Uso de herramientas: significado, tipos y causas
Después de leer este artículo, aprenderá acerca de: - 1. Significado del desgaste de la herramienta 2. Tipos de desgaste de la herramienta 3. Causas 4. Crecimiento 5. Formas 6. Consecuencias.
Significado del desgaste de la herramienta:
Las herramientas de corte están sujetas a un proceso de frotamiento extremadamente severo. Están en contacto metal con metal entre el chip y la pieza de trabajo, en condiciones de alta tensión y temperatura. La situación se agrava debido a la existencia de gradientes extremos de tensión y temperatura cerca de la superficie de la herramienta.
El desgaste de la herramienta es generalmente un proceso gradual debido a la operación regular. El desgaste de la herramienta se puede comparar con el desgaste de la punta de un lápiz común. De acuerdo con la norma australiana, el desgaste de la herramienta se puede definir como "El cambio de forma de la herramienta desde su forma original, durante el corte, como resultado de la pérdida gradual del material de la herramienta".
El desgaste de la herramienta depende de los siguientes parámetros:
yo. Material de herramienta y pieza de trabajo.
ii. Forma de la herramienta.
iii. Velocidad cortante.
iv. Alimentar.
v. Profundidad de corte.
vi. Líquido de corte utilizado.
vii Características de la máquina herramienta, etc.
El desgaste de la herramienta afecta a los siguientes elementos:
yo. Mayores fuerzas de corte.
ii. Aumento de la temperatura de corte.
iii. Disminución de la precisión de las piezas producidas.
iv. Disminución de la vida útil de la herramienta.
v. pobre acabado superficial.
vi. Economía de las operaciones de corte.
Tipos de herramientas de desgaste:
Las altas tensiones de contacto se desarrollan en el proceso de mecanizado debido a la acción de frotamiento de:
(i) Rastrillo de herramienta y astillas.
(ii) La cara del flanco de la herramienta y la superficie mecanizada.
Esto da como resultado una variedad de patrones de desgaste observados en la cara del rastrillo y la cara del flanco. A esto lo llamamos desgaste gradual de la herramienta.
El desgaste gradual es inevitable pero controlable. Es el desgaste lo que no se puede evitar. Tiene que ocurrir después de cierto tiempo de mecanizado.
El desgaste gradual puede ser controlado por acción correctiva. El desgaste gradual se puede dividir en dos tipos básicos de desgaste, correspondientes a dos regiones en la herramienta de corte, como se muestra en la figura 9.16.
Estos son los siguientes:
(i) Desgaste del flanco.
(ii) Desgaste del cráter.
(i) Desgaste del flanco:
El desgaste en la cara del flanco (alivio o espacio libre) de la herramienta se denomina desgaste del flanco. El desgaste del flanco se muestra en la figura 9.17 (a, b, c).
Las características del desgaste en los flancos son las siguientes:
yo. Es el desgaste más importante que aparece en la superficie del flanco paralela al filo. Es el resultado más común del desgaste abrasivo / adhesivo del filo de corte contra la superficie mecanizada.
ii. Generalmente es resultado de altas temperaturas, que afectan las propiedades de la herramienta y del material de trabajo.
iii. Da lugar a la formación de tierras de desgaste. La formación del terreno de desgaste no siempre es uniforme a lo largo del filo mayor y menor de la herramienta.
iv. Se puede medir utilizando el tamaño promedio de la superficie de desgaste (V 3 ) y el tamaño máximo de la superficie de desgaste (VB max ).
v. Se puede describir utilizando la Ecuación de esperanza de vida de la herramienta.
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
dónde,
V c = Velocidad de corte
T = vida útil de la herramienta
D = Profundidad de corte (mm)
F = Velocidad de avance (mm / rev. O pulgada / rev.)
x e y = Exponentes que se determinan experimentalmente para cada condición de corte.
C = Constante de mecanizado, encontrado por experimentación o libro de datos publicados. Depende de las propiedades de los materiales de la herramienta, la pieza de trabajo y la velocidad de avance.
n = exponencial
Valores de n = 0.1 a 0.15 (para herramientas HSS)
= 0.2 a 0.4 (para herramientas de carburo)
= 0.4 a 0.6 (Para herramientas de cerámica)
Razones del desgaste de los flancos:
yo. El aumento de la velocidad de corte hace que los flancos se desgasten rápidamente.
ii. El aumento en la alimentación y la profundidad de corte también pueden resultar en un mayor desgaste del flanco.
iii. Abrasión por panículas duras en la pieza de trabajo.
iv. Corte de micro soldaduras entre herramienta y material de trabajo.
v. Abrasión por fragmentos de borde acumulado, que golpean la cara de separación (cara del flanco) de la herramienta.
Remedios para el desgaste del flanco:
yo. Reducir la velocidad de corte.
ii. Reducir el avance y la profundidad de corte.
iii. Use carburo de grado duro si es posible.
iv. Evite la formación de bordes construidos, utilizando rompevirutas.
Efectos del desgaste del flanco:
yo. Aumento de la fuerza de corte total.
ii. Aumento de la rugosidad de la superficie de los componentes.
iii. También afecta a la precisión dimensional del componente.
iv. Cuando se usan herramientas de forma, el desgaste del flanco también cambiará la forma de los componentes producidos,
(ii) Desgaste del cráter:
El desgaste en la cara del rastrillo de la herramienta se denomina desgaste del cráter. Como su nombre indica, la forma de desgaste es la de un cráter o un tazón. El desgaste del cráter se muestra en la Fig. 9.18 (a, b, c).
Las características del desgaste del cráter son las siguientes:
yo. En el cráter, las virutas erosionan la superficie del rastrillo de la herramienta.
ii. Los chips que fluyen a través de la cara del rastrillo desarrollan una fuerte fricción entre el chip y la cara del rastrillo. Esto produce una cicatriz en la cara del rastrillo que generalmente es paralela al filo principal.
iii. Es algo normal para el desgaste de la herramienta y no reduce seriamente el uso de una herramienta hasta que se vuelve lo suficientemente grave como para causar una falla en el filo de corte.
iv. El desgaste del cráter puede aumentar el ángulo de ataque y reducir la fuerza de corte, pero también debilitará la resistencia del filo.
v. Es más común en materiales dúctiles como el acero que producen virutas largas y continuas. También es más común en las herramientas HSS (acero de alta velocidad) que en las herramientas de cerámica o carburo que tienen una dureza al calor mucho mayor.
vi. Los parámetros utilizados para medir el desgaste del cráter se pueden ver en la Fig. 9.18. La profundidad del cráter KT es el parámetro más utilizado para evaluar el desgaste de la cara del rastrillo.
vii Ocurre aproximadamente a una altura igual a la profundidad de corte del material, es decir, profundidad de corte del cráter de desgaste ⋍.
viii. En zonas de alta temperatura (casi 700 ° C) se produce desgaste.
Razones del desgaste del cráter:
yo. Grave abrasión entre las interfaces de la herramienta de viruta, especialmente en la cara del rastrillo.
ii. Alta temperatura en la interfaz herramienta-chip.
iii. El aumento de los resultados de alimentación aumenta la fuerza que actúa sobre la interfaz de la herramienta, lo que conduce a un aumento de la temperatura de la interfaz de la herramienta-chip.
iv. El aumento de la velocidad de corte da como resultado un aumento de la velocidad de viruta en la superficie del rastrillo, lo que aumenta la temperatura en la interfaz de la herramienta de viruta y aumenta el desgaste del cráter.
Remedios para el desgaste del cráter:
yo. El uso de lubricantes adecuados puede disminuir el proceso de abrasión y, por lo tanto, disminuir el desgaste del cráter.
ii. Refrigerante adecuado para la disipación rápida del calor de la interfaz de la herramienta-chip.
iii. Reduce las velocidades de corte y las velocidades de avance.
iv. Use materiales más duros y de dureza en caliente para herramientas.
v. Utilice la herramienta de rastrillo positivo.
Causas del desgaste de la herramienta:
Hay un gran número de causas para el desgaste de la herramienta.
Algunos de ellos son importantes para discutir aquí desde el punto de vista del tema:
(i) Desgaste abrasivo (desgaste de partículas duras).
(ii) Desgaste adhesivo.
(iii) Desgaste por difusión.
(iv) Desgaste químico.
(v) Desgaste de la fractura.
(i) Desgaste abrasivo (desgaste de partículas duras):
El desgaste abrasivo es causado básicamente por las impurezas dentro del material de la pieza de trabajo, como el nitruro de carbono y los compuestos de óxido, así como los fragmentos de borde acumulados. Es un tipo de desgaste mecánico. Es la causa principal del desgaste de la herramienta a bajas velocidades de corte.
(ii) Desgaste adhesivo:
Debido a la alta presión y la temperatura en la interfaz de la herramienta-viruta, existe una tendencia a que las virutas calientes se suelden a la superficie de rastrillado de la herramienta. Este concepto conduce posteriormente a la formación y destrucción de uniones soldadas. Cuando la soldadura se rompe de forma intermitente recogiendo partículas de la herramienta de corte. Esto conduce a un desgaste del cráter. La figura 9.19 muestra el desgaste del adhesivo.
(iii) Desgaste por difusión:
El desgaste por difusión generalmente es causado por la transferencia atómica entre materiales de contacto en condiciones de alta presión y temperatura. Este fenómeno comienza en la interfaz de la herramienta chip. A temperaturas tan elevadas, algunas partículas de materiales de herramientas se difunden en el material de la viruta. También puede ocurrir que algunas partículas de material de trabajo también se difundan en los materiales de la herramienta.
Este intercambio de partículas cambia las propiedades del material de la herramienta y causa desgaste, como se muestra en la Fig. 9.20:
Esta difusión da como resultado cambios en la herramienta y en la composición de la pieza de trabajo.
Hay varias formas de difusión como:
(a) Ablandamiento bruto de la herramienta:
La difusión de carbono en una capa superficial relativamente profunda de la herramienta puede causar reblandecimiento y posterior flujo de plástico de la herramienta. Puede producir cambios importantes en la geometría de la herramienta.
(b) Difusión de los componentes principales de la herramienta en el trabajo:
La matriz de la herramienta o un componente de refuerzo importante se pueden disolver en el trabajo y las superficies de la viruta a medida que pasan la herramienta. Por ejemplo: herramienta de demanda, corte de hierro y acero son los ejemplos típicos de difusión de carbono.
(c) Difusión de un componente de material de trabajo en la herramienta:
Un componente del material de trabajo que se difunde en la herramienta puede alterar las propiedades físicas de una capa superficial de la herramienta. Por ejemplo: la difusión de plomo en la herramienta puede producir una capa superficial delgada y quebradiza, esta capa delgada se puede eliminar astillando.
(iv) Desgaste químico:
El desgaste químico es causado debido al ataque químico de una superficie.
Por ejemplo:
Desgaste corrosivo.
(v) Desgaste de la Factura:
El desgaste de la factura generalmente causado por la ruptura del borde en el extremo o la longitud. La rotura a granel es el tipo de desgaste más dañino e indeseable, y debe evitarse en la medida de lo posible.
Crecimiento del desgaste de la herramienta:
El patrón de crecimiento del desgaste de la herramienta se muestra en la figura 9.21:
Podemos dividir el crecimiento en las siguientes tres zonas:
(i) Zona de desgaste severo.
(ii) Zona de desgaste inicial.
(iii) Zona de desgaste severo o final o catastrófico.
(i) Zona de desgaste preliminar o rápido inicial:
Inicialmente, para el nuevo filo, el crecimiento del desgaste es más rápido. El tamaño de desgaste inicial es VB = 0.05 a 0.1 mm normalmente.
Las causas del desgaste inicial o rápido son:
yo. Microcraqueo.
ii. Oxidación superficial.
iii. Capa de pérdida de carbono.
iv. Micro-rugosidad de rectificado de punta de herramienta.
(ii) Zona de desgaste constante:
Después del desgaste inicial, encontramos que la tasa de desgaste es relativamente constante o constante. En esta zona, el tamaño de desgaste es proporcional al tiempo de corte.
(iii) Zona de desgaste severo o final o catastrófico:
En esta zona, la tasa de crecimiento del desgaste es mucho más rápida y da como resultado una falla catastrófica del filo.
Cuando el tamaño de desgaste aumenta a un valor crítico, la rugosidad de la superficie de la superficie mecanizada disminuye, la fuerza de corte y la temperatura aumentan rápidamente, y la tasa de desgaste aumenta. Entonces la herramienta pierde su capacidad de corte. En la práctica, debe evitarse esta zona de desgaste.
Tierra de uso permitido:
Cuando decidimos afilar el filo de una cuchilla cuando la calidad del corte comienza a deteriorarse y las fuerzas de corte requeridas aumentan demasiado, al igual que afilar o reemplazar las herramientas de corte cuando.
(a) La calidad de la superficie mecanizada comienza a deteriorarse.
(b) Las fuerzas de corte aumentan significativamente.
(c) Subida de la temperatura significativamente.
El ancho promedio del desgaste de los flancos permitido varía de 0.2 mm (para una operación de giro de precisión) a 1 mm (para una operación de giro brusco).
La siguiente Tabla 9.11 proporciona algunos valores recomendados de terreno de desgaste promedio permitido (VB) para varias operaciones y herramientas de corte:
Formas de desgaste de la herramienta:
El desgaste del flanco y del cráter es un tipo muy común de desgaste.
Algunas otras formas de desgaste de herramientas son:
(i) Desgaste termoeléctrico.
(ii) Fisuración térmica y fractura de herramienta.
(iii) Desgaste de cargas térmicas y mecánicas cíclicas.
(iv) Edge Chipping.
(v) Fallos de entrada o salida.
(i) Ropa termoeléctrica:
Se puede observar en la región de alta temperatura. La alta temperatura hace que se forme una pareja térmica entre la pieza de trabajo y la herramienta.
Debido a este efecto el voltaje establecido entre la pieza de trabajo y la herramienta. Puede causar un flujo de corriente eléctrica entre los dos. Sin embargo, este tipo de desgaste no se ha desarrollado claramente.
(ii) Fisuración térmica y fractura de herramienta:
Es común en el caso de la operación de fresado. En el fresado, las herramientas están sometidas a cargas térmicas y mecánicas cíclicas. Los dientes pueden fallar por un mecanismo que no se observa en cortes continuos. El agrietamiento térmico puede reducirse reduciendo la velocidad de corte o utilizando un grado de material de herramienta con una mayor resistencia al choque térmico.
(iii) Desgaste térmico cíclico y mecánico de la carga:
La variación cíclica de la temperatura en el proceso de fresado induce una tensión térmica cíclica en la capa superficial de la herramienta que se expande y contrae. Puede conducir a la formación de grietas por fatiga térmica cerca del filo de corte.
En su mayoría, estas grietas son perpendiculares al filo y comienzan a formarse en la esquina exterior de la herramienta, extendiéndose hacia adentro a medida que avanza el corte. El crecimiento de estas grietas conduce eventualmente a astillado del borde o rotura de la herramienta. Un refrigerante insuficiente puede promover la formación de grietas.
(iv) Edge Chipping:
El astillado del borde se observa comúnmente en la operación de fresado. Puede ocurrir cuando la herramienta entra en contacto por primera vez con la pieza (falla de entrada) o, más comúnmente, cuando sale de la pieza (falla de salida).
(v) Fallos de entrada o salida:
La falla de entrada ocurre más comúnmente cuando la esquina exterior de la inserción golpea la parte primero. Esto es más probable que ocurra cuando los ángulos de inclinación del cortador son positivos. Por lo tanto, la falla de entrada se evita más fácilmente al cambiar de cortadores de ángulo de inclinación positivo a negativo.
Consecuencias (efectos) del desgaste de la herramienta:
Los efectos del desgaste de la herramienta en el rendimiento tecnológico son los siguientes:
(i) Aumento de fuerzas de corte:
Las fuerzas de corte normalmente se incrementan por el desgaste de la herramienta. El desgaste del cráter, el desgaste del flanco (o la formación de la tierra del desgaste) y el astillado del filo afectan el rendimiento de la herramienta de corte de varias maneras. Sin embargo, en ciertas circunstancias, el desgaste del cráter puede reducir las fuerzas al aumentar efectivamente el ángulo de inclinación de la herramienta. El desgaste de la cara de separación (Flank o tierra de desgaste) y el astillado incrementan casi invariablemente las fuerzas de corte debido al aumento de las fuerzas de frotamiento.
(ii) Aumento de la rugosidad de la superficie:
A medida que aumenta el desgaste de la herramienta, también aumenta la rugosidad de la superficie del componente mecanizado. Esto es particularmente cierto para una herramienta que se usa al astillar. Sin embargo, existen circunstancias en las que una tierra de desgaste puede pulir (pulir) la pieza de trabajo y producir un buen acabado.
(iii) Incremento en la vibración o chatter:
La vibración o vibración es otro aspecto importante del proceso de corte que puede verse afectado por el desgaste de la herramienta.
Una tierra de desgaste aumenta la tendencia de una herramienta a la inestabilidad dinámica o vibraciones. Cuando la herramienta está afilada, la operación de corte está bastante libre de vibraciones. Por otro lado, cuando la herramienta se desgasta, la operación de corte está sujeta a un modo de vibración y vibración inaceptable.
(iv) Disminución de la precisión dimensional:
Debido al desgaste de los flancos, la geometría en planta de una herramienta puede perturbar. Esto puede afectar las dimensiones del componente producido. Puede influir en la forma del componente.
Por ejemplo:
Si el desgaste de la herramienta es rápido, el torneado cilíndrico podría resultar en una pieza de trabajo cónica.
