MXPA04002454A

MXPA04002454A - Un aparato y metodo de enfriamiento criogenico para operaciones de corte de alta potencia.

Info

Publication number: MXPA04002454A
Application number: MXPA04002454A
Authority: MX
Inventors: Zurecki Zbigniew
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-06-18
Also published as: EP1425133B9; EP1425133A2; WO2003022517A2; JP2005501752A; CN100475439C; EP1425133B1; US20050011201A1; JP4690439B2; WO2003022517A3; TWI227180B; AU2002332727A1; DE60235556D1; CA2459865A1; CA2459865C; KR20040033052A; CN1703302A; US7637187B2; US20030110781A1; ATE459449T1; KR100675580B1

Abstract

Un chorro de fluido criogenico se utiliza en un aparato y un metodo para el enfriamiento remoto de una herramienta de corte comprometida en el maquinado de una pieza de trabajo bajo condiciones de alta potencia, tales como maquinado a alta velocidad, torneado fuerte, corte de materiales dificiles de maquinar y combinaciones de las mismas. El aparato y metodo utiliza un chorro de fluido criogenico de expansion libre, estabilizado que tiene un tiempo de ciclo de pulso menor que o igual a 10 segundos. El aparato y metodo incrementa la limpieza de las partes maquinadas y de las virutas y la productividad de herramientas duras pero fragiles, incluyendo pero sin limitarlo a herramientas que no deben ser enfriadas con fluidos de enfriamiento convencionales.

Description

UN APARATO Y MÉTODO DE ENFRIAMIENTO CRIOGÉNICO PARA OPERACIONES DE CORTE DE ALTA POTENCIA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con el campo de maquinado de material por medio de corte (por ejemplo, el modelado de partes por medio de remover el exceso de material en la forma de virutas), y más particularmente el maquinado de materiales por medio del corte con herramientas de corte de enfriado criogénico. Se citan numerosas referencias a lo largo de esta aplicación, incluyendo las notas finales que aparecen después de la Descripción Detallada de la Invención. Cada una de esas referencias se incorpora en la presente para referencia con, respecto a las porciones pertinentes de las citadas' referencias en la presente. Como se utiliza en la presente, el término "corte" incluye pero no se limita a las siguientes operaciones; torneado, taladrado, separación, acanalado, revestimiento, aplanamiento, fresado, perforado y otras operaciones qué generan continuas virutas o fragmentos o segmentos de virutas. El término de corte no incluye: pulverización,' maquinado de electro descarga, corte ultrasónico, o corte por. erosión de chorro a alta presión, es decir, las operaciones que generan virutas demasiado finas que no estén bien definidas en forma, por ejemplo, polvo o talco.

Los materiales de maquinado duros o difíciles de-cortar, así como el corte a alta velocidad de los materiales de todos los grupos excepto del grupo de punto de baja fundición que incluye zinc o polímeros, conduce a muy altos niveles de energía disipada en la herramienta de ' corte . La Tabla 1 a continuación presenta ejemplos de metales ferrosos y no ferrosos fáciles y difíciles de maquinar con sus respuestas al maquinado modificadas tanto por la composición como por la condición termomecánica . Los materiales caracterizados por la unidad de potencia (Pc) de más de 1 hp/pulg3/minuto , unidad de energía (Ec) de más de 2.7 J/mm3, y/o dureza de más de 30 HRC se consideran difíciles de maquinar. En el caso de los aceros y otros metales de fundición por arriba de los 1400°C, el maquinado a alta velocidad demuestra la dificultad aún si el nivel de dureza es tan solo de 25 HRC. TABLA 1: Ejemplos de Dureza, Potencia, Energía y Temperatura Encontradas en el Corte (1) Materiales Dureza Unidad Unidad Densidad Calor Incremento de Potencia de Energía Específica Específico Nominal en [hp/pulgada3/ [Joules/mm3] Asumida Asumido Temperatura .dé minuto] [gr/cm3] [Cal/(gr*k)] Trabajo de Material/Viruta [grados K o CJ Magnesio 40-90 HB 0,13-0.17 0.36-0.46 Aleaciones de aluminio 30-150 HB 0.20 0.55 2.7 0.21 230 de baja resistencia Aleaciones de Aluminio 0.35 0.96 2.7 0.21 400 6061-T6 Aleaciones de Aluminio 0.46 1.26 2.7 0.21 520 2024-T4 Aleaciones de cobre 10-80 HRB 0.50 1.37 8.9 0.09 400 suave Latón 70Cu-30Zn 0.59 1.61 Cobre y Aleaciones 80-100 HB 0.70-0.80 1.91 -2.18 8.9 0.09 580 de cobre duras Aceros: ? Acero de carbón 150-175 HB 0.58 1.58 7.8 0.11 440 AIS1 1020 ? Acero de carbón 176-200 HB 0.67 1.83 7.8 0.11 500 AIS1 1020 ? Aceros de Carbón, 35-40 HRC 1.15 3.14 7.8 0.11 870 aleación y herramienta 40-50 HRC 1.20 3.28 7.8 0.11 900 Varios niveles de 50-55 HRC 1.60 4.37 7.8 0.11 -1200 dureza. 55-58 HRC 2.75 7,51 7.8 0.11 >1500 Aceros inoxidables 135-275 HB 1.05 2.87 forjados y fundidos 30-45 HRC 1.12 3.06 varios niveles de dureza... 150-450 HB 1.12 3.06 Aceros inoxidables de endurecimiento estructural Grados suaves de 110-190 HB 0.55 1.50 Hierros fundidos Grados maleables, 190-320 HB 1.12 3.06 dúctiles y grises Aleaciones de titanio 250-375 HB 1.0-1.9 2.73-5.18 4.4 0.12 1186->160t ; Súper aleaciones 200-360 HB 2.0 5.46 8.9 0.11 > 1350 . basadas en Níquel Aleaciones 217 HB 1.4 3.82 de Niobio Molibdeno 230 HB 1.6 4.37 10.2 0.06 1710 Tántalo 210 HB 2.25 6.14 Tungsteno 320 HB 2.3 6.28 19.2 0.03 2440 ' Notas : 1. Unidad de Potencia: Potencia en la herramienta de corte que requiere para remover el material de trabajo en la velocidad de 1 pulg3/minuto . 2. Unidad de energía: Total de la energía disipada por la herramienta de corte que remueve 1 mm3 del material. 1.0 hp/pulgJ/min = 2.73 J/mm3 3. Como se enlistaron anteriormente, los valores promedio de la unidad de Potencia que se requieren en el torneado son válidos para las herramientas de corte de acero afilado de alta velocidad (HSS) y de carburo (WC-Co) dentro de la velocidad de alimentación de intervalo de 0.005 a 0.020 pulgadas por revolución y excluye el factor de eficiencia del husillo. Los valores promedio de la unidad de potencia requerida en el fresado puede variar por +/- 10%. 4. Los valores de la unidad de Potencia deben ser multiplicados por un factor de aproximadamente 1.25 en el caso de cortar con herramientas desafiladas o con herramientas caracterizadas por una geometría de inclinación negativa . 5. Como se calculó ante iormente, el incremento nominal en la temperatura de la viruta es un estimado que asume: (1) calor específico constante del material de trabajo a través del rango de temperatura completo, (2) que no haya pérdidas de energía en el material y la herramienta de trabajo,' y (3) una distribución uniforme de la temperatura a través del grosor de la viruta que incluye la interconexión de contacto de viruta/herramienta dentro de la llamada zona de disgregación secundaria . La Tabla 1 también muestra como la unidad de potencia y de energía traducida a altas temperaturas de una viruta maquinada que está en contacto con la herramienta de corte. Es claro que los materiales de alta potencia y las condiciones de corte requieren grados de herramientas u$ ¦ retienen la dureza a las más altas temperaturas - los grados" duros pero frágiles de los carburos cementados (WC-Co) e, idealmente, los materiales de herramienta no metálicos avanzados que ofrecen un máximo nivel de dureza en el costo de una baja resistencia de ruptura y tenacidad a la fractura. La Tabla 2 a continuación esquematiza los valores' típicos de resistencia de ruptura cruzada (TRS) y la. tenacidad a la fractura (KiC) de la mayoría de los grupos de materiales de herramientas. TABLA 2 : Propiedades Seleccionadas de HSS , Carburo y Materiales de Herramienta Avanzados - Cermets , Cerámicas y Diamante2) Comparando el acero de alta velocidad (HSS) tradicional y los grados más fuertes de carburos cementados ß que contiene más aglutinante de cobalto, los materiales de herramienta no metálicos avanzados son significativamente más frágiles, es decir, sensitivos a las irregularidades et¾ cargas de tensión, irregularidades en cargas o enfriamiento térmico y choques de tensión térmico. Las herramientas con un valor de TRS menor a 3 GPa (3000 Pa) y un valor Kic de menos de 10 MPa m1/2 se consideran frágiles y propensos a la fractura rápida bajo condiciones de corte de alta potencia. Por esta razón, la comunidad de maquinado está al tanto de la necesidad ya sea de evitar el uso de fluidos de corte convencionales cuando se maquine con esos materiales de herramienta frágiles o, si es posible y práctico en una operación de corte dada, utilizar los materiales d¾ herramienta frágiles con extremo cuidado por medio de 'una inundación completa y uniforme de la herramienta, la viruta y la zona de contacto. Por ejemplo, numerosas publicaciones y recomendaciones de los fabricantes de herramientas' alertan a los operadores de la maquinaria acerca del problema de vida reducida o de herramientas cerámicas en contacto con fluidos de corte convencionales. A pesar de las deficiencias inherentes, por ejemplo, la pieza de trabajo sobrecalentada, precisión dimensional reducida, o riesgo de fuegos por virutas,- el maquinado en seco se recomienda si se utilizan herramientas duras pero frágiles. P.K. Mehrotra de Kennametal enseña en "Applications of Ceramic Cutting Tools", Key Engineering Materials, Vol . 138-140 (1998), Capitulo ' 1, páginas 1-24: "el uso de enfriadores no se recomienda cuando esas herramientas se utilizan para maquinar aceros debido .a, su baja resistencia al choque térmico"-. R.C. De es y D.K. Aspinwall ("The Use of High Speed Machining for the-Manufacture of Hardened Steel Dies", Trans . Of NAMRI/SME,' Vol. XXIV, 1996, páginas 21-26) probó un rango de herramientas de óxido y nitruro que incluye: 71% A1203-TÍG 75% Al203-SiCw, 50% CBN-AIB2-AIN , 50% TiC-WC~AIN-AIB2 , 80% CBN-TiC-WC, asi como 9.5% CBN-Ni/Co. Se encontró que el uso de un fluido de enfriamiento convencional aplicado por medio del inundamiento o rociamiento da como resultado en la reducción de vida de la herramienta por más del 95% excepto por la alúmina reforzada de triquita, para la cual la vida se acorta en aproximadamente un 88%. Los resultados de pruebas similares mostraron un dramático fallo en las herramientas por la formación de viruta frágil en contacto con el fluido de enfriamiento se han publicado para insertos de corte ¦ PCBN por T.J. Broskea et al., GE Superabrasives en MS Online (www .mmsonline . com/articles ) y por otros en algunos otros sitios. La Tabla 3 a continuación representa las condiciones de maquinado típica recomendada en la técnica anterior para un rango de materiales de trabajo y materiales Notas: Potencia de corte, el flujo de Potencia y graduar la velocidad se estiman a partir de datos de la Tabla 1. Referencias para condiciones de maquinado - IAMS y ASM que se enlistan en la Tabla 1. Flujo de Potencia = Potencia Total / DOC / F lhp/pulg2 = 1.15 W/mm2 Los ejemplos representativos de la Tabla 3 no intentan ser una lista exhaustiva. Las personas expertas en la técnica reconocerán que son posibles otras numerosas condiciones que darían como resultado patrones similares. Los altos valores del flujo ce Potencia indican la magnitud del potencial establecido en la carga de herramienta termomecánica o irregularidad en el enfriamiento de la herramienta. Únicamente las herramientas HSS y ciertas herramientas de carburo cementado operan bajo las condicioné^; de rango de corte en donde estas irregularidades del proceso: pueden descuidarse. Siendo un producto de velocidad de corte y unidad de Potencia, el flujo de Potencia indica si un, equipo dado de condiciones de maquinado conduce a una situación de corte de alta potencia. Si una velocidad decorte se selecciona para una herramienta dada, la profundidad del corte, y la velocidad de alimentación, es mayor que la velocidad de corte recomendada por el fabricante de la herramienta, y/o el material de trabajo requiere una unidad-de potencia de corte que exceda 1 hp/pulg3/minuto, el valor de flujo de potencia resultante excede el valor de flujo de;T potencia convencional y la operación puede clasificarse com corte de alta potencia. A pesar de que la industria de maquinado tiene fuertes incentivos económicos para incrementar las operaciones de corte dentro del rango de alta potencia, está limitada por el sobrecalentamiento de la herramienta, los valores de flujo de alta potencia y la insuficiencia de remover la energía de corte de las herramientas en una manera uniforme requerida para prevenir fallas rápidas. Todos" los materiales de herramienta, incluyendo los HSS, carburos, y-cerámicas refractarias tienen una cosa en común - a medida que la temperatura del material de herramienta se incrementa', el material de la herramienta se suaviza y puede desarrollar tensión interna localizada (debido a la expansión térmica, especialmente si se combinó con una conductividad limitada) , como lo describen E . M . Trent y P. . Wright "Metal Cutting", 4a. Edition, Butterworth, Boston, Oxford, 2000, y el Manual-ASM "Machining Ceramic Materials". Esto posee límites en la dureza de la pieza de trabajo, la velocidad de corte y el flujo de Potencia durante el maquinado. Con métodos de maquinado convencionales, la industria es incapaz de hacer frente al problema del enfriamiento mientras satisface otras necesidades enumeradas anteriormente. Otros problemas q e enfrenta la industria del maquinado incluyen problemas relacionados con la salud y el ambiente asociados con los fluidos de corte convencional y los enfriadores ue actualmente se utilizan en la industrra. Por ejemplo, 'el dióxido de carbono (CO2) , que es un enfriador industrial' comúnmente utilizado, es un generador del efecto invernadero. También, debido a que el CO2 es más denso que el aire-presenta una preocupación de asfixia potencial. Adicional ente, el CO2 también tiene el potencial de causar' la corrosión de ácidos, debido a que es soluble en agua. El freón y los substitutos del freón, que algunos otros utilizan' comúnmente como enfriadores, también son generadores del efecto invernadero y drásticos reductores de la capa de ozono. Esias sustancias también son explosivas y/o tóxicas cuando se calientan al contacto con sólidos al rojo vivo.

Otros enfriadores que pueden ser explosivos incluyen los gases de hidrocarburo y el amoniaco licuado. Los enfriadores tales como aire licuado/criogénico con oxigeno pueden dar como resultado fuego por virutas. Existe un organismo relativamente grande de::-publicaciones de técnica anterior pertinentes a los enfriadores criogénicos de herramientas, incluyendo: WO 99/60079 (Hong) y las Patentes Norteamericanas Nos. 5,761,974 (Wang et al.), 5, 901,623 (Hong) , 3,971,114 (Dudley),/ 5,103,701 (Lundin et al.), 6,200,198 (Ukai, et al.) 5,509,335 (Emerson), y 4,829,859 (Yankoff) . Sin' embargo, ninguna de estas publicaciones como tampoco las demás referencias a la, técnica anterior que se plantean en la presente solucionan los problemas que se abordaron anteriormente ni satisfacen' las necesidades asentadas a continuación. La Patente Norteamericana No. 5,761,974 (Wang et al.) describe un depósito en forma de tapa enfriado en 'forma criogénica, colocada en la parte superior de una herramienta de corte, como se muestra en la Figura 1? en la presente (que corresponde a la Figura 1 de Wang et al . ) . El método y aparato de Wang proporciona un enfriamiento uniforme y estable, excepto que el depósito requiere herramientas especializadas y su reposición si la profundidad del corte y/o velocidad de alimentación se cambian durante las operaciones de corte. Tales requerimientos y limitaciones son costos prohibitivos e inaceptables en el ambiente del maquinado industrial . La Patente Norteamericana No. 5,901,623 (Hong) describe un fluido criogénico que rocía el quebrantador de virutas que se coloca adyacente en la cara inclinada para levantar una viruta de la cara inclinada después de que la viruta se corta de una pieza de trabajo. Véanse las Figuras* IB y 1C en la presente (que corresponden a las Figuras 3 y 7B de Hong) . El método de Hong no proporciona un enfriamiento uniforme de la herramienta de corte completa, ' lo cual s:e desea en el caso de que se utilicen herramientas duras pero frágiles en operaciones de corte de alta potencia. Más aún, la boquilla del quebrantador de viruta de Hong requiere herramientas especializadas y su reposición si la profundidad del corte y/o velocidad de alimentación cambian durante el corte. Tales requerimientos y limitaciones son costos prohibitivos e inaceptables en el ambiente del maquinadd.-industrial. La Patente Norteamericana No. 3,971,114 (Dudley) describe un aparato y método de herramienta de enfriamiento crioqénico en el cual la herramienta se enruta internamente, el pasaje interno se aisla térmicamente, y el flujo del enfriamiento se envía en forma de chorro en un ángulo preciso en la interconexión entre el borde de la herramienta y la pieza de trabajo para que el corte de viruta desde la pieza de trabajo no interfiera con el flujo. Véanse las Figuras ID y ]E de la presente (que corresponden a las Figuras 2 y 3A de Dudley) . Este método tampoco proporciona el enfriamiento uniforme deseado de las herramientas de corte duras pero-frágiles utilizadas en las operaciones de corte de alta potencia. Más aún, requiere herramientas especializadas y complejas. Este' requerimiento es prohibitivo en su costo e inaceptable en el ambiente del maquinado industrial. La Patente Norteamericana No. 5, 103, 701 (Lundin, e¡t' al.) describe un método y aparato para el maquinado por diamante de materiales que reaccionan en detrimento con las-herramientas de corte de diamante en las cuales tanto la ¦ herramienta de corte como la pieza de trabajo se enfrian -a.-temperaturas criogénicas. El método y aparato requiere una modificación fundamental de la herramienta de máquiaja. completa y en el manejo de la pieza de trabajo, algo que es prohibitivo en su costo e inaceptable en el ambiente del maquinado industrial. La Patente Norteamericana No. 6,200,198 (Ukai et al.) describe un método de cortado de materiales metálicos y-.', no metálicos en una atmósfera enfriada ligeramente de gas aó combustible en donde una mezcla de nitrógeno y gases . de oxigeno, o gas de nitrógeno y aire, se soplan en el área d¾-,: contacto entre la herramienta y el material de trabajo. La efectividad de este método en las operaciones de corte de alta potencia es cuestionable en vista de que el hecho de que los gases que se utilizan no son enfriados en .forma criogénica. Se sabe que los chorros de gas aspiran; rápidamente el aire caliente de los alrededores, lo que significa que la temperatura del chorro en la superficie de la herramienta es casi la misma que la temperatura del aire que le rodea . La Patente Norteamericana No. 5,509,335 (Emerson) describe un sistema de maquinado criogénico que incluye U a-cámara de atmósfera herméticamente sellada que encierra la' herramienta de maquinado completa y el mecanismo de manejo de' material y dirige el fluido criogénico hacia una pieza; de trabajo retenida por el sostén de la pieza de trabajo. Inefectividad de este método en las operaciones de corte de alta potencia es dudosa debido a que el criógeno enfria · el material de la pieza de trabajo por medio del mismo haciendo aún más difícil el corte de la pieza de trabajo. El método no puede practicarse sin una modificación fundamental de la herramienta de maquinado completa y del manejo de la pieza de trabajo, lo cual es prohibitivo en su costo e inaceptable en la industria del maquinado industrial. La Patente Norteamericana No. 4,829,859 (Yankoff) describe un sistema de muy alta presión, mezclando pulsaciones y enviando a chorro un fluido convencional y COj frío a la herramienta, pieza de trabajo y virutas. A pesar de que es muy efectiva al romper las virutas grandes, el sistema genera una bruma de fluido tóxico que no es aceptable por razones de salud y ambientales. Los costos de capital operación del sistema de alta presión son prohibitivos .e; inaceptables en la industria del maquinado. Su pulsación de chorro a muy alta presión, frecuentemente com ina do partículas sólidas, podría afectar la vida de operación de las herramientas duras pero frágiles en el modo de corte de alta potencia. La O 99/60079?2 (Hong) describe un cortador de fresado criogénico que incluye girar los tubos de transferencia y la boquilla colocada junto a los bordes de corte y exponerlos continuamente a las virutas abrasivas que-se desarrollan a partir del trabajo. Aparte de la cuestión relacionada con los costos de mantenimiento y vida de este, sistema, su aplicación en la industria del maquinado requiere un costoso re-equipamiento con herramientas de los centros de-maquinado ya existentes, algo no deseado e inaceptable en el ambiente de producción. Es deseable tener un aparato y un método para enfriar las herramientas de corte, incluyendo herramientas duras pero frágiles, que mejoren la vida de la herramienta ' en.' las operaciones de corte caracterizadas por los valores de flujo ' de potencia que exceden los valores comunes recomendados para los procesos de maquinado convencional por los fabricantes de herramientas, proveedores de herramientas y autoridades técnicas reconocidas dentro de la industria del maquinado. Además se desea tener un aparato y un método para enfriar tales herramientas de corte lo que incrementa ; la velocidad y/o productividad de corte del material de trabajo ' las cuales están limitadas por la vida útil (y los costos) de las herramientas de corte, insertos y puntas. Además se desea tener un aparato y un método para maquinar una pieza de trabado que mejore las condiciones de seguridad y el ambiente en los lugares de trabajo utilizando un enfriamiento criogénico para enfriar las herramientas de corte, eliminando de esta forma los fluidos de corte emulsionados convencionales y/o las brumas de aceite. Además se desea tener un aparato y uri método parí, maquinar una pieza de trabajo que mejore las condiciones de seguridad y el ambiente en los lugares de trabajo minimizando el riesgo de fuego por virutas, incendios y/o emisiones dé' vapor de virutas mientras que utilizan un método de enfriamiento de herramientas de corte aceptable al ambiente, seguro, no tóxico y limpio. Además se desea tener un aparato y un método para maquinar que reduzca los costos de producción eliminando los componentes de trabajo, el lugar de trabajo, y/o la limpieza de la máquina que se necesita con el uso de fluidos emulsionados convencionales y/o las brumas de aceite. Además se desea tener un aparato y un método para maquinar que proporcione el corte efectivo de los materiales de trabajo que no puedan tolerar los fluidos de 'cort% emulsionados convencionales y/o las brumas de aceite, tale como los productos médicos o componentes de polvo metalúrgico caracterizadas por su abierta porosidad. Además se desea tener un aparato y un método para enfriar herramientas de corte, un aparato y un método par controlar el enfriamiento de las herramientas de corte durante las operaciones de corte, y un aparato y un método para maquinar una pieza de trabajo, que sobrepasé las dificultades y desventajas de la técnica anterior con mejores y más ventajosos resultados. La invención es un aparato y un método para enfriar una herramienta de corte, un aparato y un método para controlar el enfriamiento de una herramienta de corte durante las operaciones de corte, y un aparato y un método para enfriar una pieza de trabajo. Otro aspecto de la invención es un aparato y método para maquinar una pieza de trabajo con una herramienta de corte utilizando el aparato y un método para enfriar la herramienta de corte y/o el aparato y si método para controlar el enfriamiento de la herramienta dé corte. Otros aspectos son una pieza de trabajo maquinada por' medio del aparato y el método para maquinar, y las virutas reciclables removidas desde la pieza de trabajo como un subproducto del aparato y método de maquinado. Una primera modalidad del método para enfriar una herramienta de corte incluye múltiples pasos. El primer paso es proporcionar un suministro de un fluido criogénico. El segundo paso es enviar un chorro estabilizado de li re expansión del fluido criogénico a la herramienta de corte',, ("Un chorro estabilizado de libre expansión" se define y se plantea en la sección de la Descripción Detallada de la Invención a continuación) . Existen algunas variaciones de la primera modalidad del método de enfriamienro . En una variación, la herramienta de corte se acopla (comprometida) en una operación de corte de la pieza de trabajo y que forma viruta de alta potencia. Preferiblemente, al menos una porción del fluido criogénico se selecciona de un grupo que consiste de nitrógeno liquido, nitrógeno gaseoso, argón liquido, argón gaseoso y mezclas de los mismos. En otra variación, al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico tiene una temperatura por debajo de aproximadamente menos ; 150' grados centígrados (-150°C) . En otra variación, al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión del fliaidü criogénico tiene una velocidad de flujo de masa uniforme sustancialmente mayor o igual que aproximadamente 0.5 lbs/minuto y menor o igual que aproximadamente 5.0 lbs/minuto. En otra variación, al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico tiene una velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme que tiene un tiempo de ciclo de pulso de flujo menor o igual que aproximadamente 10 segundos. En otra variación, la herramienta de corte tiene una superficie inclinada y al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico choca con al menos una porción de la superficie inclinada. En otra variación, al menos una porción de la herramienta de corte tiene un valor de resistencia de ruptura cruzada (TRS) de menos que aproximadamente 3000 MPA. En otra variación, la herramienta de corte tiene un borde de corte y un medio para enviar el chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico hasta la herramienta de corte tiene al menos un punto de descarga separado del borde de corte por una distancia más grande o igual que aproximadamente 0.1 pulgadas y menos de aproximadamente 3.0 pulgadas. En una variante de esta variación, al menos una. porción del fluido criogénico tiene una presión mayor o igual que aproximadamente 25 psig y menor o igual que 250 psig durante o inmediatamente antes de la descarga a partir de al menos un punto de descarga. En otra modalidad del método para enfriar una herramienta de corte, en la cual la herramienta- de corte tiene un borde de corte, existen múltiples pasos. El primer paso es proporcionar un suministro de un fluido criogénicos?,. El segundo paso es proporcionar una boquilla adaptada para descargar el chorro del fluido criogénico. La boquilla tiene al menos un punto de descarga separado del borde de corte por una distancia más grande o igual que aproximadamente 0,1 pulgadas y menos que aproximadamente 3.0 pulgadas. El tercer paso es enviar un chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico a partir del punto de descarga hasta la herramienta de corte, en donde el fluido criogénico tiene una temperatura de aproximadamente menos de 150 grados centígrados (-150°C) en el punto de descarga. Otro aspecto de la invención es un método para maquinar una pieza de trabajo con una herramienta de corte utilizando un método para enfriar la herramienta de corte como en la primera modalidad del método para enfriar. Otros aspectos son una pieza de trabajo maquinada por medio de tal método de maquinado y que se caracteriza por una superficie mejorada, unas virutas reciclables que se remueven de la pieza de trabajo como un subproducto del método de maquinado de la pieza de trabajo, las virutas reciclables se caracterizan por tener una pureza mejorada. El método para enfriar una pieza de trabajo involucra múltiples pasos. El primer paso es proporcionar un suministro de un fluido criogénico. El segundo paso es enviáx un chorro estabilizado de libre expansión de un fluido criogénico a la pieza de trabajo. Una primera modalidad del método para controlar X enfriamiento de una herramienta de corte durante una operación de corte incluye múltiples pasos. El primer paso es proporcionar un suministro de un fluido criogénico. El segundo paso es enviar un flujo del fluido criogénico a la herramienta de corte. El tercer paso es regular el flujo del fluido criogénico en la herramienta de corte en una velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme, en donde un recubrimiento de escarcha se mantiene en al menos una porción de la herramienta de corte durante sustancialmente todas las operaciones de ccrte en una atmósfera que tiene un ambiente relativamente húmedo en un rango de aproximadamente 30% a aproximadamente 75% y una temperatura ambiente en un rango de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 25 °C. En una variación-de esta modalidad, la herramienta de corte se acopla en una operación de corte de la pieza de trabajo y que forma viruta de alta potencia. Otra modalidad del método para controlar el enfriamiento de una herramienta de corte durante una operación de corte incluye múltiples pasos . El primer paso es proporcionar un suministro de un fluido criogénico. El segundo paso es proporcionar una boquilla que se adapta para descargar un flujo del fluido criogénico, la boquilla tiene al menos un punto de descarga separado de la herramienta de corte. Un tercer paso es enviar un flujo de un fluido' criogénico a ' partir del punto de descarga de la herramienta de corte. El cuarto paso es regular el flujo del fluido criogénico de la herramienta de corte en una velocidad' de flujo de masa sustancialmente uniforme mayor o igual que aproximadamente 0.5 lbs/minuto y menor o igual que 5.0 lbs/minuto teniendo un tiempo de ciclo de pulsación de flujo menor o igual a 10 segundos, en donde un recubrimiento de escarcha se mantiene en al menos una porción de la herramienta de corte durante sustancialmente toda la operación de corte en una atmósfera cue tiene un ambiente relativamente húmedo en un rango de aproximadamente 30% hasta aproximadamente 75% y una temperatura ambiente en un rango de-' aproximadamente 10°C hasta aproximadamente 25°C. .\ Otro aspecto de la invención es un método para..:' maquinar una pieza de trabajo con una herramienta de corté" utilizando un método para controlar el enfriamiento de' ,' la-herramienta de corte como en la primera modalidad del método para controlar el enfriamiento. Otros aspectos son una pieza de trabajo maquinada por medio de este método de maquinado y ' que se caracteriza por una superficie mejorada, y las virutas reciclables se remueven desde la pieza de trabajo como, un subproducto de este método de maquinado, cuyas virutas se caracterizan por tener una pureza mejorada. Una primera modalidad del aparato para enfriar una herramienta de corte incluye: un suministro de un fluido criogénico; y medios para enviar un chorro estabilizado dé libre expansión de fluido criogénico hasta la herramienta ds corte . Existen varias variaciones de la primera modalidad del aparato para enfriamiento. En una variación, la herramienta de corte se acopla en una operación de corte de una pieza de trabajo y que forma viruta de alta potencia.' Preferiblemente, al menos una porción del fluido criogénico se selecciona de entre un grupo consistente de nitrógeno liquido, nitrógeno gaseoso, argón liquido, argón gaseoso y mezclas de los mismos. En otra variación, al menos una-porción del chorro estabilizado de libre expansión del fluido, criogénico tiene una temperatura por debajo dé aproximadamente menos 150 grados centígrados (-150°C) . En otra variación, al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico tiene una velocidad de flujo de masa sus ancialmente uniforme más grande que o igual a aproximadamente 0.5 lbs/minuto y menos o igual que aproximadamente 5.0 lbs/minuto. En otra variación, al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico tiene una velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme que tiene un tiempo de ciclo de pulsación de flujo menor o igual a 10 segundos. En otra variación, la herramienta de corte tiene una superficie inclinada y al menos una porción de chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico que choca con al menos una porción de la superficie inclinada. En otra variación, al menos una porción de la herramienta de corte tiene un valor de resistencia de ruptura cruzada (TRS) menor que aproximadamente 3000 MPa. En otra variación, la herramienta de corte tiene un borde de corte y un medio para enviafrj el chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico hasta la herramienta de corte que tiene al menos un punto de descarga separado del borde de corte por una distancia mayor o igual que aproximadamente 0.1 pulgadas y menor que aproximadamente 3.0 pulgadas. En una variante de esta variación, al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión de fluido criogénico tiene una presión mayor o igual que aproximadamente 25 psig y menor que o igual a aproximadamente 250 psig durante o inmediatamente antes de . la descarga a partir de al menos un punto de descarga. En otra modalidad del aparato para enfriar una herramienta de corte, en la cual la herramienta de corte tiene un borde de corte, existen varios elementos. El primeí:" elemento es un suministro de un fluido criogénico. El segund elemento es una boguilla adaptada para descargar un chorro de-fluido criogénico. La boquilla tiene al menos un punto de descarga separado del borde de corte por medio de un distancia mayor o igual que aproximadamente 0.1 pulgadas y menor que aproximadamente 3.0 pulgadas. El tercer elemento es un medio para enviar un chorro estabilizado de libre expansión de fluido criogénico a partir del punto de descarga hasta la herramienta de corte, en donde el fluido .criogénico tiene una temperatura de aproximadamente menos 150 grados centígrados (-150°C) en el punto de descarga. Otro aspecto de la invención es un aparato para maquinar una pieza de trabajo con una herramienta de corte que utiliza un aparato para enfriar la herramienta de corte como en la primera modalidad del aparato. Otros aspectos son una pieza de trabajo maquinada por medio de un aparato para maquinar y ca acterizada por una superficie mejorada, y las virutas reciclables se remueven de la pieza de trabajo como un subproducto, las virutas reciclables se caracterizan por tener una pureza mejorada. El aparato para enfriar una pieza de trabajo-incluye: un suministro de un fluido criogénico; un medio para enviar un chorro estabilizado de libre expansión de fluido criogénico a la pieza de trabajo. Una primera modalidad del aparato para controlar el enfriamiento de una herramienta de corte durante una operación de corte incluye varios elementos. El primer elemento es un suministro de un fluido criogénico. El segundo elemento es un medio para enviar un flujo del fluido criogénico hasta la herramienta de corte. El tercer elemento. es un medio para regular el flujo del fluido criogénico hast la herramienta de corte en una velocidad de flujo de raa$,®: sustancialmente uniforme, en donde un recubrimiento de escarcha se mantiene en al menos una porción de ia herramienta de corte durante sustancialmente toda la operación de corte en una atmósfera que tiene una humedad ambiental relativa en un rango de aproximadamente 30% .hasta' aproximadamente 75% y una temperatura ambiente en un rango- de aproximadamente 10°C hasta aproximadamente 25°C. En u a, variación de esta modalidad, la herramienta de corte se acopla en una operación de corte de pieza de trabajo y que forma viruta de alta potencia. Otra modalidad del aparato para controlar el. enfriamiento de una herramienta de corte durante una-operación de corte incluye varios elementos. El primer elemento es suministrar un fluido criogénico. El segundo elemento es una boquilla adaptada para descargar un flujo del fluido criogénico. La boquilla tiene al menos un punto dedescarga separado de la herramienta de corte. El tercer elemento es un medio para enviar un flujo de fluido criogénico a partir del punto de descarga hasta la herramienta de corte. El cuarto elemento es un medio para regular el flujo del fluido criogénico hasta la herramienta de corte en una velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme mayor o igual que aproximadamente 0.5 lbs/minuto y menor o igual que aproximadamente 5.0 lbs/minuto que tiene un tiempo de ciclo de pulsación de flujo menor o igual que aproximadamente 10 segundos, en donde un recubrimiento de. escarcha se mantiene en al menos una porción de 1.3; herramienta de corte durante sustancialmente · toda la operación de corte en una atmósfera que tiene una humedad ambiental relativa en un rango de aproximadamente 30% hasta: aproximadamente 75% y una temperatura ambiente en un rango de aproximadamente 10°C hasta aproximadamente 25°C. Otro aspecto de la invención es un aparatoi pará maquinar una pieza de trabajo con una herramienta de corte que utiliza un método para controlar el enfriamiento de una herramienta de corte como en la primera modalidad del aparato para controlar el enfriamiento. Otros aspectos son una pieza de trabajo maquinada por medio de este aparato para maquinar y que se caracteriza porque tiene una superficie mejorada, y las virutas reciclables se remueven de la pieza de trabajo como un subproducto, cuyas virutas se caracterizan por tener una impureza mejorada. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se describirá por medio del ejemplo con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: Las figuras 1A a 1E ilustran varios dispositivos de la técnica anterior utilizados para el enfriárr.iento criogénico en operaciones de maquinado o corte; la Figura 2A es una ilustración esquemática de una modalidad de la invención; t ¦¦ ¦ ' la .Figura 2B es una ilustración esquemática de una modalidad de la invención utilizada en una operación d<S.. torneado; la Figura 2C es una ilustración esquemática de una modalidad de la invención utilizada en una operación, de fresado; la Figura 3A es una gráfica que ilustra el tiempo de exceso de la temperatura de la cara libre de la herramienta durante el torneado de alta potencia del acero inoxidable 440C; la Figura 3B es una gráfica que ilustra el tiempo de exceso de la temperatura de la cara libre de la herramienta y una esquina posterior de la herramienta durante el torneado de alta potencia de TÍ-6A1-4V ELI; la Figura 3C es una gráfica que ilustra la-correlación entre el ciclo de pulsación del crio-fluido y la temperatura de la cara libre de la herramienta durante- el torneado de alta potencia de acero inoxidable 440C; la Figura 3D es una gráfica que ilustra el efecto de RPM de un cortador en una velocidad de flujo de impacto de pulsación de crio-fluido que alcanza un inserto de corte; la Figura 4 es una gráfica que ilustra la vida y la-temperatura de la herramienta en el corte de alta potencia de TÍ-6A1-4V ELI; la Figura 5A es una gráfica que ilustra la vida de una herramienta de compuesto de cerámica utilizada en una operación de corte de alta energía a una velocidad de 300 pies/minuto; ' la Figura 5B es una gráfica que ilustra la vida de ¿. una herramienta de compuesto de cerámica utilizada en uña operación de corte de alta energía a velocidades de '300 pies/minuto y 400 pies/minuto; la Figura 6 es una gráfica que ilustra el efecto de pulsación de un chorro de crio-fluido en la vida de ; un nitruro de boro cúbico bajo ciertas condiciones; y la Figura 7 es una gráfica que ilustra el efecto de la invención en la química de virutas recolectadas para un material de trabajo de TÍ-6A1-4V. La invención se dirige fundamentalmente a las necesidades no resueltas de la industria del maquinado para producir partes nás limpias más rápidas y de un costo más bajo y para mejorar las condiciones ambientales y de salud, en las operaciones de fabricación. Un factor importante al reducir ios costos de fabricación es reemplazar las operaciones de pulverización lenta en partes difíciles de maquinar con más operaciones de corte de costo efectivo. La industria del maquinado necesita mejorar los métodos para el torneado fuerte. Otro factor importante pero frecuentemente pasado por alto es el costo de la herramienta y las modificaciones de procesos convencionales. La industria del; maquinado necesita mejoras en los procesos de maquinado que también minimicen la magnitud de las modificaciones ¦ requeridas para los equipos y procesos existentes. La invención es un aparato y un método para enfriar una herramienta de corte, un inserto, una punta, un borde.,..-, una cuchilla, o una barrena, cualesquiera de la cuales pueden ser fijas o en movimiento (por ejemplo, rotatorias coa respecto a la pieza de trabajo), por medio del uso de un chorro estabilizado (sin trabas) de libre expansión de fluido crioqénico. El chorro de fluido criogénico, que puede ser !,U-íV gas de fase individual, un liquido de fase individual, o una combinación de dos fases, preferiblemente es nitrógeno liquido, nitrógeno gaseoso, argón liquido, argón gaseoso y/o mezclas de los mismos. Sin embargo, las personas expertas en la técnica reconocerán que otras mezclas criogénicas de líquidos, gases y partículas sólidas podrían utilizarse contó* fluido criogénico. El chorro sin traba o libre expansión es una corriente de fluido criogénico expandida desde una alta presión por medio de una boquilla hasta un sitio circundante no confinado o un espacio. Debido a las diferencias de velocidad, densidad y temperatura, las fuerzas cortantes resultantes y los remolinos mezclados conllevan a la aspiración del o los gases circundantes, tales como el aire ambiental. Un chorro se expande a partir de una boquilla localizada en o por encima de una superficie plana, tal como una superficie inclinada, se expande libremente, excepto Si es un chorro que se expande entre dos o más planos fijos no se expande libremente , debido a que el efecto de adherencia de una película limitante es significativamente mejorado y la aspiración de la atmósfera de gas circundante es significativamente reducida. (La superficie inclinada es la superficie de la herramienta de corte adyacente al borde de corte el cual dirige el flujo de la viruta lejos de la pieza de trabajo. En la modalidad que se muestra en la Figura 2?, la superficie inclinada es la superficie de la herramienta de corte adyacente al borde de corte el cual dirige el flujo de la viruta 86. La superficie inclinada puede ser completamente plana, biselada o puede tener una topografía tridimensional más compleja, producida por el moldeo o con una adición de una placa con el propósito de proporcionar un flujo, de viruta' de control mejorado y/o el quebrantamiento de la viruta) . La boquilla para emitir un chorro de libre expansión puede fabricarse de tubería que termina atrás, arriba, o en la superficie inclinada. Alternativamente, la boquilla también puede fabricarse en la forma de un canal perforado en una abrazadera 80 de sujeción de inserto que sostenga una herramienta de corte en el extremo posterior dentro del sostén 82 de herramienta como se muestra en la Figura 2A. La boquilla puede formarse por medio de cualquier combinación de componentes mecánicos ajustables o fijos sujetos a una abrazadera de sujeción de inserto o un sostén'.' de herramienta que tiene canales perforados para la descarga del fluido criogénico a partir de la distancia deseada en una superficie inclinada y hacia un borde de corte de la superficie inclinada. La Figura 2B ilustra un ejemplo de una boquilla de ángulo ajustable sujeta al sostén de herramienta.-La salida de la boquilla puede ser redonda o plana vertical u horizontalmente , convergente, recta o divergente. No existen limitaciones particulares en la boquilla, siempre y cuando los chorros de la boquilla en un chorro de libre' expansión del fluido criogénico en la herramienta a partir de la distancia deseada en la dirección deseada mientras se colocan lejos de la viruta. La Figura 2A ilustra una modalidad preferida de un aparato 70 que se explica por medio de la invención en La., cual un chorro de libre expansión' de un fluido 72 criogénico-se dirige a la superficie de una punta 74 de una herramienta de corte. El fluido criogénico pasa a través de un tubo 76 de suministro y de un orificio 78 pasante el cual se perfora a. través de una abrazadera 80 para formar una boquilla. L abrazadera se sujeta a un sostén 82 de herramienta, por medio de un mecanismo de sujeción (no mostrado) . El chorro de. fluido criogénico se él¡|lafí€ie a partir de la boquilla dentro de la punta 74 ce un inserto 84 de corte. En un modo más preferido de operación, el chorro de libre expansión terminé en la superficie de la punta del inserto de corté/;1 Alternativamente, puede permitirse que el chorro de librs. expansión se expanda más lejos para alcanzar la viruta 86 que se desarrolla a partir de la pieza de trabajo asi como lá superficie de la pieza de trabajo alrededor de la viruta y déla zona de contacto de la pieza de traba o/herramienta. La modalidad que se muestra en la Figura 2 minimiza la magnitud de las modificaciones requeridas en una herramienta de maquinado estándar establecida para practicar la presente invención. La boquilla de chorro del fluido, criogénico se incorpora dentro de una abrazadera 80 de metal, que comúnmente se utiliza para sostener los insertos 84 de' corte en la posición de trabajo, cuyos insertos de corte pueden fabricarse de un material frágil. La salida de la boquilla y la parte frontal de la abrazadera se localizan lejos de la viruta 86 desarrollada a partir de la pieza 88 de trabajo durante el corte, y nunca se encuentran en contacto continuo con la viruta y no participan en la operación de quebrantamiento de la viruta . La ilustración de la Figura 2A muestra la dirección 90 de rotación (medida en RPM) de la pieza 88 de trabajo, la profundidad del corte (DOC) 92, la velocidad 94 de alimentación (F = grosor dti ¾S" viruta no deformada), y la potencia 96 de corte. ;„. Las Figuras 2B y 2C ilustran un modo preferido de una aplicación del chorro en las operaciones de torneado' ; y fresado. El chorro de fluido 72 criogénico choca directamente en la herramienta objetivo. Para la aplicación del torneado (Figura 2B) , el fluido criogénico entra en el tubo 76 de suministro y se descarga a partir del ensamble 93 de boquilla, el cual es una boquilla de ángulo ajustable. Un chorro estabilizado de libre expansión de fluido criogénico se transmite a partir del ensamble de boquilla hasta la cara libre de la herramienta del inserto 84 de herramienta de corte. La longitud 100 axial del chorro a partir de la salida''' de la boquilla hasta la cara libre de la herramienta es una., característica decisiva de la invención, como se plantea en la presente. Las flechas 102 indican el encauzamiento del' aire ambiental por medio del chorro. En la operación de fresado que se muestra en la-Figura 2C, el chorro estabilizado de libre expansión del fluido 72 criogénico se transmite a partir de una boquilla en el extremo del tubo 76 de suministro. La distancia entre la boguilla y la herramienta 104 debe ser al menos de tres pulgadas. Las flechas 102 indican el encauzamiento del aire ambiental. La herramienta gira en la dirección que se muestra por la flecha 106 a medida que la pieza 88 de trabajo se mueve en la la flecha 108. La figura ilustra una pro un a e cor e , un ancho de corte 110, y las virutas 86' formadas por el proceso de fresado. El nitrógeno criogénico y/o los fluidos de argón (en fase liquida o gaseosa) se prefieren debido a que los. fluidos son inertes, no tóxicos, no corrosivos, aceptables-ambientaimente , y pueden ser suficientemente fríos en la salida de la boquilla para enfriar un objetivo remoto, tal' como la herramienta de corte, si se envía en chorro hasta el' objetivo a partir de una distancia. Los puntos de ebullición' del nitrógeno líquido, el argón líquido y otras tantas escalas de fluidos criogénicos con su presión de suministro para alcanzar el siguiente mínimo si se expanden en un \ ambiente de presión atmosférica 1: N2 líquido = -196°C = -320°F Az líquido = -186°C = -302°F Co2 líquido = -79°C = -110°F (punto de sublimación) Clorofluocarbono de Freón -12 CC12F2 = -30°C = -22°F Un chorro expandido tiende a encauzar una gran cantidad de gas ambiental, tal como el aire a la temperatura ambiente en las operaciones típicas de maquinado. El encauzamiento del aire a temperatura ambiente da como resultado una drástica reducción ce la capacidad de enfriamiento de un chorro criogénico dentro de una distancia relativamente corta a partir de la salida de la boquilla. La Patente Norteamericana M . 5,738,281 (Zurecki et al) describe un método para minimizar este encauzamiento en el caso de chorros de gas isotérmicos o precalentados . Sin embargo, 'la' patente nc explica acerca de la libre expansión, los chorros. criogénicos que tienden a expandirse tanto radial como axialmente en mezclas con circundantes más cálidos. Se descubrió que si un fluido criogénico se envía en chorro a partir de una distancia de 0.1 a 3.0 pulgadas hasta una superficie de herramienta ob etivo, tiene una temperatura inicial en la salida de la boquilla de menos que 150°C (-150°C), y tiene una velocidad de flujo de al menos 0.5 lbs/minuto, entonces el chorro de fluido criogénico que llega hasta la superficie de herramienta es suficientemente»: frío y puede, potencialmente, mejorar la vida de la herramienta bajo condiciones de corte de alta potencia. Se descubrió también que si la velocidad de flujo del chorro de fluido criogénico excede las 5.0 lbs/minuto (37.8 gramos /segundo) , el esparcimiento excesivo del chorro d . fluido criogénico dentro del área de corte da como resultado en un enfriamiento previo en detrimento del material de la pieza de trabajo, un efecto transitorio de endurecimiento de la pieza de trabajo justo por arriba de la corriente del borde de corte, conduciendo a una caída en la vida de la-herramienta. Se determinó también que la presión de descarga mínima requerida para el efectivo enfriamiento de la herramienta es de 25 >sig (1.7 atm) . La presión máxima (250 psig) se establece por medio de la economía a gran escala del almacenamiento y manejo del nitrógeno criogénico y del argón, - los tanques más comunes y grandes de costo efectivo que contienen estos criógenos se evalúan' hasta por;-230 psig y rápidamente descargan un criógeno expandido térmicamente comprimido si la presión del criógeno excede los 250 psig (17 at ). Se reconoce que con el propósito de alcanzar las necesidades económicas de la industria del-maquinado, el enfriamiento criogénico de las herramientas acopladas en operaciones de corte de alta potencia debe ser, llevada a cabo utilizando una corriente de crio-fluido que' procede a partir de un gran tanque "a granel" bajo su propia presión de vapor criogénico. De esta forma, se optimiza su. procedimiento de enfriamiento de herramienta para una presión ce descarga máxima de no más de 250 psig. La presión- de descarga es la medida de la presión en el lado de la entrada de la boquilla de chorro de fluido criogénico. El chorro de libre expansión de fluido criogénico se apunta hacia la inclinación, cara libre y al borde del corte de la herramienta de corte para maximizar el efecto del enfriamiento. Si se desea la utilización de múltiples crio-' chorros en una operación de corte dada debido a las consideraciones del material de trabajo o de la geometría dev la herramienta, el crio-chorro primario caracterizado porque tiene la velocidad de deberá ser apuntado hacia la inclinación, cara libre, y el borde de corte. Se encontró sorprendente, e inesperadamente que el chorro de fluido criogénico choca en la superficie inclinada de tal forma que el chorro no indju fe a fracturas, desbastado, o resquebraduras de los maté iales de las herramientas duras pero frágiles preferidas en las operaciones de corte de alta potencia. Las herramientas no metálicas avanzadas, asi como otras herramientas duras pero frágiles (caracterizadas por' una resistencia de ruptura cruzada de menos de 3GPa o iaaá-tenacidad a la fractura de menos de 10 MPa m0'5) enfriadas de-acuerdo con el método duraron más que el mismo tipo de herramientas operadas en seco bajo condiciones de corte de alta potencia. Este descubrimiento es contrario a lo que se plantea en la técnica anterior. A pesar de que las razones exactas para los resultados sorprendentes e inesperados (que proporcionan una mejora sustancial sobre la técnica anterior) no son claras, parece que estos resultados podrían deberse a una combinación. de factores. Sin desear comprometerse a ninguna teoría en particular, se consideran que estos factores incluyen pero no se limitan a: (1¡ el endurecimiento criogénico del material de herramienta de corte completo, (2) la reducción en la tensión conducida por la expansión térmica dentro de la herramienta completa, y (3) la reducción en los gradientes térmicos en las superfic¾¡§f? de la herramienta debido al efecto, de la película circundante y al fenómeno Leidenfrost. La película circundante es una película de chorro de condición controlada, semi-estancada y transitoria que "suaviza" el efecto de enfriamiento criogénico y "al'isá" los perfiles térmicos en la superficie donde choca el enfriamiento. El fenómeno Leidenfrost ocurre en un grado más grande o más pequeño con todos los líquidos rociados en una superficie objetivo que es más caliente que el punto de ebullición del líquido. El líquido entra en ebullición sobre una superficie caliente y, por lo tanto, la superficie caliente se protege con una capa de vapor. En el caso de los líquidos criogénicos, especialmente si éstos son más fríos que -150°C, todas las superficies de la herramienta están calientes, lo que significa que un chorro de crio-líquido típico se desliza en una película circundante de su vapor sin humedecer directamente la herramienta. Esto ocasiona que el perfil térmico de la superficie de herramienta que choca con-el enfriamiento sea más suave y pueda explicar porqtte el chorro de crio-fluido de libre expansión es efectivo al mejorar la vida de las herramientas frágiles. En el caso de un fluido de corte basado en agua o aceite, con su punto de ebullición significativamente más alto que la temperatura ambiente, la ebullición ocurre solo a una distancia muy cercana del perímetro de una zona de contacto de la viruta en una superficie de herramienta. Cuando la v ruta cam a dé dirección durante el corte, o la herramienta de corte encuentra una súbita interrupción de corte, detal forma qiae: el fluido convencional se esparce sobre una superficie de herramienta más caliente súbitamente expuesta en donde hierve explosivamente, liberando vapor, micro gotas, y ondas de presión. El grosor de la película circundante, el fenómeno Leidenfrost, los cambios súbitos en el comportamiento de la ebullición con un cambio en la diferencia de la temperatura entre el líquido enviado por chorro y la superficie objetivo- (inestabilidades hidrodinámicas), así como la importancia de la orientación de la boquilla y las condiciones del flujo, se han instruido en muchas referencias . (3) Se cree que el método practicado dentro del rango antes descrito de las condiciones de chorro de crio-fluido promueve la deseada, la película circundante delgada y/o los efectos Leidenfrost lo cual, a su vez, previene la fractura de las herramientas frágiles" mientras que enfría y mejora la vida de la herramienta durante las operaciones de corte de alta potencia. Como se muestra en las Figuras 2B y 2C, el método ,¾ las condiciones del enfriamiento en chorro de libre expansión se sobreponen a las anomalías fundamentales de la técnica anterior pertinente al maquinado criogénico. Debido a que la boquilla se localiza muy atrás del área de formación de viruta y la zona de contacto de la herramienta de trabajo, la velocidad de profundidad de corte, y otras condiciones del maquinarlo podrían cambiarse fácilmente durante una operación dada sin la necesidad de reajustar - la-colocación de la boquilla o el riesgo de daño a la boquilla,..' Por tal motivo, la industria del maquinado puede practicar la invención con un costo mínimo, sin interrupciones,- poseyendo la flexibilidad operacional que surge del hecho de que la boquilla no se sujeta al inserto de corte o depende de ninguna geometría de inserto particular. Una clave para un enfriamiento de herramienta efectivo con el chorro de libre expansión es el ajuste de la velocidad de flujo .del crio-fluido dentro del rango de 0.5 a 5.0 lbs/minuto.y la presión de suministro dentro del rango de 25 a 250 psig con el propósito de enviar su capacidad de enfriamiento a partir de la salida de la boquilla remota hasta la superficie inclinada . ' Se encontró que un promedio de tiempo de la velocidad de flujo del crio-fluido llega a- ser suficiente sólo cuando las paredes de la herramienta de corte se escarcha durante la operación de corte completa en vez del hecho que una cantidad significativa de energía de corte, es decir, calor, entre en la herramienta a través del área de contacto de la viruta caliente . Si la línea de escarcha se forma durante el corte cerca del borde de corte y de la zona de contacto en las paredes laterales e inclinaciones que mueven hacia atrás el jjjtfo extremo de la herramienta, el efecto de enfriamiento criogénico se disminuye, indicando la necesidad de un incremento en la velocidad de flujo en promedio de tiempo y/o en l¾i;B¾iesión ' del crio-fluido. Nótese que bajo las condiciéfes preferidas, no se espera que se desarrolle ningún recubrimiento de escarcha dentro: del lugar de choque directo del fluido criogénico, un producto de Nj y/o Ar libre de humedad . . Poi~,, tal motivo, una parte de la superficie inclinada y/o de'"pared lateral puede estar libre del recubrimiento de escarcha debido a un lavado continuo ??? medio de la rápida expansión y del crio-fluido libre cl#' humedad. Una excepción a la regla de recubrimiento de escarcha de la herramienta ocurre si las operaciones de corte se llevan a cabo bajo condiciones de muy baja humedad, por ejemplo, en una cámara de atmósfera controlada o en un vacio donde los beneficios de la invención pudieran alcanzarse sin producir un recubrimiento de escarcha. Las condicionas atmosféricas normales para el control del escarchado de la herramienta son de 55% con relación a la humedad (RH) más o menos de 20% y 20°C de temperatura más o menos 5°C. El contenido de humedad mínimo para el control de la escarcha es 30% con relación a la humedad en una temperatura de al menos 10°C. También se desarrolló una técnica de diagnóstico para controlar la operación de corte de alta potencia llevada a cabo de acuerdo con la invención y que involucra la observación de efectos dinámicos en la interconexión de la pieza de trabajo-herramienta la cual puede cambiar durante cualquier operación particular a medida que se desgasta l'a herramienta o que las condiciones de corte se cambien. Primero, si la viruta o superficie de trabajo justo debajo del borde de corte es de color rojo brillante, o parece, fundirse, o quemarse, la velocidad de flujo y/o presión del crio-fluido deberá incrementarse. Segundo, si la cara libre de la herramienta o el perímetro del área de contacto con la viruta en la superficie inclinada es de color rojo 'cereza, no existe la necesidad de incrementar la velocidad de flujo y/o la presión del crio-fluido a menos que el recubrimiento escarchado en la herramienta comience a encogerse. Tercero, si la cara libre de la herramienta o el perímetro del área de contacto de la viruta en la superficie inclinada s intensamente rojo brillante, la velocidad de flujo y/o presión del fluido criogénico debe incrementarse independientemente de la condición del recubrimiento escarchado en la superficie de la herramienta. Un incremento ocasional en la temperatura local en el área de contacto de la herramienta/trabajo puede indicar la geometría o composición no homogéneas del material de trabajo, y puede extinguirse fácilmente por medio de incrementar la velocidad de flujo del fluido crJ^^^ico dentro del rango prescrito de 0.5 a 5.0 lbs/minuto hasta el punto en el cual la zona de contacto completa, no sólo la superficie de la herramienta, -. <*í-'f se enfrie en un modo de choq¾|#¾e fluido criogénico directo. Una operación de crio-enfriamiento de una herramienta de corte que se lleva a cabo de acuerdo con las pautas antes mencionadas proporcionará resultados mejorados. Fue sorprendente e inesperado para que el método de enfriamiento con fluido criogénico diera como resultado una resistencia a la fractura mejorada de las herramientas de-corte frágiles durante el corte, una vida mejorada de las herramientas acopladas en el corte de alta potencia, y una superficie mejorada de material de trabajo maquinado, virutas limpias como espejos, y un práctico método de control de proceso de bajo costo basado en la observación visual del; recubrimiento de escarcha y la cara libre de la herramienta durante el corte. Este resultado mejorado fue sorprendente e inesperado para otras personas expertas en la técnica. . Uno de los problemas técnicos básicos con la" transferencia de fluidos criogénicos comprimidos y descargados en chorros de libre expansión de fluido criogénico es una tendencia a las inestabilidades del flujo por pulsación y ebullición, especialmente si las velocidades de flujo caen por debajo de 1.1 lbs/minuto, la cual traslapa e.1 rango de velocidades de flujo requeridas por el método.

Debido a que los emas de flujo pulsante limitáríijl significativamente las suplicaciones- industriales de los-fluidos criogénicos, un número de sistemas estabilizadores de Algunos ejemplos más recientes de tales sistemas eessttaabbiilliizzaacciióónn ddee fflluujjoo ssee ddeessccrriibbeenn eenn llaass PPaatteenntteess NNoorrtteeaammeerriiccaannaass NNooss.. 55,,339922,,660088 ((LLeeee)),, 55,,112233,,225500 ((MMaarríícc^^yy 44,,771166,,773388 ((TTaattggee)),, 44,,551100,,776600 ((WWiieellaanndd)) ,, yy 44,,229966,,661100 ((DDaavviiss}).. UUnn mmééttooddoo ppaarraa eessttaabbiilliizzaarr uunn fflluujjoo ddee fflluuiiddoo ccrriiooggéénniiccoo ddéé vveelloocciiddaadd ddee fflluujjoo bbaajjoo eenn aapplliiccaacciioonneess ddee mmaaqquuiinnaaddoo yy ccoorrttee iinndduussttrriiaall ffuuee pprreesseennttaaddoo ppoorr ZZuurreecckkii yy HHaarrrriiootttt,, ""IInndduussttrriiaall SSyysstteemmss ffoorr CCoosstt EEffffeeccttiivvee MMaacchhiinniinngg ooff MMeettaallss UUssiinngg aariridd EEnnvviirroonnmmeennttaallllyy FFrriieennddllyy LLiiqquuiidd NNiittrrooggeenn CCoooollaanntt"",, CCoonnffeerreenncciiaa ddee TTeeccnnoollooggííaa ddee FFaabbrriiccaacciióónn AAeerrooeessppaacciiaall,, JJuunniioo 22--44,, 11999988,, LLoonngg BBeeaacchh,, CCaalliiffoorrnniiaa,, SSeessiióónn MMPP55CC,, MMaaqquuiinnaaddoo yy PPrroocceessooss ddee MMaaqquuiinnaaddoo -- SSeegguurriiddaadd eenn EEnnffrriiaaddoorreess yy PPrrooccééssooáá,, NNoo.. ddee ppaappeell 998811,,886655,, yy ppoorr ZZuurreecckkii eett aall..,, ""DDrryy MMaacchhiinniinngg ooff MMeettaallss wiitthh LLiiqquuiidd NNiittrrooggeenn"",, llaa 33aa CCoonnffeerreenncciiaa yy EExxppoossiicciióónn IInntteerrnnaacciioonnaall ddee MMaaqquuiinnaaddoo yy FFrreessaaddoo '' 9999,, OOccttuubbrree 44--77--,, CCiinncciinnnnaattii,, OOhhiioo,, 11999999.. DDeebbiiddoo aa qquuee llooss ssiisstteemmaass ddeessccrriittooss vvaarrííaann eenn ccoossttoo yy ccoommpplleejjiiddaadd,, eess iimmppoorrttaannttee iiddeennttiiffiiccaarr qquuee llaass * ccllaavvee qquuee ddeetteerrmmiinnaann llaa eeffeeccttiivviiddaadd ddee uunn sistema de estabilizadSjjri _de un flujo de crio-fluido dado ¦ ¿¾¡ las operaciones de corte fie alta potencia. Se del flujo de pulsación es fectiva de un chorro de fluido criogénico y un enfriamiento de herramienta efectivo bajo las condiciones de alta potencia. La Figura 3A muestra un cambio en la temperatura d@ un inserto de corte WC-Co duro durante el torneado de alta, potencia del acero inoxidable (grado 440-C) sin enfriar, es decir, en seco, con un enfriamiento inundado en emulsión convencional, y con enfriamiento de nitrógeno liquido aplicado de acuerdo a la presente invención. El torneado dé alta potencia tiene una profundidad de corte de 0,02¾ pulgadas y un velocidad de alimentación de 0.010 puige.das/rev utilizando una herramienta de inserto de carburo descrita como sigue: CNMG-432, recubierto de PVD, ISO: M01-M20 (K01-K20), Código de industria: C-3. El chorro de fluido criogénico es torneado en unos cuantos segundos antes de que la herramienta de corte comience el corte, es decir, poner én contacto la pieza de trabajo y la elaboración de virutas. Tal tiempo de "enfriamiento" es suficiente para preextinguir las herramientas o insertos más típicos hasta las temperaturas criogénicas requeridas para practicar la invención. La corriente criogénica utilizada en esta prueba se estabilizó utilizando un sub-enfriamiento ligero, y el chorro resultante fue estable, sin intervalos de pulsación perceptible o cambios en la amplitud de la velocidad de flujo. Con base en experimentos con enfriadores de crío-fluido de herramientas de corte en operaciones de corte de alta potencia, una amplitud de pulsación de chorro de más de' 25% de la velocidad de flujo en tiempo-promedio es fácil de detectar así como significativa para el resultado del enfriamiento. Una pulsación de chorro con una amplitud de menos de 25% de su velocidad de flujo en tiempo-promedio puede considerarse un chorro estable para todos los propósitos prácticos. Las temperaturas que se muestran en la Figura 3A se registraron con una punta de micro-termopar localizado a 1.41 mm detrás del borde de corte y 1.41 mm ; oc debajo de la superficie inclinada, dentro del inserto de la cara libre junto al borde de corte. En las tres operaciones' de maquinado que se notan en la Figura 3A, la demora del tiempo entre el inicio del corte y la onda de difusión de calor desde el borde y el arribo de la punta de micro-termopar fue de uno a dos segundos. Después de esta demora, la temperatura se estabilizó en su propio nivel característico reflejando la efectividad del enfriamiento de la herramienta: menos 200°F (-200°F = -129°C) para el enfriamiento de chorro de nitrógeno líquido, mas 150°F (+150°F = +65°C) para el enfriamiento de inundación convencional, y arriba de mas 300°F (+300°F = +149°C) para el corte en seco. El increafento continuo de la temperatura en el caso de] corte en seco reflejó una acumulación de calor progresiva y desgaste de la herramienta de corte llevando a un incremento en el flujo de patencia de corte entrando a la' herramienta. La Figura 3B muestra el cambio de tiempo de exceso en la temperatura de la cara libre del extremo frontal de un inserto (junto al borde de corte) y en una temperatura de la esquina trasera del inserto durante el torneado de alta ' potencia de TÍ-6A1-4V ELI. El tipo de inserto utilizado en la - Figura 3B es el mismo que en la Figura 3A, pero 1¾S condiciones del corte son mucho más pesadas, y la velocidad de flujo del nitrógeno liquido aplicado para que el enfriamiento sea menor que el requerido en el método. El torneado de alta potencia- en este caso (Figura 3B) tiene una-profundidad de corte de 0.120 pulgadas, una velocidad de. alimentación de 0.010 pulgadas/rev., y una velocidad de corte de 230 pies/mmuto. Después de unos cuantos segundos a partir del inicio del corte, el recubrimiento de escarcha en el ^inserto se encoge y comienza a desaparecer por completo de sus paredes, mientras que la cara libre del extremo frontal se calienra hasta el punto de emitir luz roja. El enfriamiento deficiente y la falta de balance térmico resulta un rápido desgaste del inserto. La Figura 3C muestra una amplificación de la porción inicial en es¾d.i. no estable de los esquemas de temperatura de la Figura 3?. Más específicamente, la Figura 3C muestra la correlación entre el ciclo de pulso del ; ¿ id-fluido la temperatura de la, ;G*f:ra libre de la herramienta ' en el torneado de alta potencia del acero inoxidable (grado 440C) . Dos distintos perfiles de flujo de pulsación se superponen en esta gráfica para mostrar el efecto de la frecuencia y el cambio de fase en el enfriamiento del inserto durante los primeros segundo de corte. Si el tiempo de ciclo de pulso del fluido criogénico es corto comparado con- la demora de 1-2 segundos en el calentamiento de la cara libre en el extremo frontal, el material del inserto es "incapaz ¦ de detectar" la pulsación y se comporta cerno si el material del inserto fuera enfriado por medio de un chorro estable qü¾ impacta la herramienta con la velocidad de flujo de tiempo promedio. Si un tiempo de ciclo de pulsación de fluido criogénico es largo comparado con la demora de tiempo de 1-2 segundos, el material del inserto puede sub-enfriarse sobre-enfriarse temporalmente dependiendo del cambio de fase entre la amplitud del chorro y el intervalo de demora del inicio. Lo anterior da como resultado un peligroso exceso d¾S\ la temperatura de la cara libre del extremo frontal llevando a una pronunciada difusión de la temperatura, como se muestra en la Figura 3B, y a un rápido desgaste de la herramienta. Debido a que la sincronización de la fase de pulso del chorro* con el intervalo de demorarTi fs impráctica y difícil' bajo condiciones de corte industrial, la mejor solución práctica es utilizar un chorro de crio-fluido gue no pulse en absoluto o que haya sido estabilizado suficientemente para pulsar con el tiempo de ciclo más corto que la demora del inicio de una herramienta dada. La Tabla 4 a continuación detalla las condiciones de corte de alta potencia que se utilizan durante las pruebas esquematizadas en las Fiquras 3A, 3B y 3C. TABLA 4: EVALUACIÓN DE LAS CONDICIONES DE MAQUINADO EN EJEMPLOS DE PRUEBA PRESENTADOS. NOTAS: LA POTENCIA DE CORTE , EL FLUJO DE POTENCIA Y EL ÍNDICE DE VELOCIDAD SE ESTIMAN A PARTIR DE DATOS DE LA TABLA 1. LAS REFERENCIAS PARA LAS CONDICIONES DE MAQUINADO - SA DVI COROMANT Y SUMITOMO.

Cerámica Graduable, Herramienta Compuesto de acero 62 HRC A1203 0.020 0.005 400 0.5 3.8 10,2 1.8 20 endurecido, SiC , Grado A2 Sandvik CC670 PCBN Graduable Herramienta (Bajo de acero 62 HRC contenido 0.020 0.004 325 0.3 3.8 10.2 1.2 16,9 endurecido, de CBN), Grado A2 Sumitomo BN300 PCBN Graduable Herramienta (Bajo de acero 62 HRC contenido 0.020 0.004 500 0.5 3.8 10.2 1.1 endurecido, 26.0 de CBN), Grado A2 Sumitomo 8N300 Flujo de Potencia - Potencia Total / DOC / F La Figura 3D ilustra el efecto de un enfriamiento de chorro de pulso en el caso de una herramienta de rotación como el cortador de fresado ilustrado en la Figuran 3B. Más específicamente, la Figura 3D muestra el efecto de RPM de un cortador en velocidad de flujo de impacto del fluido criogénico de pulsación alcanzando el inserto de corte bajo las siguientes condiciones: 8.0 segundos de tiempo de ciclo de chorro del crio-fluido y el cortador de 60 RPM, el cambio de fase radián de 0.4 entre el chorro y el cortador, el-promedio de velocidad de flujo de chorro - 3.0 lbs/minuto, velocidad de flujo de chorro de desviación = +/- 50%, y promedio de velocidad de flujo de impacto = 1.5 lbs/minuto. Debido a que los cortadores de fresado industrial operan a altas velocidades rotacionales (rpm) con la frecuencia rotacional típicamente se colocan de 1Hz a 700 Hz, el tiempo las Figuras 3? y 3B, es en línea con la determinación numérica y experimental de J. Lin et al., "Estimation of Cutting Temperature in High Speed Machining", Traducción de ASME, Vol . 114, Julio 192, páginas 289-296. Su valor es el valor de tiempo de ciclo de pulsación limitante requerido para un enfriamiento de fluido criogénic© efectivo, específicamente, de grados más duros de herramientas de carburo acoplado en las operaciones de corte dé alta potencia. Debido a que las escalas de valores con la difusidn térmica del material de herramienta, se evaluó para un rango de herramientas duras pero frágiles que se prefieren en las operaciones de corte de alta potencia. Véase la Tabla 5 a continuación. TABLA 5: TIEMPO REQUERIDO RARA ALCANZAR !»&. TEMPERATURA DE ESTADO ESTABLE EN LA SUPERFICIE INCLINADA D£ LA HERRAMIENTA CON BASE A LOS DATOS DE LA PRUEBA PARA BE INSERTO WC-CO(4) . ' se muestra en las Tablas 3 y 4, una fluctuación en el enfriamiento de la herramienta que exceda el limite del tiempo de ciclo de pulso de 10 segundos llevaría a la falla prematura de la herramienta. Consecuentemente, los chorros de crio-fluido de liore expansión que se utilizan en el corte de' alta potencia deberán ser suficientemente estables durante la' transferencia del tanqu¾ de la fuente hasta la boquilla pa a pulsar a un tiempo de ciclo menor a 10 segundos cuando quiera que la amplitud del pulso exceda el 25% de la velocidad de flujo del tiempo promedio. EJEMPLOS : ] La Figura 4 muestra una evolución de la temperatáit» del inserto y un desgaste al costado durante una prueba de torneado terminado de alta potencia cortando TÍ-6A1-4V con un inserto WC-Co de grado duro. La profundidad del corte era de> 0.030 pulgadas a una velocidad de corte de 750 pies/minuto a un velocidad de alimentación de 0.008 pulgadas /rev utilizando el mismo tipo de inserto que se utilizó en la Figura 4?. La vida de una herramienta enfriada con un chorro de nitrógeno criogénico aplicado de acuerdo con la invención fue más de cuatro (4) veces más larga que la vida de una herramienta enfriada utilizando un enfriamiento de inundación (emulsionado) convencional. La Figura 5A muestra la vida de una herramienta den compuesto de cerámica (Al203-SiCw) en una operación de cor¾e de alta potencia en acero A2 a una velocidad de 300 pies/minuto, una profundidad de corte de 0.020 pulgadas, una velocidad de alimentación de 0.005 pulgadas /rev, y una velocidad de remoción de 0.36 pulg3/min. La vida de la herramienta se evaluó utilizando tres criterios: el desgaste máximo del costado, Vb max = 0.6mm el desgaste máximo del costado (o muesca D0CS¾,KX = 0.7 mm; y el error de corte dimensional que producen las partes de 0.004 pulgadas (0.1 mm) más grande que el requerido. Se utilizaron cuatro distintos métodos de corte: ?? una inundación de emulsión convencional, (2) un secado convencional, (3) un chorro de gas criogénico aplicado*ie-' acuerdo con la invención, y (4) un chorro de liquido criogénico, también aplicado de acuerdo con la invención. Las condiciones para (1), (3) y (4) fueron las siguientes: (1) un fluido de corte convencional inundado completamente y fluyendo uniformemente, 10% de concentración; (3) un chorro criogénico de fase gaseosa sin pulsación estable a 1.8 Ibs/minuto, temperatura de descarga de la boquilla de menos de 150°C en 7.3 atm (115 psig) de presión; y (4) un chorro criogénico de fase liquida sin pulsación' estable que contiene una fracción de minuto de vapor, una velocidad de flujo total de 0.9 Ibs/minuto, temperatura -de descarga de la boquilla de menos de 172 °C en 8.1 atra (120 psig) . Los resultados apuntan a que el enfriamiento de crio-fluido aplicado de acuerdo con la invención extiende la vida de la herramienta por arriba de los dos métodos convencionales . La Figura 5B muestra la vida del mismo tipo de herramienta en el mismo tipo de prueba (como en la Figura SA) en dos velocidades de corte de 300 pies/minuto (con una velocidad de remoción de material de 0.36 pulg3/minuto ) y 400 pies /minuto (con 11nalUBj.ocidad de remoción de material de 0.48 pulgJ/minuto) , en "Honde la vida en minutos es ¾n compuesto, promediada entre ?£¾ ^medidas de vida de acuerdo con los mismos tres criterios que se mencionaron anteriormente para la Figura 5A. De nuevo, el enfriamiento de crio-fluido aplicado de acuerdo con la invención mejora- la vida de la herramienta durante esta prueba de torneado du o bajo ambas velocidades de corte. La Figura 6 muestra la evolución del desbastado del. borde de corte y del desgaste del costado durante el tornéad&; duro de acero ?2 con bajo contenido de PCBN (BN-30Q', herramientas de inserto de punta cobresoldado a la velocidad de 500 pies/minuto, una profundidad de corte de 0.020: pulgadas, una velocidad de alimentación de 0,004 pulgadas /re . , y una velocidad de remoción de 0;48"^ pulgadas3/minuro . Se compararon tres condiciones de corteé (1) torneado en seco, (2) torneado enfriado con chorro d liquido criogénico, en donde el chorro fue insuficientemente" estabilizado y pulsado en la frecuencia de 6 segundos, y (3) torneado enfriado con chorro de liquido criogénico, en donde el chorro fue estabilizado completamente y no mostró inestabilidad de pulsaciones o de flujo. Las condiciones para (2) y (3) fueron las siguientes: .(2) un chorro criogénico de fase liquida que contiene una significativa- fracción volumétrica de vapor, velocidad de flujo total de 2.0 lbs/minuto, temperatura de .iA íiarga de la boquilla de menos de 169°C a una presión dj» l0.2 atm (150 psig) , ciclo de .6-. segundos; y (3) un chorro criogénico de fase líquida que contiene una insignificante fracción volumétrica de vapor, velocidad de flujo total de 2.0 lbs/minuto, temperatura de descarga en la boquilla de menos de 169°C a una presión de 10.2 atm (150 psig) . El criterio de vida de la herrami enta ISO del desgaste máximo del costado (Vt nax) a 0.6 mm se adoptó en esta prueba . Se notó una vida del borde de corte más corta para el corte en seco convencional . La vida con el chorro de pulsación fue más larga, pero la vida de herramienta más larga se notó con el chorro sin pulsación estable. La Tabla 4,· que se discutió anteriormente, detalla las condiciones de corte de alta potencia utilizados durante las pruebas esquematizadas en las Figuras 4 a 6 y compara las velocidades de corte y los flujos de potencia en los valores respectivos recomendados por los fabricantes de los insertos probados . Una prueba de fresado adicional se llevó a cabo para correlacionar el escarchado de la herramienta y l pulsación del chorro con el rendimiento de la herramienta en el corte de alta potencia. El cortador de fresado utilizado en esta prueba fue de ¾ de pulgada (19.05 mm) de diámetro* ¦ hélice de 45°, canaladura de 5, extremo de fresa de carburo (WC-Co) de alto rendimiento, de tipo S545, fabricado por Niágara Cutter í h 1 TfBjktww«r . niaaa racu11e r .com/techinfo) para máximas velocidades de rwnoción de metal durante el maquinad©- de aleaciones de Ti y otros materiales difíciles de maquinar. Las velocidades y alimentaciones recomendadas para é3ta. herramienta fueron de 90 a 160 pies/minuto (27.4 a 43.8 rr/minuto) y 0.002 pulgadas/diente (0.05 rnm/diente )' - respectivamente. Las siguientes condiciones de corté acelerado se seleccionaron para la operación de fresado convencional con este cortador utilizando un fluido de corte emulsionado (agua con lubricante "soluble") : la velocidad de corte - 178 pies/minuto, velocidad rotacional - 907 rpm, alimentación por diente - 0.003 pulgadas, alimentación de tabla - 13.6 pulgadas/minuto, ancho del corte - 0.030 pulgadas, profundidad axial del corte - 1.000 pulgadas-, velocidad de remoción de material - 1.09 pulgadas3/minuto , Bajo estas condicione de corte, todos los 5 bordes de corte se desgastaron terminalmente después de remover 13.1 pulg3 d£e¿ una pieza de trabajo TÍ-6A1-4V caracterizada por una dureza de 36 HRC. En una prueba comparativa, un chorro de nitrógeno líquido se descarga a una presión de 80 psig a una velocidad de flujo de promedio de tiempo de 2 Ibs/minuto se dirigió al cortador desde la distancia de 0.5 pulgadas entre la salida de una boquilla remota y las esquinas de las acanaladuras del extremo de fresa como se muestra en la Figura- 3B . Como resultado, el chorr¾K í»ca en todas las superficies inclinadas y las crmco acanaladuras del cortador. Inicialmente el flujo del chorro se envió por medio de Un linea aislada a partir de ¦ u|§cilindro de nitrógeno líquido saturado en una condición ¾fiestable, y se encontró que el ciclo de pulso del chorro es de aproximadamente 15 segundos»' Durante el ciclo de pulso, la baja velocidad de flujo se estimó a 0.75 lbs/minuto, y la velocidad de flujo más alta a 3.25 lbs/minuto. Se observó que el cortador no pusdé desarrollar un recubrimiento de escarcha blanca en las* superficies que no fueron humectadas por medio del impacto del chorro de crio-fluido por al menos un minuto después del inicio, y una vez que el recubrimiento se estableció, era inestable, apareciendo y desapareciendo, siguiendo el ciclo de pulso del chorro con algo de retraso. La vida de la herramienta enfriada con este chorro no estable y probada con las condiciones utilizadas anteriormente fue comparada con la de la herramienta enfriada convencionalmente . En otra prueba comparativa, la velocidad de flujd, ele nitrógeno líquido se estabilizó utilizando un sistema d sub-enfriamiento de nitrógeno liquido corriente arriba, para que ninguna pulsación del chorro pudiera detectarse-visualmente. La operación de fresado se repitió utilizando el incremento progresivo de las velocidades de corte. Se observó que el recubrimiento de escarcha fue estable a través de la operación completa. ¾uando la velocidad de corte, la velocidad de alimentación de tabla, las rpm, y la velocidad de remoción del material se incrementaron en un 60% sobre los valores utilizados con el fluido de corre de enfriamiento -inundación (emulsionado) convencional, la herramienta no experimentó ningún desgaste detectable después de remover el= mismo volumen de 13.1 pulg3. La velocidad de corte (Vc)' utilizada en esta prueba de corte de chorro estabilizado fue 2.3 veces más alta que la velocidad de corte del punto medi recomendado por el fabricante de la herramienta. El flujo de potencia que se utilizó fue 1.5 veces mayor que el flujo de potencia calculado a partir del punto medio de velocidad de corte y la ve] ocidad de alimentación máxima recomendada ??G· el fabricante de la herramienta. La velocidad de remoción de material resultante o productividad con el flujo de crio-fluido estabilizado fue 3.4 veces mayor que la velocidad de remoción de material máximo anticipado por las condiciones recomendadas del fabricante. ñe observó que la aplicación de un enfriamiento de chorro de crio-fluido estable de libre expansión a zona de contacto de la herramienta y la pieza de trabajo-herramienta, se delinea en los ejemplos antes mencionados (Figuras 3-6 y Tabla 4), siempre dieron como resultado superficies limpias y: muy brillantes de la pieza de trabajo y las virutas producidas durante el corte.- Las superficies de la pieza de trabajo y las vi rutas 'Oieron más limpias que en el caso del enfriamiento de inundación (emulsión) convencional y, bastan-e inesperadamente, las superficies parecieron ser mucho más limpias que en; él caso del corte en seco convencional . Un análisis químico elemental se llevó a cabo en las virutas de metal producidas durante el corte de alta potencia de Ti-6A1-4V, y los resultados se muestran en la Figura 7. Las condiciones de torneado para este corte de alta potencia fueron: velocidad de corte, Vc = 260 pies/minuto; velocidad de alimentación, F = 0.010 pulgadas/rev; y profundidad de corte, DOC = 0.100 pulgadas. En adición al torneado en seco, se recolectaron resultados para el torneado de enfriamiento por inundación de emulsión utilizando un enfriamiento de inundación de emulsión (Hangsterfers S-506CF, 13%), y torneado de enfriamiento de nitrógeno liquido utilizando un impacto de chorro estabilizado de libre expansión en un inserto de corte a un flujo de 2.6 lbs/minuto. Los resultados se tabularon a continuación y se muestran en la Figura 7.

Material de trabajo Nitrógeno Oxígeno Carbono Hidrógeno TÍ-6AI-4V Torneado en seco 0.041 % 0,180% 0.039% 0.0037% Torneado con enfriamiento de 0.037% 0.170% 0.033% 0.0049% nitrógeno líquido Torneado con enfriamiento de 0.040% 0.190% 0.063% 0.0096% inundación de emulsión Las virutas; í producidas durante dé enfriamiento de crio-fluido absorbieron al menos una cantidad de impurezas de nitrógeno, oxígeno, carbono e hidrógeno; la. operación de corte en seco segundo lugar; y el corte de inundación (emulsión) convencional quedó en tercer lugar, y también fue el método más contaminante. En forma interesante, el nitrógeno recolectado en el receptáculo de corte de enfriamiento del nitrógeno líquido fue menor que el corte de inundación (emulsión) convencional y en seco, lo cual puede explicarse por el hecho de que la zona de contacto de la pieza de traba o-herramienta estaba mucho más fría. Los resultados muestran que las virutas producidas, durante el corte de crio-fluido pueden ser recicladas más fácilmente que en el caso de los métodos de corte convencionales. Esto es un beneficio económico significativo en la industria del maquinado, especialmente en el caso de partes de trabajo de titanio, tántalo y súper aleaciones reactivas y costosas, debido* a que la purificación de estos materiales es extremadamente difícil y costosa. De manera más importante, la baja contaminación de las virutas recolectadas, indica una contaminación correspondiente más baja del material de trabajo, lo cual se desea desde el punto de vista de (1) la distribución de la tensión de las partes, (2) resistencia a la corrosión, y (3) procesamiento posterior al maquinado. Se conoce que la superficie de las partes: descubrimientos y técnicas de la inventiva podrían anticiparse a partir de la técnica anterior. Con el chorro de crio-fluido de libre expansión, estabilizado de acuerdo con el método delineado anteriormente, se trató de utilizar el chorro estabilizado para el enfriamiento de herramientas duras pero £ réqi les preferidas en las operaciones de corte de alta potencia, tales como el maquinado de alta velocidad, el torneado fuerte, o el corte de materiales difíciles de maquinar con el propósito de mejorar la vida de la herramienta ba o condiciones de maquinado demandantes. Inesperadamente, el enfriamiento de chorro estabilizado y remoto dio como resultado el mejoramiento de la vida de la herramienta aun en los casos de aquellas herramientas que, de acuerdo con la técnica anterior y las . publicaciones de maquinado, no deberían ser enfriadas con enfriadores convencionales con el propósito de prevenir fracturas por fragilidad. Aunque se ilustró y describió en la presente con referencia a ciertas modalidades específicas, la presente invención de ninguna forma intenta limitarse a los detalles mostrados. Más bien, se pueden realizar varias modificaciones, en los detalles dentro del alcance y rango de equivalencias? de las reivindicaciones y sin apartarse del espíritu de la invención . NOTAS FINALES: (1) Datos compilados y calculados de: "MacnininCf Data Handbook") , 3rd Edition, Vol . 2, erchantability Data Center, Institute of Advanced Manufacturing Sciences, Inc., 1980, p.17-10, ASM Hand Book, 9th Ed., Vol. 16, "Machining", 1995, p. 15, "Application of Metal Cutting Theory", F.E. Gorczyca, Industrial Press, New York, 1987, and "Analysis of Material Removal Proces^es", W.R. DeVries, Springer Texts in Mechanical Eng., Springer-Verlag, 1992. (2) Datos se3, Engineered Material The' Material Information Soc, 1991 ASM Specialty Handbook, "Tool Materials", Ed. J.R. Davis, 1998, "Microstructural Effects in Precisión Hard Turning", Y.K. Chou and C.J. Evans, MED-VoI,; 4, Mfg. Sci. and Engr. ASME 1996; and "Temperature and wear of cutting in high-speed machining of Inconel 710 and Ti6AÍ¿-. 6V-2Sn" T. Kitagawa, et al., Wear 202 (1997), Elsevier, pp'„ 142-148. (3) The Leidenfrost phenomenon", F.L. Curzon, Am.J. Phys., 46 (8) , Aug . 1978, pp . 825-828, "A boiling heat transfer paradox", G.G. Lavalle et al., Am. J. Phys. Vol. 60, No. 7, July 1992, pp . 593-597, "Cooling by immersion in liguid nitrogen", T.W. Listerman et al., Am. J. Phys., 54 (6), June 1986, pp . 554-558, "An Analytical Meted to Determine the Liquid Film Thickness Prcduced by Gas Atomized Sprays", J. Yang et al., J. of Heat Transference , Feb . 1996, Vcl. 118, pp. 255-258, "Optimizing and Predicting Critical Heat Flux in Spray Cooling of a Square Surface", I. Mudawar and K.A. Estes, J. of Heat Transference , Aug. 1996, Vol. 118, p . 672-679, and "Film Boiling Under an Impinging Cryogenic Jet", R.F. Barron and R.S. Stanley, Advances in Criogenic Engineering, Vol. 39, Ed. P. Kittel, Plenum Press, New York, lasses, ., The Sci . & Engineering Handbook", 2nd. Edition, CRC Press, 1994, Editad/ by J.F. Shackelford et al., "Analysis of Material Removal Process", W.R. DeVries, Springer Tests in Mecbanieal, Engineering Springer-Verlag 1992. "Transport Phenoraena", ,*¾i ; Bird et al., John iley & Sons, 1960, "Numerical . áná: Experimental Simulation for Cutting Temperature Estimation using 3-dimensional Inverse Heat Conduction Technique"'^, -F.R.S. Lima et al., "Inverse Problems in Engineering: Theory and Practice", 3rd Int. Conf. on Inverse Problems in Engineering, Junio 13-18, 1999, Port Ludlow, A, USA, and Kennametal' s web page : http : / /www . Ken ametal « com/metalworking/html/specialty/properties%20 ch rt .pdf .

Claims

1. Un método pifa enfriar una herramienta de corte, de: un fluido criogénico;* enviar un chorro estabilizado de libre expansión: del fluido criogénico a la herramienta de corte.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la herramienta de corte tiene : un borde de corte y en donde un medio para enviar el chorro-estabilizado de libre expansión del fluido criogénico a la herramienta de corte tiene al menos un punto de descarga separado del borde de corte por una distancia mayor o igual, que aproximadamente 0.1 pulgadas y menor que aproximadamente 3.0 pulgadas .

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico tiene una temperatura menor que aproximadamente menos 150 grados centígrados (-1503?) .

4. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque al menos una porción del fluido criogénico tiene una presión mayor o igual que aproximadamente 25 psig y menor o igual que aproximadamente 250 psig durante o inmediatamente antes de la descarga a

. 5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una porción del chor o estabilizado de libre expansión de fluido criogénico tiér.6 una velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme mayor o igual que aproximadamente 0.5 lbs/minuto y menor, o igual que aproximadamente 5.0 lbs/minuto.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico tiene una velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme que tiene un tiempo de ciclo de pulso de flujo menor o igual que aproximadamente 10 segundos.

7. El método de conformidad con la reivindicación' 1, caracterizado porque la herramienta de corte tiene una superficie inclinada y al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico choca con al menos una porción de la superficie inclinada..

8. El método de conformidad con la rei indicación 1, caracterizado porque al menos una porción del fluido criogénico se selecciona de un grupo que consiste de nitrógeno liquide, nitrógeno gaseoso, argón liquido, argón gaseoso y mezclas de los mismos.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una porción de la herramienta de corte ti'¾¾e un valor de resistencia de ruptura cruzada (TRS) menor que aproximadamente 3000 MPa.

10. El método de conf-órmidad con la reivindicación I, caracterizado porque la herramienta de corte se acopla (comprometida) en una operación de corte de una pieza dé trabajo y formación de viruta de alta potencia.

11. El método para maquinar una pieza de traba ¾ con una herramienta de corte caracterizado porque utiliza un método para enfriar la herramienta de corte de conforritidé - con la reivindicación 1.

12. La pieza de trabajo maquinada de conformidad1 con el método de la reivindicación 11, caracterizado -porqü.- tiene una superficie mejorada.

13. Las virutas reciclables obtenidas como un subproducto de un método de conformidad con la reivindicación II, caracterizadas porque tiene una pureza mejorada.

14. Un método para enfriar una pieza de trabajó, carácter! zaco porque comprende los pasos de: proporcionar un suministro de fluido criogénico; .y ' - enviar un chorro estabilizado de libre~ expansión del fluido criogénico a la pieza de trabajo.

15. Un método para controlar el enfriamiento de una herramienta de corte durante una operación de corte, caracterizado porque comprende los pasos de: proporcionar un suministro de fluido criogénico; enviar un £Í¾ Q,O de fluido criogénico hasta la herramienta de corte; y regular el flujo de¾.: fluido criogénico hasta la herramienta de corte en upi~í*' velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme, en donde un recubrimiento de escarcha se mantiene en al menos una porción de la herramienta de corte durante sustanci lmente toda < la operación de corte en una atmósfera que tiene un ambiente de humedad relativa en un rango de aproximadamente 30% hasta aproximadamente 75% y una temperatura ambiente en un rango de aproximadamente 10 °C hasta aproximadamente 25 °C.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la herramienta de corte se acopla éfi una operación de corte de pieza de trabajo y formación de viruta de alta potencia.

17. El método par maquinar una pieza de trabajo con una herramienta de corte utilizando un método para controlar el enfriamiento de la herramienta de corte de conformidad con la rei indicación 15.

18. La pieza de trabajo maquinada de conformidad ccn el método de la reivindicación 17 y caracterizado porque tiene una superficie mejorada.

19. Las virutas reciclables obtenidas como un subproducto de conformidad con el método de la reivindicación 17 y caracterizado porque tienen una pureza mejorada.

20. Un el enfriamiento de una herramienta ' de corte "que tiene un borde de corte, caracteri criogénico;* proporcionar una boquilla a apta a para descargar' un chorro de fluido criogénico, la boquilla tiene al menos un punto de descarga separado del borde de corte por una distancia mayor o igual que aproximadamente 0.1 pulgadas y" menos que aproximadamente 3.0 pulgadas; y enviar un chorro estabilizado de libre expansión" del fluido criogénico desde el punto de descarga de 'la herramienta de corte, en donde el fluido criogénico tiene una temperatura de aproximadamente menos 150 grados cent ígrados (-150°C) en el punto de descarga.

21. Un método para controlar el enfriamiento de un,a herramienta de corte durante una operación de corte, que comprende los pasos de: proporcionar un suministro de fluido criogénico; proporcionar una boquilla adaptada para descargar un flujo de fluido criogénico, la boquilla tiene al menos un punto de descarga separado de la herramienta de corte; - .· enviar un flujo de fluido criogénico hasta el punto de descarga de la herramienta de corte; y regular el flujo del fluido criogénico hasta la herramienta de corte en una velocidad de flujo de masa aproximadamente 3.0 pulgadas. 24. El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque al menos una porción del chorró estabilizado de libra "Expansión de fluido criogénico tiene una temperatura menor qüe aproximadamente menos 150 g adas^ centígrados (-150°C) . 25. El aparato de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque al menos una porción del cho o estabilizado de libre expansión del fluido criogénico tiena una presión mayor o igual que aproximadamente 25 psig y menor o igual que aproximadamente 250 psig durante o inmediatamente' antes de la descarga desde al menos un punto de descarga. 26. El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión de fluido criogénico tiene una velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme mayo'?? o igual que aproximadamente 0.5 lbs/minuto y menor o igual' que aproximadamente 5.0 lbs/minuto. 27. El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque al menos una porción del chorro' estabilizado de libre expansión de fluido criogénico .tien* una velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme que tiene un tiempo de ciclo de pulso de flujo menor o igual que-aproximadamente 10 segundos. 28. El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la herramienta de corte tiene una superficie inclinada y al menos una porción del chorro estabilizado de libre expansión de fluido criogénico choca con al menos una ficie inclinada. 29. El aparato^'dfe conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque al menos una porción del fluido criogénico se selecciona de un grupo que consiste ié nitrógeno liquido, nitrógeno gaseoso, argón liquido, argón' gaseoso y mezclas de los mismos. 30. F, 1 aparato de conformidad con la reivindicación-' 22, caracterizado porque al menos una porción de . la herramienta de corte tiene un valor de resistencia de ruptura cruzada (T S) de menos que aproximadamente 3000 MPa. 31. El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la herramienta de corte se acopla en una operación de corte de pieza de trabajo y formación de viruta de alta potencia. 32. El aparato para maquinado de una pieza de trabajo con una herramienta de corte caracterizado porque utiliza un aparato para enfriar la herramienta de corte de conformidad con la reivindicación

22. 33. La pieza de trabajo maquinada por medio de un aparato de conformidad con la rei indicación 32 caracterizado porque tiene una superficie mejorada. 34. Las virutas reciclables removidas desde la pieza de trabajo por medio de un aparato de conformidad con la reivindicación 32 caracterizado porque tienen una puíeza me orada . trabajo con corte caracterizado porque utiliza un método para:^controlar- el enfriamiento de la herramienta de corte de conformidad con la reivindicación 36»- 39. La pieza de trabajo maquinada por medio de un aparato de conformidad con la reivindicación 38 caracterizado porque tiene una superficie mejorada. 40. Las virutas reciclables removidas desde una pieza de trabajo por medio de un aparato de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque tienen una pureza rr.ej orada . 41. Un aparato para el enfriamiento de una herramienta de corte que tiene un borde de corte , caracterizado porque comprende: un suministro de fluido criogénico; una boquilla adaptada para descargar un chorro dé fluido criogénico, la boquilla tiene al menos un punto de descarga separado del borde de corte per una distancia mayor o igual que aproximadamente 0.1 pulgadas y menos que aproximadamente 3.0 pulgadas; y medios para enviar un chorro estabilizado de libre expansión del fluido criogénico desde el punto de descarga hasta la herramienta de corte, en donde el fluido criogénico; tiene una temperatura de aproximadamente menos 150 grados centígrados (-150JC) en el punto de descarga. 42. Un aparato para controlar el enfriamiento de una herramienta de corte durante una operación de corte,-caracteri zado porque comprende: un suministro de fluido criogénico; una boquilla adaptada para descargar un flujo dé fluido criogénico, la boquilla tiene al menos un punto de descarga separado de la herramienta de corte; medios para enviar un flujo del fluido criogéni¿ó,t desde el punto de descarga de la herramienta de corte; y ¦ ¦ - medios para regular el flujo del fluido criogénico de la herramienta de corte en una velocidad de flujo de masa sustancialmente uniforme mayor o igual que aproximadamente 0.5 lbs/minuto y menor o igual que aproximadamente 5.0 lbs/minuto teniendo un tiempo de ciclo de pulso de flujo menor o igual que aproximadamente 10 segundos, en donde u¿ recubrimiento de escarcha se mantiene en al menos una porción de la herramienta de corte durante sustancialmente toda la, operación de corte atmósfera que tiene un ambiente de humedad relativa en un rango de aproximadamente 30% hasta aproximadamente 75% y una temperatura ambiente en un rango de aproximadamente 10°C hasta aproximadamente 25°C.