE 9445 Herramienta: metal duro. γ= 4° p=2.5 mm a=0.25 mm/vuelta Efecto de la velocidad de corte en: θ1 es la temperatura en la superficie de contacto viruta herramienta θs es la temperatura en la zona de cizallamiento θa es la temperatura debida la fricción θ1 θs θm

22. TEMPERATURA EN LA ZONA DE DEFORMACION SECUNDARIA Sin embargo la temperatura no se determina por este método a menos que se esté haciendo un estudio teórico. Con lo cual se han desarrollado ecuaciones Empíricas para utilizarlas en aplicaciones reales.

23. TEMPERATURA EN LA ZONA DE DEFORMACION SECUNDARIA Las formulas empíricas reúnen las condiciones de corte para hallar la temperatura, teniendo en cuenta las características del material, los datos del corte (v,h,b) y otros. Para materiales que son mas difíciles de cortar hay mayor generación de calor, es decir que se alcanzan mayores temperaturas para mecanizar materiales de elevada dureza y resistencia. La relación entre el material a cortar y la temperatura se expresa como Cθ, y su valor corresponde ala temperatura que se encuentra la herramienta cuando esta mecanizando el material con una viruta de h=1 mm, b=1 mm y velocidad de corte v=1 m/min. Los valores de Cθ se hallan experimentalmente.

24. Termodinámica del arranque de viruta • La velocidad de corte es la variable que más influencia la temperatura, pero el aumento es proporcionalmente menor a esta velocidad: • La mayor cantidad de calor se va en la viruta. • A mayor temperatura se va una mayor cantidad de calor al cuerpo de la herramienta. Temperatura θ de la herramienta b=2 mm h=2 mm Velocidad de corte

25. Termodinámica del arranque de viruta • El aumento en la temperatura debido al espesor medio de viruta. • No es lineal debido a que la fuerza de corte no crece linealmente con el espesor de la viruta. • Una viruta gruesa toca la herramienta a una distancia mas lejana del filo. Temperatura θ de la herramienta mm Espesor h de la viruta V=50 m/min, b=2 mm

26. Termodinámica del arranque de viruta El aumento en la temperatura debido al ancho de la viruta es el de menor influencia. ancho b de la viruta V=50 m/min, b=2 mm

27. Termodinámica del arranque de viruta • Empíricamente se deduce la siguiente ecuación: • Entre otros factores que afectan la termodinámica del corte sobre la temperatura del filo de la herramienta están: • Geometría de la herramienta: • Orientación del filo principal (x) Kx • Radio de acuerdo Kr • Tamaño del cuerpo Kf • Refrigeración Kh: • Caudal • Calidad