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PROCESOS DE
MANUFACTURA II Unidad Temtica 3.
Materiales para herramientas y fluidos de corte
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OBJETIVOS
Objetivo general
27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 2
Analizar los diferentes materiales de herramientas de corte, sus caractersticas
de uso y los resultados obtenidos en los
procesos de fabricacin con
desprendimiento de viruta.
Analizar la influencia de la geometra de la herramienta de corte sobre los
resultados de los procesos de fabricacin
con desprendimiento de viruta.
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OBJETIVOS
Objetivo general
27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 3
Caracterizar y Modelar el desgaste de la herramienta de corte en los procesos de
fabricacin con desprendimiento de
viruta.
Analizar el papel del empleo de fluidos de corte en los procesos de fabricacin con
desprendimiento de viruta y su influencia
en el resultado final.
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CONTENIDO
I. Materiales de las herramientas de corte I. Aceros rpidos
II. Metal duro
III. Cermicas
IV. Materiales sintticos de alta dureza
V. Recubrimientos
II. Geometra de la herramienta de corte I. Efectos de los ngulos de desprendimiento, incidencia y ataque.
II. Efectos del radio de la punta de la herramienta.
III. Rompevirutas y sus efectos
III. Vida de las herramientas I. Aspectos generales
II. Desgaste en las herramientas de torneado
III. Desgaste en las fresas frontales
IV. Duracin o vida de la herramienta
V. Representacin y evolucin del desgaste
IV. Fluidos para corte I. Tipos de fluidos para corte
II. Aplicacin de los fluidos para corte
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I. Aspectos generales
II. Desgaste en las herramientas de torneado
III. Desgaste en las fresas frontales
IV. Duracin o vida de la herramienta
V. Representacin y evolucin del desgaste
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III. VIDA DE LAS HERRAMIENTAS
DE CORTE
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Contenido
I. Aspectos Generales
II. Desgaste en las herramientas de torneado
III. Desgaste en las fresas frontales
IV. Duracin o vida de la herramienta
V. Representacin y evolucin del desgaste
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I. Aspectos generales
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Cules son las causas de
falla de los materiales de las
herramientas de corte?
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I. Aspectos generales
Fuerzas de corte demasiado grandes en la punta de la herramienta, causando una falla repentina por fractura
Fractura
Una temperatura de corte demasiado elevada para el material de la herramienta, causa ablandamiento en la punta, deformacin plstica y prdida en el filo de corte
Temperatura
El desgaste gradual del borde cortante ocasiona prdida de la forma de la herramienta, reduccin en la eficiencia del corte, desgaste acelerado y falla final de la herramienta
Desgaste gradual
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I. Aspectos generales
Los dos mecanismos de desgaste anteriores suelen producir daos en la superficie mecanizada y son indeseables
Desgaste progresivo :
Ocurre cuando la herramienta se utiliza adecuadamente.
Produce una prdida de forma de la herramienta y reduccin de su eficiencia de corte.
A partir de un determinado instante se produce un desgaste acelerado y la falla total de la herramienta
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado Ocurre en dos lugares principales de la herramienta de
corte
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1. Desgaste de crter (K)
Interface herramienta-viruta
Accin de la viruta
Predominante a alta velocidad de corte
Se reduce mediante el uso eficiente de los carburos
2. Desgaste de Flanco (VB)
Interface herramienta-pieza
Rozamiento entre la herramienta y la superficie generada
Predominante a bajas velocidades
Abrasin entre el filo y la superficie mecanizada
Propiedades Mecnicas
Baja velocidad
Difusin Qumica y compatibilidad metalrgica
Alta velocidad
Difusin qumica
Muy alta velocidad
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado
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(a) Desgaste de crter; (b) Desgaste de flanco
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado
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Fallo catastrfico
VB= 0.3 mm si el labio est desgastado regularmente en la zona B
VBmax= 0.6 mm si el labio est desgastado irregularmente, rayado, astillado o
demasiado ranurado en la zona B
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado El desgaste se concentra en el filo primario
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Cortes y ngulos de la herramienta de torneado: g) corte principal; h) corte secundario; a) ngulo de
incidencia; b) ngulo de filo; g) ngulo de ataque;
d) ngulo de corte; a) corte principal paralelo al eje de giro; b) corte principal oblicuo al eje de giro
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado
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Mecanismos de desgaste progresivo
Abrasin
Adhesin
Difusin
Deformacin plstica
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado
Abrasin.
Desgaste mecnico
Partculas duras rayan y remueven pequeas porciones de la herramienta.
Ocurre tanto en el desgaste de flanco como el de crter
Predominante en el desgaste de flanco..
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Figura. Modos de desgaste abrasivo.
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado Abrasin
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado
Adhesin
Cuando dos metales entran en contacto a alta presin y temperatura se produce la adhesin o soldado entre ellos (viruta y herramienta).
A medida que la viruta fluye a travs de la herramienta se rompen pequeas partculas de la herramienta y se separan de la superficie, provocando el desgaste de la superficie.
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Figura Mecanismo de formacin de ranuras
sobre superficies desgastadas por transferencia
de partculas endurecidas en fro.
Figura. Proceso de transferencia de metal debido a
adhesin
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado
Difusin. Intercambio de tomos a travs
del limite de contacto entre dos superficies.
Ocurre en el limite herramienta-viruta y ocasiona que la superficie de la herramienta quede agotada por los tomos que le imparten dureza..
Conforme este proceso contina, la superficie de la herramienta se vuelve mas susceptible a la abrasin y la adhesin.
La difusin contribuye principalmente al desgaste en crter.
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Flujo neto de tomos de soluto por
unidad de rea, por unidad de
tiempo (J)
PAtJtW )()( Donde:
W(t): es el nmero de tomos difundidos J: flujo o corriente neta de tomos. A; rea de contacto P: Porcentaje del elemento disolvente
Temperatura!!!
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II. Desgaste en las herramientas de
torneado
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Deformacin plstica
Las fuerzas de corte que actan en el borde corte a altas temperaturas hacen que este se deforme plsticamente, hacindolo ms vulnerable a la abrasin de la superficie de la herramienta.
La deformacin plstica contribuye principalmente al desgaste del flanco
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III. Tipos de desgaste progresivo
Se manifiesta por la aparicin sobre la cara de incidencia de una banda estriada y brillante paralela a la arista de corte
Desgaste en la cara de incidencia o
frontal
La punta de la herramienta puede sufrir deformacin permanente como consecuencia de las elevadas temperaturas y presiones en el corte.
Se produce en materiales altamente resistentes. Se traduce en un mayor desgaste frontal a la altura de la punta de
la herramienta
Deformacin plstica
En ciertas condiciones se produce una entalla sobre la arista cortante a la altura del dimetro perifrico de la pieza, especialmente cuando existe filo recrecido.
Se suele presentar en el mecanizado de materiales dctiles a bajas velocidades.
Entalla
Est caracterizado por una cubeta que se origina en la cara de desprendimiento.
Su influencia es notable sobre el enrollamiento de la viruta sobre si misma, de tal forma que en ciertas condiciones puede sustituir al rompe virutas.
Desgaste en la cara de desprendimiento
o craterizacin
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III. Tipos de desgaste progresivo
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II. Tipos de desgaste progresivo
Desgaste de la superficie de desprendimiento (desgaste
de crter)
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II. Tipos de desgaste progresivo
Desgaste de la labio (flanco) de una herramienta de
carburo
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II. Tipos de desgaste progresivo
Otros tipos de desgaste
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Superficies producidas por
torneado sobre acero por
corte, segn se observa bajo
un SEM con una herramienta
con B.U.E
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Patrones de desgaste en herramientas
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Manufacturing, Engineering & Technology, Fifth Edition, by Serope Kalpakjian and Steven R. Schmid.
ISBN 0-13-148965-8. 2006 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved.
Figure 21.15 (a) Flank
wear and crater wear in a
cutting tool; the tool
moves to the left as in
Fig. 21.3. (b) View of
the rake face of a turning
tool, showing various
wear patterns. (c) View
of the flank face of a
turning tool, showing
various wear patterns.
(d) Types of wear on a
turning tool: 1. flank
wear; 2. crater wear; 3.
chipped cutting edge; 4.
thermal cracking on rake
face; 5. built-up edge; 6.
catastrophic failure.
(See also Fig. 21.18.)
Source: Courtesy of
Kennametal, Inc.
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III. Desgaste en fresado
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III. Desgaste en fresado
Desgaste de flanco
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III. Desgaste en fresado
Desgaste de flanco
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III. Desgaste en fresado
Desgaste de entalladura
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III. Desgaste en fresado
Seguimiento del desgaste de flanco
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IV. Vida de la herramienta
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En un estudio clsico sobre aceros maquinados, F.W. Taylor
public en 1907, la relacin general aproximada del desgaste de la herramienta contra el tiempo
de corte, para el desgaste de flanco
VT n C
VT nd x f y C
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IV. Vida de la herramienta
Las condiciones de corte (velocidad de corte, avance, profundidad de pasada, etc.);
La geometra de la herramienta La calidad del material de la herramienta y
pieza;
El criterio de duracin o vida de la herramienta (desgaste frontal de la cara de incidencia, profundidad de crter de la cara de desprendimiento, tolerancias de la pieza, etc.);
y condiciones de trabajo, como el refrigerante utilizado, medios de fijacin de la pieza, potencia y estado de la mquina
Taylor para ello realiza una serie sistemtica de largusimos ensayos, haciendo intervenir en los mismos, doce parmetros de corte, entre los que se encuentran:
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IV. Vida de la herramienta
Para estudiar la relacin existente entre la vida de la herramienta y la velocidad de corte, fij arbitrariamente diez de los parmetros y se dedic a variar la velocidad de corte para estudiar la influencia en la duracin del filo.
Defini como Vida de la Herramienta : Longitud de tiempo de corte en el cual se puede usar la herramienta.
Y para establecer la vida de la herramienta Taylor adopt el criterio de cada de filo, que se detecta por la aparicin de vibraciones, por un empeoramiento brusco del acabado superficial y por un sensible aumento de los esfuerzos de corte. Estableciendo como desgaste mximo permitido 0.05 mm.
Los resultados obtenidos los llev a una grfica en la que en abcisas consta el logaritmo de la velocidad de corte y en ordenadas, el logaritmo de la vida de la herramienta; de tal forma que observ que siempre que permaneciesen fijos los diez parmetros, cualesquiera que fuera su valor, siempre se obtena una recta.
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IV. Vida de la herramienta
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1 2 3
El borde cortante afilado se desgasta rpidamente al entrar en uso
Ocurre en los primeros minutos de corte
Periodo de rompimiento
Desgaste a velocidad ms o menos uniforme
Una lnea recta (pueden haber desviaciones)
Desgaste en estado estable
Regin donde el desgaste se empieza a acelerar
Las temperaturas de corte son ms altas
La eficiencia del proceso se reduce
Regin de falla
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IV. Vida de la herramienta
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Manufacturing, Engineering & Technology, Fifth Edition, by Serope Kalpakjian and Steven R. Schmid.
ISBN 0-13-148965-8. 2006 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved.
Figure 21.16 Effect of workpiece hardness and microstructure on tool life in turning ductile
cast iron. Note the rapid decrease in tool life (approaching zero) as the cutting speed
increases. Tool materials have been developed that resist high temperatures, such as
carbides, ceramics, and cubic boron nitride, as will be described in Chapter 22.
Manufacturing, Engineering & Technology, Fifth Edition, by Serope Kalpakjian and Steven R. Schmid.
ISBN 0-13-148965-8. 2006 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved.
Ferrita: 100
Perlita: 200
Martensita: 300-500
La pendiente de la curva de desgaste en la regin de estado estable se ve afectada por el
material de trabajo
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IV. Vida de la herramienta
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La pendiente de la curva de desgaste en la regin de estado estable se ve afectada por el material de trabajo y las condiciones de corte
Materiales de trabajo ms duros ocasionan incrementos en la velocidad de desgaste (la pendiente de la curva).
Es importante el tratamiento trmico de la pieza, principalmente porque aumenta la dureza de la pieza. Por ejemplo, la ferrita tiene una dureza aproximada de 100HB, la perlita 200HB y la martensita de 300 a 500HB.
Las impurezas y los componentes duros en el material o en la superficie de la pieza, como por ejemplo, herrumbe, cascarilla, escoria, etc., tambin son de importancia, porque su accin abrasiva reduce la vida de la herramienta
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IV. Vida de la herramienta
Vida de la herramienta es la longitud del tiempo de corte en el cual se puede usar una herramienta.
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Al aumentar las velocidades de corte se incrementa la velocidad de desgaste,
alcanzndose el mismo desgaste en menos tiempo
Criterio de Falla
catastrfica (no
deseable)
Criterio 0.020 pulg
(0.05 mm) desgaste
de flanco
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IV. Vida de la herramienta
Si los valores de vida de las herramientas de la curva anterior se trazan en una grfica log-log de velocidad de corte contra la vida de las herramientas, la relacin resultante es una lnea recta.
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C representa la velocidad de corte a la
cual la herramienta durara un minuto.
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IV. Vida de la herramienta
Ecuacin de Taylor
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VT n C
VT nd x f y C
V: Velocidad de corte
T: tiempo (min) que tarda en
desarrollarse cierta cara de
desgaste en el flanco (VB)
n: exponente que depende de
los materiales de herramienta
C: material de trabajo y
condiciones de corte
d: profundidad de corte
f: avance (mm/rev) o (in/rev)
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IV. Vida de la herramienta
Para tener una vida de la herramienta constante
Si se aumenta la rapidez de avance o la profundidad de corte, se
debe disminuir la velocidad de corte, o viceversa.
Dependiendo de los exponentes, una reduccin de velocidad
puede tener como consecuencia un aumento de material removido,
por la mayor rapidez de avance y/o profundidad de corte.
Se deben determinar experimentalmente los exponentes x, y para
cada condicin de corte.
En la prctica
n= 0,15
x= 0.15
y= 0.6
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IV. Vida de la herramienta
Determinar los valores de C y n en la grfica adjunta.
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679
:tantoloPor
67941200
doSustituyen
329.0
1042.26932.0
7136.32983.5609.19915.5
41ln200ln5ln400ln
naturallogaritmoAplicando
412005400
Igualamos
41200
5400
329.0
329.0
vT
C
n
n
nn
nn
C
C
nn
n
n
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IV. Vida de la herramienta
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Tool-life Curves
Figure 21.17 Tool-life curves for a
variety of cutting-tool materials. The
negative inverse of the slope of
these curves is the exponent n in
the Taylor tool-life equation and C is
the cutting speed at T = 1 min,
ranging from about 200 to 10,000
ft./min in this figure.
Se debe tener cuidado al usar las
ecuaciones de duracin de la
herramienta fuera del intervalo de
velocidades de corte en que son
aplicables.
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IV. Vida de la herramienta
Pistas de desgaste promedio admisible (VB) para
herramientas de corte en diversas operaciones.
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IV. Vida de la herramienta
Efecto de la velocidad de corte sobre la tasa de remocin
de material.
Supongamos que se va a maquinar el material en la condicin 1. Si la
velocidad de corte es 60 m/min
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mm
mm
600min5min/120
3300min55min/60
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IV. Vida de la herramienta: Seguimiento
del desgaste
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I. Tipos de fluidos para corte
II. Aplicacin de los fluidos para corte
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IV. FLUIDOS DE CORTE
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I. Tipos de fluidos de corte: aplicacin
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I. Tipos de Fluidos de corte
Tipos
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Soluciones Emulsiones
Fluidos base
Aceite mineral
Aceite Vegetal
Fluidos sintticos
Agua
Aditivos solubles
Fase continua
Agua
Fase discontinua
Aceite
Fluidos sintticos
Aditivos
Divisin prctica
Miscibles en agua: mayor poder refrigerante Aceites de corte: mayor poder lubricante
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I. Tipos de Fluidos de corte
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II. Aplicaciones de Fluidos de corte
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II. Aplicaciones de fluidos de corte:
mnima lubricacin
27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 53
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II. Aplicaciones de Fluidos de corte
Equipos usados en Mnima lubricacin
27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 54
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II. Aplicaciones de Fluidos de corte
27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 55
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II. Aplicaciones de Fluidos de corte
Mecanizado en seco
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II. Aplicaciones de Fluidos de corte
27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 57
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II. Aplicaciones de Fluidos de corte
Nitrgeno lquido
27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 58
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II. Aplicaciones de Fluidos de corte
27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 59
Mecanizado en seco, 50 min Mecanizado hmedo, 50 min Mecanizado criognico, 50 min
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Figure 22.12 Schematic illustration of the proper methods of
applying cutting fluids (flooding) in various machining operations:
(a) turning, (b) milling, (c) thread grinding, and (d) drilling.
II. Aplicaciones de Fluidos de corte
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Preguntas del captulo
1. Describa los modos de falla de las herramientas de
corte segn catlogo de herramientas de torneado, e
identifique el modo de falla en las fotografas de las
herramientas que a continuacin se muestran.
Recomiende una posible solucin al problema.
27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 61
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27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 62
Causa. _____________________________________________
Solucin. _____________________________________________
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27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 63
Frontal Superior
Causa. _____________________________________________
Solucin. _____________________________________________
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27-05-2014 Dr.-Ing. Sheila Lascano Farak 64
Causa. _____________________________________________
Solucin. _____________________________________________
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Preguntas del captulo
2. Parmetros influyentes en el proceso de desgaste de
herramienta:
Profundidad de corte ap [mm]
Avance fn [mm/r]
Velocidad de corte Vc [m/min]
Analizar grficos provistos por fabricante ap [mm] [mm] vs
vida til
fn [mm/rev] vs vida til
Vc [m/min] vs vida til
Deducir cual es el parmetro ms influyente dentro de la
vida til de la herramienta.
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