{"id":752,"date":"2020-08-26T11:51:31","date_gmt":"2020-08-26T10:51:31","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/?p=752"},"modified":"2020-08-26T11:51:31","modified_gmt":"2020-08-26T10:51:31","slug":"como-se-desafilan-los-cuchillos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/2020\/08\/26\/como-se-desafilan-los-cuchillos\/","title":{"rendered":"\u00bfC\u00f3mo se desafilan los cuchillos?"},"content":{"rendered":"\n

No s\u00e9 si alguna vez se lo han preguntado, pero no deja de ser curioso que los cuchillos y otros objetos cortantes met\u00e1licos se vayan desbastando con el tiempo. A fin de cuentas, se usan, generalmente, para cortar cosas mucho m\u00e1s blandas como pan, carne, etc. Y sin embargo, pasado el tiempo, todos pierden el filo. \u00bfC\u00f3mo sucede?<\/p>\n\n\n\n

Unos investigadores acaban de publicar un art\u00edculo donde ofrecen algunas pistas.<\/p>\n\n\n\n

Comienzan la introducci\u00f3n del art\u00edculo comentando la importancia, antes y ahora, de las herramientas cortantes para la humanidad, y como se necesitan dos caracter\u00edsticas de una herramienta cortante: filo y dureza.<\/p>\n\n\n\n

El ejemplo que ponen como uso com\u00fan, porque luego lo emplear\u00e1n en sus experimentos, es el de el acero empleado en las cuchillas de afeitar. Es un acero martens\u00edtico(1) afilado con \u00e1ngulos de 17\u00ba y con un radio de la punta de 40 nan\u00f3metros, es decir 40×10\u207b\u2079 metros. Luego, se recubre primero con materiales a\u00fan m\u00e1s duros, como carbono con forma de diamante y otra capa de material deslizante, tefl\u00f3n(2), final. <\/p>\n\n\n\n

Y a\u00fan as\u00ed, como todas las personas que usan estas cuchillas saben, el pelo es capaz de desbastar su filo al cabo de unos pocos usos. Y eso a pesar de que el pelo es m\u00e1s de diez veces m\u00e1s blando que el material de la cuchilla, como la figura de abajo indica.<\/p>\n\n\n\n

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Escala de dureza de diversos materiales (izquierda) y foto de la cuchilla de afeitar donde se observa su estructura y los diversos dominios cristalinos del material. Adaptado de la figura 1.A <\/strong>del art\u00edculo referenciado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Como cualquier cuchillo vuelve a cortar al afilarlo de nuevo, es aceptado com\u00fanmente que el mecanismo principal que hace que se desbaste el filo es un mecanismo de desgaste. Pero el art\u00edculo indica que los primeros desgastes sufridos por la cuchilla no pueden ser debidos s\u00f3lo a desgaste, por varias razones.<\/p>\n\n\n\n

Primero, porque la estructura de tanto el pelo como la cuchilla son muy diferentes. Concretamente, el pelo o cualquier otro elemento general que quiera cortar el cuchillo, es una estructura homog\u00e9nea con una capa externa m\u00e1s dura. Sin embargo, la estructura de la cuchilla es mucho m\u00e1s diversa, teniendo formas distintas seg\u00fan la escala espacial que ese emplee. Por lo tanto, dado que los modelos habituales de desgaste suelen despreciar las microestructuras internas, no pueden dar cuenta de los desgastes iniciales de las cuchillas u otros objetos cortantes.<\/p>\n\n\n\n

Por otra parte, dado que las condiciones de contorno del corte var\u00edan de manera muy din\u00e1mica mientras se produce \u00e9ste, hay que tenerlas en cuenta si queremos estudiar este fen\u00f3meno. De hecho, como indica la figura siguiente, hay un m\u00ednimo de tres configuraciones: cuando el pelo se corta completamente recto, cuando debido al \u00e1ngulo de entrada la cuchilla interacciona con el pelo con los dos lados y por \u00faltimo, cuando el pelo est\u00e1 muy doblado.<\/p>\n\n\n\n

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Las tres posibilidades de corte de un pelo, con los diagramas de fuerzas que suponen sobre la cuchilla. adaptado de la figura 1.B del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Con todas estas dificultades, los investigadores decidieron realizar experimentos sistem\u00e1ticos para tratar de entender mejor el proceso de desbastado.<\/p>\n\n\n\n

Comenzaron por caracterizar las microestructuras de hojas de afeitar comerciales, lo que les permiti\u00f3 observar que el filo de la cuchilla no es nada liso, ni siquiera sin cortar nada, sino que tiene peque\u00f1as indentaciones e irregularidades.<\/p>\n\n\n\n

Luego dise\u00f1aron un montaje experimental que le permiti\u00f3 cortar de manera sistem\u00e1tica pelo, la figura siguiente, de forma que despu\u00e9s de cortar un n\u00famero de veces pelo, pudieran examinar la hoja y ver que hab\u00eda pasado.<\/p>\n\n\n\n

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Montaje experimental para observar parte del desgaste en la cuchilla. De la figura 2.A del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

De hecho, observaron que las irregularidades iniciales en el filo eran lugares donde luego se iban eliminando partes de la cuchilla, como se v\u00e9 en la figura siguiente:<\/p>\n\n\n\n

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Borde de una cuchilla sin usar (arriba) y tras realizar algunos cortes (abajo) Se puede apreciar con claridad la falta de trozos del filo tras realizar cortes. Adaptado de la figura 1.3<\/strong> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

De todas maneras, dado que en su montaje experimental pod\u00edan cambiar el \u00e1ngulo, comprobaron que si la cuchilla entraba con un \u00e1ngulo ortogonal al pelo, la cuchilla ni se deformaba ni presentaba las indentaciones que se ven en la figura anterior. Para poder ver estos problemas, tuvieron que inclinar la cuchilla hasta que tuviera un \u00e1ngulo de 21\u00ba con la horizontal. En esta posici\u00f3n, parte de la fuerza que realiza la cuchilla est\u00e1 fuera del plano principal del movimiento, lo que conlleva deformaciones pl\u00e1sticas de la misma, y en \u00faltimo t\u00e9rmino, la rotura del filo ya vista.<\/p>\n\n\n\n

De hecho, observaron que esta ruptura del filo tiene lugar generalmente en los lados del pelo, y que es independiente de factores como el \u00e1ngulo relativo entre el pelo y la cuchilla o el di\u00e1metro del pelo.<\/p>\n\n\n\n

Posteriormente, realizaron simulaciones con programas de elementos finitos(2) para tratar de entender mejor sus resultados experimentales.<\/p>\n\n\n\n

Con ellos, pudieron confirmar que la regi\u00f3n donde se produc\u00edan las deformaciones mec\u00e1nicas era la frontera del pelo y que se empezaban a producir para \u00e1ngulos mayores de 8,5\u00ba de inclinaci\u00f3n entre la cuchilla y la direcci\u00f3n ortogonal al pelo. <\/p>\n\n\n\n

Por otra parte, para \u00e1ngulos m\u00e1s peque\u00f1os tambi\u00e9n se produc\u00edan roturas del filo, que no se pod\u00edan explicar con este modelo, donde la inclinaci\u00f3n del \u00e1ngulo de entrada de la cuchilla era fundamental para producir la fuerza que generaba la deformaci\u00f3n. Cuando los \u00e1ngulos son muy peque\u00f1os, se observ\u00f3 que la aparici\u00f3n de tensiones que conduc\u00edan a la rotura del filo era debido a las diferencias de composici\u00f3n entre los diversos granos del acero, que respond\u00edan de manera distinta a la tensi\u00f3n producida por el corte del pelo, lo que generaba estas tensiones entre los granos capaces de romper el filo.<\/p>\n\n\n\n

Como resumen de los elementos que hacen falta para que el filo de la cuchilla se desbaste antes de que aparezcan los problemas de desgaste, los investigadores encontraron que tiene que darse tres condiciones simult\u00e1neamente, explicitadas en el dibujo posterior:<\/p>\n\n\n\n