Rozamiento y Temperatura en el Mecanizado

Rozamiento

Para cargas bajas o cuando no hay deformación plástica, se considera el rozamiento de Coulomb: el coeficiente es independiente de la carga, el área de contacto y la velocidad. Sin embargo, la fuerza de rozamiento está relacionada con el área de contacto real y con la tensión de cizallamiento (Amonton). El área real puede suponer un 10-50% de la aparente. En los puntos de contacto se produce una microsoldadura. La fuerza necesaria sería F/N = sigma/tau = µ. Para N elevados, Ar se aproxima a Aa, F se mantiene constante y µ decrece.

Los fluidos influyen por efectos de lubricación y modificando las características de la interfase. Su efecto es mayor a bajas velocidades. No son tan eficaces a altas velocidades debido al insuficiente tiempo para alcanzar reacción química, a la dificultad en alcanzar la superficie de desprendimiento y a la temperatura.

Temperatura

Se producen elevadas temperaturas en la región del filo. La temperatura influye en el desgaste de la herramienta, la capacidad de trabajo de la herramienta y en el rozamiento.

El calor se genera en la zona de deslizamiento (gran parte), la zona de desprendimiento y la zona de incidencia, y se transmite por conducción y convección. Se evacúa por la viruta, la herramienta y la pieza, en ese orden de importancia (75% pieza).

Desgaste de la Herramienta

La herramienta durante su trabajo está sometida a acciones mecánicas, térmicas y químicas que la desgastan. Debe estudiarse para determinar la vida de la herramienta y su utilización óptima. El desgaste se produce principalmente en la superficie de incidencia y de desprendimiento.

Mecanismos de Desgaste

Desgaste por Adhesión

Dos superficies metálicas en contacto sometidas a altas cargas producen microsoldaduras o adherencias. Al mover las superficies se producen fracturas y arranques de material. Este tipo de desgaste se da principalmente en la superficie de desprendimiento. Produce cráteres.

La evolución del volumen es lineal con el tiempo. A mayor velocidad, mayor rapidez de aumento de volumen, ya que aumenta la temperatura y las microsoldaduras.

El cráter se forma especialmente en las herramientas de carburo a velocidades altas, por efecto combinado de adhesión y difusión. Aumenta con: dureza del material, metales con tendencia a soldaduras, temperatura, tiempo de contacto y ausencia de fluido de corte.

Desgaste por Abrasión

Se origina al eliminarse las crestas de las superficies al desplazarse éstas. La energía necesaria para este desgaste es inferior al de adhesión, por tanto, se desgasta más volumen. Se produce sobre todo en la superficie de incidencia.

Desgaste por Erosión

Producido por partículas duras suspendidas en fluidos. Es poco significativo.

Desgaste por Acción Química

Debido a reacciones químicas con el material mecanizado o sustancias del entorno.

Hay varios tipos: corrosión intersticial, galvánica, reacción química directa, oxidación y difusión.

La difusión es el más importante. Consiste en la emigración de los átomos del material de la herramienta a la pieza. El tungsteno de las herramientas de carburo pasa a la viruta.

El desgaste por oxidación se produce el extremo de la zona de contacto del filo con la viruta, donde la temperatura es elevada y está en contacto con la atmósfera.

Desgaste por Fatiga

Producido por tensiones alternativas. Cambios de temperatura, dilatación y contracción.

Desgaste por Fractura

Por aplicación de tensiones elevadas en el filo debido a condiciones de corte muy severas. A veces es consecuencia de una fatiga térmica o mecánica previa.

Criterios de Inutilidad

Establece la pérdida de capacidad de corte de la herramienta. La finalidad es establecer condiciones objetivas y cuantitativas de fin de vida. Hay varios tipos:

Tamaño de la Franja de Desgaste

Gran influencia en las dimensiones de la pieza a mecanizar. Depende de los materiales a mecanizar, la geometría de la herramienta y la operación a realizar. Valores típicos en el orden de 1 mm.

Inutilidad por Cráter

La importancia del desgaste por cráter depende de su anchura y profundidad y su posición relativa respecto del filo.

Inutilidad por Fuerzas

Las fuerzas de corte se incrementan con el desgaste. Proporciona un método para la medida indirecta del desgaste.

Inutilidad por Acabado Superficial

El cambio en la geometría de la herramienta y en la respuesta dinámica pueden dar lugar a variaciones de la rugosidad.

Inutilidad por Deterioro de la Herramienta

Grietas en el filo son consecuencia de la fatiga térmica y mecánica y suponen estados previos a la rotura de la herramienta. En este estado influye la geometría de la herramienta, su afilado, el material de la pieza y las condiciones estacionarias del proceso. Puede medirse el volumen de herramienta desgastado, que es una medida de laboratorio.