la termodinámica en el corte de los metales mediante el uso de herramientas de cortes

REPUBICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSION PUERTO ORDAZ

ESCUELA: 45 INGENIERIA INSDUSTRIAL

TERMODINAMICA EN LOS CORTES DE LOS METALES

PROFESOR BACHILLER

ALCEDES CADIZ LUIS HERNANDEZ

INDICE

Introducción………………………………………………………………………………1

La termodinámica en el corte de los metales mediante el uso de herramientas de cortes, donde existe desprendimiento de virutas………………………...........2

La termodinámica en el corte de los metales mediante el uso de herramientas de cortes, donde existe desprendimiento de virutas………………………………3

Tipos de virutas……………………………………………………………………..….3-4

Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperaturas presentes………………………………………………………………………….…….5-7

Uso de tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de corte de metales. (Incluir las tablas sus análisis y ejemplos)…………………………...8-13

Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de manufactura…………………………………………………………………………13-16

Conclusión………………………………………………………………………………17

Bibliografía………………………………………………………………………………18

INTRODUCCION

En el siguiente trabajo estudiaremos y tendremos presente todo lo relacionado con el punto a investigar que son virutas, tipos de virutas, sus características como se procesan a medida que se corta dicho metal. Existen muchas herramientas y maquinas que crean virutas de diferentes diámetros y formas a través del corte de los metales. Es importante saber que los factores termodinámicos entran en juego en el desprendimiento de virutas, para que se lleve a cabo el proceso es necesario saber que los factores que entran en juego son temperatura estructura física y química de los materiales.

La termodinámica se encuentra relacionada en la mayor parte que posee el hombre en la actualidad para hacer trabajos especializados en cortes de los metales para tener mayor calidad y rendimiento en el trabajo a realizar existen herramientas que son muy utilizadas en el área industrial como son: tornos, taladros, fresadoras, máquinas de cortes como esmeril, tronzadora horizontal entre otros. Estos equipos hacen desprendimientos de virutas a la hora de ser utilizados, también generan altas temperaturas a la hora del desprendimientos de virutas.

Es importante saber que los equipos de seguridad son de uso obligatorio y proteja la humanidad del trabajador, cada implemento de seguridad es importante. Y existen normativas de seguridad a nivel mundial para prevenir accidentes.

La termodinámica en el corte de los metales mediante el uso de herramientas de cortes, donde existe desprendimiento de virutas

La termodinámica tiene unas series de normativas o leyes que dan cuenta de manera que se comporta la energía. La primera de ellas es el denominado principio de conservación de la energía, principio que establece que la energía no puede ser creada ni destruida sino tan solo transformada en otra forma; de esta manera, el calor no es sino una forma de energía que derivará de otras, como por ejemplo el trabajo.

La termodinámica es una disciplina que se encuadra dentro de la física y que se aboca al estudio de los fenómenos relativos al calor. El interés de la termodinámica se centra especialmente en considerar la manera en que se transforman las distintas formas de energía y la relación existente entre estos procesos y la temperatura.

La segunda ley de la termodinámica

La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley.

Aportes de científicos Enunciado de Kelvin - Planck: Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo.

Enunciado de Clausius: Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura sin la entrada de energía por trabajo.

Tercera ley de la termodinámica Ley Cero de la Termodinámica (de Equilibrio):

"Si dos objetos A y B están por separado en equilibrio térmico con un tercer objeto C, entonces los objetos A y B están en equilibrio térmico entre sí".

Como consecuencia de esta ley se puede afirmar que dos objetos en equilibrio térmico entre sí están a la misma temperatura y que si tienen temperaturas diferentes, no se encuentran en equilibrio térmico entre sí.

La termodinámica en el corte de los metales mediante el uso de herramientas de cortes, donde existe desprendimiento de virutas

El desprendimiento de virutas es un proceso de manufactura donde una herramienta es utilizada en el metal para darte forma y definición de lo que se quiere crear esto es esencial para el desprendimiento de lo no deseado de metal el corte consiste en aplicar deformación de corte para formar o crear virutas y presentar la nueva superficie requerida para su uso.

Tipos de virutas

Virutas continuas: se suele formar con materiales dúctiles a grandes velocidades de corte con grandes ángulos de ataques (entre 10° y 30°). La deformación del material se efectúa a lo largo de una zona de cizallamiento angosta, llamada primera zona de corte.

De forma general, las virutas continuas producen buen acabo superficial (liso). Las virutas continuas no siempre son deseables, en especial en máquinas CNC porque suelen enredarse en los portaherramientas, los soportes y la pieza en fabricación así como en los sistemas de eliminación de viruta, por lo que se debe de parar la operación para apartarlas este problema se puede solventar con los

rompe virutas la cual reduce la viruta y la corta en tramos cortos y reduciendo la velocidad del corte y el avance de los fluidos.

Viruta de borde acumulado

Consiste en capas del material de la pieza maquinada, que se acumulan en forma gradual sobre la herramienta. Esta viruta pierde estabilidad y termina por romperse. El 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. 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.

Viruta escalonada o segmentada

Son virutas semicontinuas, con zonas altas o bajas deformación por cortante. Los metales de baja conductividad térmica y resistencia que disminuye rápidamente con la temperatura, como el titanio, muestran ese comportamiento. Las virutas tienen un aspecto de diente de sierra por la parte superior.

Virutas discontinuas:

Consisten en segmentos que pueden fijarse, firmemente o flojamente entre sí. Se suelen formar bajo las siguientes condiciones:

1) Materiales frágiles en la pieza, porque no tienen la capacidad de absorber las grandes deformaciones cortantes que se presentan en corte.

2) Materiales de la pieza que contienen inclusiones e impurezas duras, o que tienen estructuras como las láminas de grafito en la fundición en gris.

3) Velocidades de corte muy bajas o muy altas.4) Grandes profundidades de corte.5) Ángulos de ataque bajos.6) Falta de un fluido de corte eficaz.7) Baja rigidez de la máquina herramienta.

Por la naturaleza discontinua de la formación de virutas, las fuerzas varían de forma continua durante el corte. En consecuencia, adquieren importancia la rigidez del portaherramientas y de los sujetadores de la pieza, así como de la máquina herramienta, cuando se forman virutas discontinuas.

Viruta en forma de rizos

Se obtiene al trabajar aceros blandos, cobre, plomo, estaño y algunos materiales plásticos con altas velocidades de corte. Todas las virutas desarrollan una curvatura al salir de la superficie de la pieza. Entre los posibles factores que contribuyen al fenómeno están la distribución de esfuerzos en las zonas primaria y secundaria de corte, los efectos térmicos, las características del endurecimiento por trabajo por material de la pieza y la geometría de la cara de ataque de la herramienta de corte.

Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperaturas presentes

CONDICIONES DE CORTE.

En el mecanizado se requiere de un movimiento relativo de la herramienta de corte y la pieza, este se realiza a una velocidad de corte vc, además la herramienta debe moverse a lo largo de la pieza mediante un avance f, y con una profundidad de corte

Al conjunto de vc, f, y d se le denominan condiciones de corte, estos tres parámetros se relacionan directamente con la Velocidad de Remoción de Material MRR= (vc) (f) (d).

Material de la herramienta de corte

Debido a que la herramienta de corte debe someterse a:

• Temperaturas Elevadas.

• Esfuerzos de contacto Elevados.

• Rozamiento de la interfaz herramienta-viruta.

Entonces el material de la herramienta de corte debe poseer las siguientes características:

• Dureza en Caliente.

• Tenacidad y Resistencia al Impacto.

• Resistencia al Desgaste.

• Estabilidad Química y Neutralidad.

Dureza en Caliente: Para que conserve la dureza, resistencia y resistencia al desgaste de la HC a las temperaturas de operación del mecanizado.

Tenacidad y Resistencia al Impacto: Para que las fuerzas de impacto sobre la HC en las operaciones normales, vibraciones o traqueteo no astillen o fracturen la HC.

Resistencia al Desgaste: Para obtener una vida útil aceptable de la HC antes de reemplazarla.

Estabilidad Química y Neutralidad: Para evitar cualquier reacción adversa, adhesión y difusión en la HC que pudiera acelerar el desgaste de la HC.

Clasificación de las Herramientas de Corte.

1. Aceros al carbono.

2. Aceros de Alta Velocidad.

3. Aleaciones de Cobalto Fundido.

4. Carburos.

5. Herramientas Recubiertas.

6. Cerámicas con Base Alúmina.

7. Nitruro de Boro Cúbico.

8. Cerámicas con Base de Nitruro de Silicio.

9. Diamante.

10. Materiales Reforzados con Traquitas y Nanomateriales.

Aceros al carbono: Son los más antiguos para herramientas de corte (1880), no tienen dureza en caliente, ni la resistencia al desgaste a altas velocidades, su uso se limita a baja velocidad de corte.

Aceros de Alta Velocidad: Tiene mayor aleación de todos los aceros para HC, se pueden endurecer a diferentes profundidades, poseen buena resistencia al desgaste, limitado por su baja resistencia en caliente.

Aleaciones de Cobalto Fundido: Tienen la siguiente composición: 38-53% Co, 30-33% Cr, 10- 25% W, (54-64 HRC). Buena resistencia al desgaste y a altas temperaturas, sensibles a las fuerzas de impacto. (Estelitas, pequeñas placas fundidas).

Carburos: Aleaciones en forma de pequeñas placas obtenidas por sinterizado, tienen la tenacidad y resistencia al impacto y limitaciones respecto a la resistencia y dureza en caliente. Carburo de Tungsteno, Titanio e Insertos. Se clasifican P, M, y K ISO (Organización Internacional para la Estandarización) y la ANSI (Instituto Nacional Americano de Estandarización) desde los Grados C1 a C8.

Herramientas Recubiertas: Estas tienen propiedades únicas: Menor Fricción; Mayor adhesión; Mayor Resistencia al Desgaste y al Agrietamiento; Actúan como una barrera para la Difusión; Mayor Dureza en Caliente y Resistencia al Impacto. Vida útil 10 veces mayor, soportan altas velocidades de corte disminuyendo el tiempo, entre 40-80 % ahorro grandes compañías.

Recubrimientos: Nitruro de Titanio; Carburo de Titanio; Cerámicos; Fases Múltiples; Diamantes e Implante de Iones.

Cerámicas con Base Alúmina: [Al2 O3+TiC+ZrO2 (Sinterizado)]. Alta resistencia a la abrasión y alta dureza en caliente. Mínima adherencia (filo recrecido). Permite altas Velocidades en corte Ininterrumpido. Existe insertos con base de alúmina.

Cermets. Material cerámico en una matriz metálica, materiales cerámicos o prensados en caliente (carbóxidos) [70% Al2O3 30% TiC y otros tienen Molibdeno, Carburo de Niobio y Carburo de

Nitruro de Boro Cúbico: Se produce uniendo una capa de policristalino (0,5-1.0 mm) aun sustrato de carburo mediante un sinterizado de alta presión y temperatura (el carburo: resistencia al impacto y el cBN: elevada resistencia al desgaste y al filo de corte)

Cerámicas con Base de Nitruro de Silicio: Consisten en Nitruro de Silicio con Oxido de Itrio, Carburo de Titanio. Tienen Tenacidad, dureza en Caliente, Buena Resistencia al impacto Térmico, por ejemplo Sialon (Si+Al+O+N). Por su afinidad química con el hierro alta Temperaturas. No adecuado

Diamante: Consiste en cristales sintéticos muy pequeños fundidos a alta presión y temperatura (0,5-1mm) aglutinado en un sustrato de carburo, es frágil, usado a cualquier velocidad, el desgate puede ocurrir por micro astillado

Materiales Reforzados con Triquitas y Nanomateriales: Para mejorar el desempeño y la resistencia al desgaste de la HC, en particular cuando se mecanizan nuevos materiales o compósitos.

Uso de tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de corte de metales. (Incluir las tablas sus análisis y ejemplos)

Propiedades físicas y químicas del aluminio

ALUMINIO (AL)

Propiedades químicas

Cuando entra en contacto con el oxígeno, el aluminio forma una capa de óxido que se conoce como óxido de aluminio. Esta capa lo ayuda a protegerlo de la corrosión. El aluminio en polvo se prende fuego con facilidad si se lo expone a una llama. También reacciona tanto con los ácidos como con los álcalis.

Propiedades físicas

El aluminio tiene un color blanco plateado. Se derrite a los 1.220,576 Fahrenheit (660,32 Celcius) y hierve a los 4.472,33 (2.466,85 Celcius). El aluminio tiene un peso atómico de 26,98154 y un radio atómico de 143,1 pm. Es uno de los metales más dúctiles y maleables. No es magnético.

RUBIDIO (Rb)


Elemento químico de símbolo Rb, número atómico 37 y peso atómico 85.47. El rubidio es un metal alcalino, reactivo, ligero y de bajo punto de fusión.


El rubidio es un metal alcalino blando, de color plateado blanco brillante que empaña rápidamente al aire, muy reactivo es el segundo elemento alcalino más electropositivo y puede encontrarse líquido a temperatura ambiente

CESIO (Cs)


El cesio es el elemento químico con número atómico 55 y peso atómico de 132,905 uma. Su símbolo es Cs, y es el más pesado de los metales alcalinos en el grupo IA de la tabla periódica, a excepción del francio (hasta febrero de 2007); es un miembro radiactivo de la familia de los metales alcalinos.


El cesio es un metal blando, ligero y de bajo punto de fusión. Es el más reactivo y menos electronegativo de todos los elementos. El cesio reacciona en forma vigorosa con oxígeno para formar una mezcla de óxidos. En aire húmedo, el calor de oxidación puede ser suficiente para fundir y prender el metal.

FRANCIO (Fr)


El francio es un metal alcalino cuyas propiedades químicas son semejantes a las del cesio. Puesto que es un elemento muy pesado con un solo electrón de valencia, posee el mayor peso equivalente de todos los elementos químicos. El francio tiene la más baja electronegatividad de todos los elementos conocidos, con un valor de 0,7 en la escala de Pauling.


El francio, antiguamente conocido como eka-cesio y actinio K,1 es un elemento químico cuyo símbolo es Fr y su número atómico es 87. Su electronegatividad es la más baja conocida y es el segundo elemento menos abundante en la naturaleza.

BERILIO (Br)


Es un elemento químico de símbolo Be y número atómico 4, metal raro, es uno de los metales estructurales más ligeros, su densidad es cerca de la tercera parte de la del aluminio.


Es un elemento alcalinotérreo bivalente, tóxico, de color gris, duro, ligero y quebradizo. Se emplea principalmente como endurecedor en aleaciones, especialmente de cobre.

MAGNESIO (Mg)


Elemento químico de símbolo Mg y número atómico 12. Su masa atómica es de 24,305 u. El magnesio es químicamente muy activo, desplaza al hidrógeno del agua en ebullición y un gran número de metales se puede preparar por reducción térmica de sus sales y óxidos con magnesio.


Es el séptimo elemento en abundancia constituyendo del orden del 2% de la corteza terrestre y el tercero más abundante disuelto en el agua de mar.

CALCIO (Ca)


El calcio tiene seis isótopos estables y varios radioactivos. Metal maleable y dúctil, amarillea rápidamente con el contacto con el aire. Tiene un punto de fusión de 839°C, un punto de ebullición de 1484°C y una densidad de 1,54 gramos por centímetro cubico; su masa atómica es 40,08g.


Símbolo Ca, es un elemento metálico, reactivo y blanco plateado. Pertenece al grupo IIA y es uno de los metales alcalinoterreos; n° atómico: 20; electronegatividad: 1; masa atómica: 40,08 g/mol; densidad: 1,55g/ml;

ESTRONCIO (Sr)


Elemento químico, símbolo Sr, de número atómico 38 y peso atómico 87.62. El estroncio es el menos abundante de los metales alcalinotérreos. La corteza de la Tierra contiene el 0.042% de estroncio, y este elemento es tan abundante como el cloro y el azufre.


El estroncio es un metal blando de color plateado brillante, algo maleable, que rápidamente se oxida en presencia de aire adquiriendo un tono amarillento por la formación de óxido, por lo que debe conservarse sumergido en parafina. Debido a su elevada reactividad el metal se encuentra en la naturaleza combinado con otros elementos formando compuestos.

BARIO (Ba)


Reacciona con el cobre y se oxida rápidamente en agua. El elemento es tan reactivo que no existe en estado libre en la naturaleza, aunque también se presenta en forma de férricos o azufres no solubles en agua.


Punto de Ebullición: 1869,85 °C Punto de Fusión: 726,85 °C Densidad: 3,5 g/ml Color: plateado. Olor: inodoro. Aspecto: sólido, frágil y blando. Cualquier sal de bario, expuesta al fuego del mechero de Bunsen (el más adecuado para este experimento)

RADIO (Ra)


Configuración electrónica 1s1 radio atómico 0,25 radio iónico (Å) 2,08 (-1) Radio covalente (Å) 0,37 Energía de ionización (kJ/mol) 1315 Electronegatividad 2,1 Afinidad electrónica (kJ/mol) 73


Densidad (g/cm3): 0,00008988 (0 ºC) Color Incoloro Punto de fusión (ºC): -259 Punto de ebullición (ºC): -253 Volumen atómico (cm3/mol): 14,24

PLATA (Ag)


La plata pura es un metal moderadamente suave (2.5-3 en la escala de dureza de Mohs), de color blanco, un poco más duro que el oro. Cuando se pule adquiere un lustre brillante y refleja el 95% de la luz que incide sobre ella. Su densidad es 10.5 veces la del agua.


El estado de la plata en su forma natural es sólido. La plata es un elemento químico de aspecto plateado y pertenece al grupo de los metales de transición. El número atómico de la plata es 47. El símbolo químico de la plata es Ag. El punto de fusión de la plata es de 1234,93 grados Kelvin o de 961,78 grados Celsius o grados centígrados.

URANIO (U)


Elemento químico de símbolo U, número atómico 92 y peso atómico 238.03. El punto de fusión es 1132ºC (2070ºF), y el punto de ebullición, 3818ºC (6904ºF). El uranio es uno de los actínidos. El uranio es una mezcla de tres isótopos: 234U,235U y238U.


A causa de la gran importancia del isótopo fisionable 235U, se han ideado métodos industriales un tanto complejos para su separación de la mezcla de isótopos naturales.

ORO (AU)


Clase: elemento nativo subclase: metal Presenta solución sólida frecuente con plata. También se pueden encontrar trazas de hierro, bismuto, cobre, plomo, estaño, zinc y los metales del grupo del platino. Cuando el porcentaje de plata es superior a 20%, se denomina Electrum.


Color: Amarillo propio, depende de su pureza, hácese mas palido al aumentar el porcentaje de plata Raya: Amarilla brillante Brillo: Metálico Dureza: 2,5 Densidad: 19,3 g/cm3Óptica: Opaco Fractura: Irregular Otras distintivas: Ductilidad, maleabilidad, es sectil, conductividad eléctrica

COBRE (Cu)


En la mayoría de sus compuestos el cobre presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación

+1. Expuesto al aire, el color rojo salmón inicial se torna rojo violeta por la formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la formación de óxido cúprico (CuO).


Es un metal de transición, cuya densidad o peso específico es de 8920 kg/m3 Tiene un punto de fusión de 1083ºC (1356 aprox. K). El peso atómico del cobre es de 63,54. Es de color rojizo. Buen conductor del calor. Después de la plata es el de mayor conductividad eléctrica. Material abundante en la Naturaleza.

HIERRO (Fe)


Es un metal activo. Se combina con los halógenos, azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza al hidrógeno de la mayoría de los ácidos diluidos. Arde en el oxígeno para formar óxido ferrosoférrico, Fe3 O4. Expuesto al aire húmedo, se corroe lentamente, formando un óxido férrico hidratado de color marrón rojizo y textura porosa, usualmente conocido como orín


El hierro puro es un metal gris plateado, buen conductor de la electricidad, blando, dúctil y maleable a temperatura ordinaria, que se vuelve plástico por encima de los 790ºC. El hierro se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil de magnetizar en caliente y sobre los 790ºC la propiedad magnética desaparece.

Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de manufactura.

La seguridad industrial es importante en todos los campos laborales ya que fue creada para la prevención y resguardo de protección para el trabajador y los sitios donde se labora . Los trabajadores están expuesto a todo tipo de riesgos a la hora de hacer o ejecutar algún trabajo por eso la seguridad industrial es sumamente importante para todo tipo de trabajo.

La seguridad industrial se ha actualizado y mejorado con el tiempo ya que se ha dedicado al área de trabajo y el resguardo del trabajador en el área de trabajo se puede conseguir muchos avisos de seguridad tales como:

La seguridad industrial ha diseñado muchos equipos de protección personal como los (EPP) están compuestos por: botas, guantes, lentes de seguridad, protectores auditivos, mascarillas, cascos, trajes especiales, trajes térmicos, chaquetas,

La seguridad es muy importante cuando hay trabajos de desprendimiento de virutas ya que es peligroso para los trabajadores ya que la viruta puede ocasionar lesiones graves y muy contundentes exististe muchos tipos de maquinarias que hacen desprendimientos de virutas las cuales se muestran en la imagen

Unas de las herramientas más utiliza es el torno ya que es una herramienta de precisión con la que hacen trabajo con una calidad y medidas exactas para tener precisión al realizar trabajos.

CONCLUSION

Gracias a la investigación del trabajo podemos conocer de donde provienen los tipos de virutas, las herramientas necesarias para realizar trabajos de especiales como as son el torno, taladros, fresadoras, y herramientas de corte como esmeril y tronzadoras. Es de gran importancia saber todo lo referente a este tipo de herramientas y cómo utilizarlas en el campo ya que con ellas se hace las eficaz y de mayor calidad los trabajos de alto nivel de exactitud.

También se pudo saber el valor la da termodinámica de los materiales en los cortes de los metales ya que es importante en el campo de la ingeniería y las industrias ya que sabes los valores de temperaturas y presiones necesarias para cada corte de los metales dependiendo de sus propiedades físicas y químicas de cada uno de ellos.

Es necesario saber que los implementos de seguridad son de gran importancia en el área de trabajo ya que nos protege de muchos objetos o maquinarias que ocasionan riesgos de lección de gran impacto o bajo impacto. En necesario saber las reglas de seguridad en cada sitio de trabajo ya que son de carácter obligatorio cumplir con dichas reglas para el bienestar del trabajador en el sitio de trabajo.

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/viruta

http://www.geocities.ws/irn_siro/tareas/102.htlm

http://es.wikipedia.org/wiki/herramientas_de_corte#tipos_de_herramientas

http://www.aprendizaje.com.mx/curso/proceso2/temario2_III.html

Lawrence E. Doyle “materiales y proceso de manufacturas para ingenieros” tercera edición (México 1998)

la termodinámica en el corte de los metales mediante el uso de herramientas de cortes

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