Vida de la herramienta: significado, medida y expectativa
Después de leer este artículo, aprenderá acerca de: 1. Significado de la vida útil de la herramienta 2. Métodos para medir la vida útil de la herramienta 3. Expectativa 4. Gráficas 5. Criterios 6. Factores que afectan.
Significado de la vida de la herramienta:
Cada dispositivo o herramienta tiene su vida funcional. A la expiración de lo que puede funcionar, pero no de manera eficiente. Así también es cierto con una herramienta de corte. Durante el uso, la herramienta pierde su material, es decir, se desgasta. A medida que aumenta el desgaste, la herramienta pierde su eficiencia. Por lo tanto, su vida debe definirse y, una vez expirada, debe volver a utilizarse para un nuevo uso.
La vida útil de la herramienta se puede definir de las siguientes maneras:
(i) El tiempo transcurrido entre dos moliendas sucesivas.
(ii) El período durante el cual una herramienta se corta satisfactoriamente.
(iii) El tiempo total acumulado antes de que ocurra la falla de la herramienta.
La vida útil de la herramienta se expresa en minutos.
La relación entre la velocidad de corte y la vida útil de la herramienta está dada por la ecuación de vida útil de la herramienta de Taylor:
VT n = C
Métodos para medir la vida de la herramienta:
Los métodos más utilizados para medir la vida de la herramienta son los siguientes:
(i) Tiempo de mecanizado:
Tiempo transcurrido de funcionamiento de la máquina herramienta.
(ii) Tiempo de corte real:
El tiempo durante el cual la herramienta realmente corta.
(iii) Un tamaño fijo de tierra de desgaste en la superficie del flanco:
En carburo y herramientas de cerámica donde el desgaste del cráter está casi ausente. La vida útil de la herramienta se toma como correspondiente a 0.038 o 0.076 mm de desgaste en la superficie del flanco para el acabado respectivamente.
(iv) Volumen de metal eliminado.
(v) Número de piezas mecanizadas.
La vida útil de la herramienta entre el reacondicionamiento y la sustitución se puede definir de varias maneras, como:
(a) Tiempo de corte real llevado al fallo.
(b) Volumen de metal retirado al fallo.
(c) Número de piezas producidas al fallo.
(d) Velocidad de corte durante un tiempo dado al fallo.
(e) Duración del trabajo mecanizado hasta la falla.
Expectativa de vida útil de la herramienta (Taylor's Tool Life Equation):
En 1907, FW Taylor desarrolló una relación entre la vida útil de la herramienta y la velocidad de corte, la temperatura, manteniendo la alimentación como constante. La ecuación de Taylor para la esperanza de vida de la herramienta proporciona una buena aproximación.
V C T n = C
Una forma más general de la ecuación considerando la profundidad de corte y la velocidad de alimentación es
V c T n D x F y = C
Donde, K C = Velocidad de corte (m / min)
T = vida útil de la herramienta (min)
D = Profundidad de corte (mm)
F = Velocidad de avance (mm / rev)
x, y = Exponentes, que se determinan experimentalmente para cada condición de corte.
n = Exponente, que depende de los materiales de la herramienta.
Valor de n = 0.1 a 0.2; para herramientas HSS
0.2 a 0.4; para herramientas de carburo
0.4 a 0.6; para herramientas de cerámica
C = Constante de mecanizado, encontrado por experimentación o libro de datos publicado. Depende de las propiedades del material de la herramienta, la pieza y la velocidad de avance.
Observaciones de la ecuación de vida de la herramienta:
yo. La vida útil de la herramienta disminuye al aumentar la velocidad de corte.
ii. La vida útil de la herramienta también depende en gran medida de la profundidad de corte (D) y la velocidad de avance (F).
iii. La disminución de la vida útil de la herramienta con el aumento de la velocidad es dos veces mayor (exponencialmente) que la disminución de la vida útil con el aumento de avance.
iv. La mayor variación de la vida útil de las herramientas es la velocidad de corte y la temperatura de la herramienta, que están estrechamente relacionadas con la velocidad de corte.
Trazados de vida de la herramienta (curvas):
Las curvas de vida útil de la herramienta se trazan entre la vida útil de la herramienta y varios parámetros del proceso (como la velocidad de corte, avance, profundidad de corte, material de la herramienta, geometría de la herramienta, dureza de la pieza y fluidos de corte, etc.). Para dibujar estas curvas, los datos experimentales se obtienen al realizar pruebas de corte en diversos materiales en diferentes condiciones y con diferentes parámetros de proceso.
Las curvas de vida útil de las herramientas generalmente se trazan en un papel gráfico de log-log. Estas curvas se utilizan para determinar el valor del exponente 'n'. El exponente 'n' puede volverse negativo a bajas velocidades de corte. La Fig. 9.22 (a) muestra la gráfica de vida útil de la herramienta entre la vida útil de la herramienta y la velocidad de corte para diversos materiales de la pieza de trabajo que tienen diferentes durezas. Muestra que, a medida que aumenta la velocidad de corte, la vida útil de la herramienta disminuye rápidamente. Si la velocidad de corte frente a la vida útil de la herramienta, las curvas se trazan en un papel gráfico de log-log, las líneas rectas se obtienen como se muestra en la figura 9.22. (segundo).
Las impurezas y los componentes duros en el material de la pieza de trabajo (como óxido, escoria, etc.) también son causa de acción abrasiva que reduce la vida útil de la herramienta.
Criterios de vida útil de la herramienta (Criterios para juzgar la falla de la herramienta):
Debido al desgaste de la herramienta, la fuerza de corte aumenta y el acabado de la superficie se deteriora. Por lo tanto, cuando deberíamos decir que una herramienta ha fallado y que debe ser rediseñada. En otras palabras, se requiere cierto criterio para juzgar la falla de la herramienta.
Una herramienta falla cuando ya no cumple su función correctamente. Esto puede tener un significado diferente en diferentes circunstancias. En una operación de desbaste, donde el acabado de la superficie y la precisión dimensional tienen poca importancia, la falla de una herramienta puede significar un aumento excesivo de las fuerzas de corte y los requisitos de potencia.
En una operación de acabado, donde el acabado de la superficie y la precisión dimensional son primordiales, una falla de la herramienta significará que ya no se podrán lograr las condiciones especificadas de acabado de la superficie y la precisión dimensional. Todas estas fallas están relacionadas básicamente con el desgaste en la cara de separación de la herramienta.
Los siguientes son algunos criterios para juzgar la vida / falla de la herramienta:
(i) Falla completa.
(ii) Falla del flanco o cráter.
(iii) Finalizar el fallo.
(iv) Fallo de tamaño.
(v) Fallo de fuerza de corte.
(i) Fallo completo:
De acuerdo con este criterio, el corte con la herramienta continúa hasta que es capaz de cortar. Entonces, cuando la herramienta no puede cortar, entonces solo se debe volver a colocar. Este criterio no se usa en la práctica debido a sus obvias desventajas.
(ii) Falla de Flanco o Cráter:
De acuerdo con este criterio, cuando el desgaste en el flanco alcanza una cierta altura, se interrumpe el corte con la herramienta y se realiza el rectificado. Por ejemplo, cuando la altura de desgaste del flanco h es igual a 0, 3 mm, por ejemplo, se dice que la herramienta ha fallado. En la Tabla 9.11 se dan algunos valores comunes recomendados de la tierra de desgaste. (a, b).
Debido al desgaste en el flanco, la profundidad real de corte disminuye de AC a BC como se muestra en la Fig. 9.23. La pieza se vuelve cónica si el corte continúa. Este es el criterio más habitual seguido en la práctica. El desgaste del flanco se mide con un microscopio de un fabricante de herramientas.
Además, es importante tener en cuenta que el desgaste del flanco no es uniforme a lo largo del filo activo, por lo tanto, es necesario especificar las ubicaciones y el grado de desgaste, al decidir el criterio de vida útil de la herramienta, antes de rectificar.
(iii) Fallo de acabado:
De acuerdo con este criterio, cuando la rugosidad de la superficie alcanza un valor alto específico, el corte con la herramienta se detiene y se realiza el rectificado. Supongamos que en una condición de corte particular, la rugosidad de la superficie, llega a ser de 0.7 micrones. Al igual que en el proceso de corte, el desgaste del flanco se desarrolla de manera que el filo se vuelve áspero e irregular, por lo que la rugosidad de la superficie aumenta gradualmente, como se muestra en la figura 9.24. Digamos que 1.3 micras, por ejemplo, se mantienen como criterio.
La rugosidad de la superficie se mide continuamente a lo largo de su longitud. Cuando la rugosidad alcanza el valor especificado, se interrumpe el corte. Por ejemplo, este valor máximo especificado de rugosidad de la superficie puede ocurrir en la 10ª pieza de trabajo, por lo que la 11ª y las siguientes no se mecanizarán con la misma herramienta, sin rectificar.
Este criterio se vuelve especialmente importante cuando se mecanizan objetos ajustados. Debido a las superficies rugosas y desiguales, es posible que no se realice el ajuste adecuado.
(iv) Falla de tamaño:
De acuerdo con este criterio, se considerará que una herramienta ha fallado si existe una desviación en el tamaño de un componente terminado producido respecto de su valor especificado.
(v) falla de la fuerza de corte:
De acuerdo con este criterio, se considerará que una herramienta ha fallado, si la cantidad de fuerza de corte aumenta en cierta cantidad especificada. Esto se debe al desgaste del flanco. El desgaste del flanco aumenta el área de contacto entre la pieza de trabajo y la herramienta, lo que aumenta la fuerza de corte. Fig. 9.25. Muestra que un aumento en la fuerza de corte con el desarrollo para el desgaste del flanco.
Factores que afectan la vida de la herramienta:
Los siguientes factores juegan un papel importante en la vida de la herramienta:
(i) Velocidad de corte.
(ii) Velocidad de avance y profundidad de corte.
(iii) Dureza de la pieza de trabajo.
(iv) Microestructura de la pieza.
(v) Material de herramienta.
(vi) Geometría de la herramienta.
(vii) Tipo de fluido de corte y su método de aplicación.
(viii) Naturaleza del corte.
(ix) Tamaño de grano de la pieza.
(x) Rigidez del sistema máquina-herramienta pieza.
(i) Velocidad de corte:
FW Taylor ha realizado numerosos experimentos en el campo del corte de metales. En 1907, dio la siguiente relación entre la vida útil de la herramienta y la velocidad de corte, que se conoce como la Ecuación de la Vida de la Herramienta de Taylor.
V C T n = C
donde, V = velocidad de corte (m / min)
T = Vida útil de la herramienta (min) C = Constante o constante de mecanizado
n = Índice de vida útil de la herramienta. Depende de la combinación de herramientas y material de trabajo y las condiciones de corte.
Si T = 1 min
entonces C = V c
Por lo tanto, la constante C se puede interpretar físicamente como la velocidad de corte para la cual la vida útil de la herramienta es igual a un minuto. La ecuación de la vida útil de la herramienta se puede representar en papel log-log; se convierte en línea recta como se muestra en la figura 9.26.
Está claro que la velocidad de corte tiene el mayor efecto en la vida útil de la herramienta, seguida por el avance y la profundidad de corte, respectivamente. A medida que aumenta la velocidad de corte, aumenta la temperatura de corte y disminuye la vida útil de la herramienta.
(ii) Velocidad de alimentación y profundidad de corte:
De acuerdo con la ecuación de vida útil de la herramienta de Taylor, la vida útil de la herramienta disminuye cuando aumenta la velocidad de avance. Además, el mismo caso para la profundidad de corte.
La siguiente relación justifica la afirmación anterior:
(iii) Dureza de la pieza de trabajo:
A medida que aumenta la dureza, la velocidad permitida disminuye para una vida útil dada de la herramienta. Por ejemplo, la vida útil de la herramienta es de 50 minutos para cortar material menos duro, ahora, si se debe cortar el material más duro y luego mantener la vida útil de la herramienta en 50 minutos, la velocidad de corte debe reducirse proporcionalmente.
La declaración anterior se justifica por la siguiente ecuación dada por Yanitsky:
dónde,
H b = Dureza Brinel Número de material de trabajo
Ψ = Porcentaje de reducción
V = Velocidad de corte permitida para una vida útil dada de la herramienta
(iv) Microestructura de la pieza de trabajo:
A medida que la estructura se vuelve más y más perlita, la vida útil de la herramienta disminuye a medida que aumenta la velocidad de corte, como se muestra en la Fig. 9.27.
(v) Material de la herramienta:
Los principales requisitos de los materiales para herramientas de corte son: dureza al calor, resistencia al impacto y resistencia al desgaste. Para una mejor vida de la herramienta, el material debe tener las propiedades anteriores. La figura 9.26 muestra la variación de la vida útil de la herramienta con respecto a las velocidades de corte para diferentes materiales de herramienta. Está muy claro de la figura; a cualquier velocidad de corte, la vida útil de la herramienta es máxima para la herramienta de cerámica y la más baja para la herramienta de acero de alta velocidad. Por lo tanto, al utilizar la herramienta de cerámica, se puede eliminar el máximo volumen de material a cualquier velocidad de corte para una vida útil específica de la herramienta.
Un material de herramienta ideal tendrá n = 1 (índice de vida útil de la herramienta de Taylor). Significa una herramienta de material ideal a todas las velocidades de corte, elimina el máximo volumen de material de trabajo.
Algunos materiales de herramientas con sus propiedades son los siguientes:
yo. Agujetas de carbono:
Muy sensible a la temperatura.
Rápidamente pierden su dureza a bajas temperaturas.
Solo apto para cortar a baja velocidad y con mecanizado de metales blandos no ferrosos.
ii. HSS:
Se ven afectados solo por encima de 600 ° C y comienzan a perder su dureza.
HSS tiene un buen rendimiento por debajo de 600 ° C.
Por encima de 600 ° C la tendencia a formar BUE.
iii. Carburo cementado:
Buen rendimiento hasta 1200 ° C.
Puede usarse a velocidades de corte mucho más altas que las HSS
iv. Óxidos Sinterizados o Cerámica:
Se puede utilizar a velocidades de corte de 2 y 3 veces más que con carburos.
(vi) Geometría de herramientas:
La geometría de la herramienta afecta en gran medida la vida de la herramienta. Discutiremos el efecto de todos los parámetros de la herramienta en la vida de la herramienta en las siguientes páginas:
(a) Ángulo de inclinación posterior.
(b) Principal filo.
(c) Ángulo de separación.
(d) Radio de la nariz.
(a) Ángulo de inclinación posterior
Cuanto mayor sea el ángulo de inclinación, menor será el ángulo de corte y mayor será el ángulo de corte, lo que reduce la fuerza de corte y la potencia, y por lo tanto, menos calor generado durante el corte significa una temperatura de corte reducida, lo que aumenta la vida útil de la herramienta.
Pero, por otro lado, al aumentar el ángulo de inclinación se obtiene un borde de corte débil mecánicamente, la herramienta de inclinación positiva experimenta un esfuerzo de corte y es probable que la punta esté cortada.
El rastrillo negativo aumenta la fuerza de corte y la potencia, por lo tanto, más calor y temperatura generados dan como resultado una vida útil más pequeña de la herramienta.
Por lo tanto, existe un valor óptimo del rastrillo posterior que depende del material de la herramienta y del material de trabajo. Va desde -5 ° a + 15 °. Un valor óptimo del ángulo de inclinación es de aproximadamente 14 °, lo que da la vida útil máxima de la herramienta.
La figura 9.28 muestra el proceso de corte utilizando herramientas de rastrillo positivo y negativo. La herramienta de rastrillo positivo experimenta un esfuerzo de corte y es probable que la punta se corte. Mientras que la herramienta con rastrillo negativo experimenta estrés compresivo. A las herramientas de carburo y cerámica generalmente se les da rastrillo negativo porque son débiles en el corte y buenas en compresión.
(b) Principal filo:
La Fig. 9.29 muestra dos disposiciones diferentes de los principales ángulos de corte. Fig. 9.29 (a), el contacto comienza gradualmente desde un punto bastante alejado de la punta. Por lo tanto, la herramienta experimenta la fuerza de corte gradualmente y sobre un área más grande. Por lo tanto, la herramienta es más segura y la vida útil de la herramienta es mayor en comparación con la Fig. 9.29 (b) en la que el ángulo del filo principal es de 90 °.
(c) Ángulo de separación:
Un aumento en el ángulo de holgura resulta en una reducción significativa del desgaste del flanco, lo que aumenta la vida útil de la herramienta. Pero el filo se debilitará a medida que aumenta el ángulo de separación. Por lo tanto se requiere un valor óptimo. El mejor compromiso es de 5 ° (con herramientas de carburo) a 8 ° (con herramientas HSS) para materiales de trabajo comunes.
(d) Radio de la nariz:
El radio de la nariz mejora la vida útil de la herramienta y el acabado de la superficie.
A continuación se presenta una relación entre la velocidad de corte, la vida útil de la herramienta y el radio de la punta:
VT 0.09 = 300R 0.25
Donde, R = Radio de la nariz (para herramientas HSS que cortan acero SAE-2346)
T = vida útil de la herramienta (min)
V = Velocidad de corte (m / min)
yo. Hay un valor óptimo de radio de punta en el que la vida útil de la herramienta es máxima.
ii. Si el radio excede el valor óptimo, la vida útil de la herramienta disminuye.
iii. Un radio más grande significa un área de contacto más grande entre la herramienta y la pieza de trabajo. Debido a que se genera más calor por fricción, aumenta la fuerza de corte. Debido a que la pieza de trabajo puede comenzar a vibrar, por lo tanto, si la rigidez no es muy alta, las herramientas quebradizas (carburos y cerámicas) fallarán debido al astillado del filo.
(vii) Tipo de fluido de corte y su método de aplicación:
La aplicación de un fluido de corte adecuado obviamente aumenta la vida útil de la herramienta o, en otras palabras, para la misma vida útil, aumenta la velocidad de corte permitida. La figura 9.30 muestra el efecto del corte de fluido en la vida útil de la herramienta para diferentes materiales de herramienta. La vida útil de la herramienta incluso aumenta un 150% a algunas velocidades. Todos los tipos de fluidos de corte no tienen el mismo efecto, algunos de ellos más, algunos son menos.
(viii) Naturaleza del corte:
Si el corte es intermitente, la herramienta soporta la carga de impacto, lo que da como resultado la posibilidad de que falle rápidamente. En el corte continuo y constante, la vida útil de la herramienta es mayor.
(ix) Tamaño de grano de la pieza de trabajo:
La vida útil de la herramienta aumenta si el tamaño del grano aumenta. Como si el tamaño de grano aumentara, entonces el número medio de granos por área cuadrada disminuye, y por lo tanto la dureza disminuye, esto resulta en una mayor vida útil de la herramienta.
(x) Rigidez del sistema de herramienta de pieza-máquina:
Cuanto mayor sea la rigidez del sistema, mayor será la vida útil de la herramienta. Baje la rigidez del sistema, mayor es la posibilidad de falla de la herramienta, por las vibraciones de la herramienta o la pieza de trabajo. La rigidez es el principal requisito en caso de corte intermitente, especialmente cuando se utilizan herramientas frágiles.
