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Fundamentos de Corte
Fundamentos de Corte
Fundamentos de Corte
MECANIZADO DE METALES
Es un proceso de fabricacin
que comprende un conjunto
de operaciones de conformacin
de piezas mediante la eliminacin
de material, ya sea por arranque
de viruta o por abrasin. Se le
denomina tambin maquinado.
LINGOTE
TOCHO
Tipos de mecanizado
a) Sin arranque de viruta. Moldeado,
laminacin, fundicin, forja, doblado,
extrusin, embutido, trefilado, estampado.
b) Proceso abrasivo. Eliminacin de material
desgastando la pieza mediante la accin de
partculas abrasivas duras: Amolado, bruido,
rectificado, esmerilado, pulido.
c) Con arranque de viruta. Eliminacin de material
en forma de viruta: Torneado, fresado, taladrado,
roscado, brochado, mortajado, limado, serrado,
limado.
d) Procesos no tradicionales. Mediante energa
mecnica, trmica, qumica.
Chorro de agua, ultrasonido, haz de electrones,
rayos lser.
Secuencia de un mecanizado
Materia prima inicial.
Procesos bsicos.
Procesos secundarios.
Procesos para el mejoramiento de las propiedades.
Operaciones de acabado.
MECANIZADO POR
ARRANQUE
DE VIRUTA
a) Seccin transversal de
proceso de mecanizado
FUNDAMENTOS DE MECANIZADO
HERRAMIENTA MONOFILO
Maquinabilidad
Se define como la capacidad que tiene un material para
ser mecanizado.
Los criterios para evaluar esta capacidad son:
La vida de la herramienta
El acabado superficial de la pieza
La fuerza de corte
El tipo de viruta producido
MOVIMIENTOS FUNDAMENTALES
Movimiento de corte (Mc). Permite que la
herramienta penetre en el material produciendo viruta.
Se identifica mediante el parmetro de velocidad de
corte. (primario).
Movimiento de avance (Ma). Desplazamiento relativo
de la pieza respecto a la herramienta. Se identifica
mediante el parmetro de velocidad de avance.
(secundario).
Movimiento de penetracin (Mp). Define la
profundidad del corte y que se realiza al comienzo de
cada pasada que se realice en el mecanizado.
MOVIMIENTOS FUNDAMENTALES
Torno
Fresadora
Taladro
Rectificadora
Mc rectilneo (traslacin)
PROCESO
Mc
Ma
Limado
Mortajado
Cepillado
Brochado
herramienta
herramienta
herramienta
herramienta
Pieza
pieza
pieza
pieza
PROCESO
Mc
Ma
Torneado
Taladrado
Fresado
Mandrinado (t+f)
Rectificado
Pieza
herramienta
herramienta
herramienta
herramienta
herramienta
herramienta
pieza
herramienta o pieza
Herramienta y pieza
Mc circular (rotacin)
CONDICIONES DE CORTE
Las tres condiciones bsicas del proceso de mecanizado son:
Velocidad de corte (v). Movimiento primario.
Avance (f). Movimiento secundario.
Profundidad de corte (d). Penetracin de la herramienta de
corte dentro de la superficie de trabajo.
(volumen de
material removido por unidad de tiempo)
= tasa de remocin de
material. (mm3/s ), (in3/min)
= velocidad de corte. (m/s), (ft/min)
= avance. (mm/rev), (in/rev)
= f velocidad de avance (mm/min; ft/min)
= profundidad de corte, mm (in)
D = dimetro de la pieza (mm, ft)
VELOCIDADES DE MECANIZADO
VELOCIDAD DE CORTE (Vc)
Es la velocidad con que se produce el movimiento de corte y
por lo tanto la velocidad a que se realiza el corte.
En mquinas con movimiento rectilneo:
= (m/min o ft/min)
. . ()
( )
(m/min o ft/min)
HSS: Aceros rpidos. Adems de carbono contienen cromo y vanadio. Cortes a altas
velocidades afectan poco el filo de la herramienta. Resistentes a corrosin.
Carburo: WC, carburo de tungsteno o widia. Otros: TiC, TaC, NbC. Alta dureza y
resistencia al desgaste.
Velocidad de avance en
torno paralelo
(mm)
= . (mm/min)
Donde:
= avance por vuelta o carrera (mm).
= avance por minuto (mm/min): Velocidad de avance
= . N = . .
= nmero de dientes
cortantes de la fresa
Profundidad de corte
Es la profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza.
En una pasada de la herramienta. Se mide en milmetros en sentido
perpendicular.
En operaciones de torneado, rectificado o mandrinado (superficies
cilndricas):
=
()
Tiempo de mecanizado
= ()
En un proceso de torneado
Corte ortogonal:
a) Como un proceso tridimensional, y
b) Tal como se reduce a dos dimensiones en una vista
lateral.
Relacin de viruta
Durante el corte, el borde cortante de la herramienta se coloca a
cierta distancia por debajo de la superficie original del trabajo. sta
corresponde al espesor de la viruta antes de su formacin to (mm), (in)
Al formarse la viruta a lo largo del plano de corte, incrementa su
espesor a tc (mm), (in). La relacin de to a tc se llama relacin del
grueso de la viruta (o simplemente relacin de viruta) .
.
=
)
=
=
Deformacin cortante
= +
Donde:
= deformacin cortante del plano de corte
=
=
Deformacin cortante
Ejercicio 01
Solucin
Relacin de espesor de viruta:
.
.
= .
La deformacin cortante:
= . + .
= . + .
= .
Virutas Discontinuas
Cuando se maquinan materiales:
relativamente frgiles (se rompen con
facilidad); por ejemplo, hierro fundido,
a bajas velocidades de corte,
una alta friccin herramienta-viruta, y
avances y profundidades de corte
grandes,
la viruta se forma en segmentos
separados.
Esto tiende a impartir una textura
irregular a la superficie maquinada.
Viruta dentada
Son virutas semicontinuas:
poseen una apariencia de diente de
sierra .
velocidades de corte altas
formacin cclica de viruta de alta
resistencia alternativa al corte seguida
de una baja resistencia al corte,
Est asociada a ciertos metales
difciles de maquinar (aleaciones de
titanio, superaleaciones de nquel).
Tambin sucede en metales de trabajo
comunes (por ejemplo, aceros) cuando
stos se cortan a altas velocidades.
FUERZAS EN EL CORTE
Al producirse el corte es necesario el desprendimiento
de viruta y como consecuencia de ste la rotura de
parte del material; este material opone una resistencia
a la rotura que es necesario vencer para poder realizar
el trabajo.
Las principales fuerzas son:
- Fuerza de Friccin (F)
Suma vectorial de F y N
= Fuerza Resultante R
Suma vectorial de Fs y Fn
= Fuerza Resultante R
FUERZAS EN EL CORTE
Diagrama de fuerzas
FUERZAS EN EL CORTE
Coeficiente de friccin
=
=
= Coeficiente de friccin
= Fuerza de friccin (N), (lb)
= Fuerza normal a la friccin (N), (lb)
= ngulo de friccin (ngulo de la
resultante entre F y N)
Esfuerzo cortante
= ancho de la operacin de
corte ortogonal
FUERZAS EN EL CORTE
Durante el maquinado, en algunos casos, es posible medir dos fuerzas:
fuerza de corte , (paralela a la superficie de la pieza) y la fuerza de
empuje (perpendicular a la superficie de la pieza).
Con estas dos fuerzas se pueden calcular otras (F, N, Fs, Fn, )que no se
pueden medir directamente.
= +
=
=
= +
=
=
= ngulo de friccin
R = Resultante de
FUERZAS EN EL CORTE
Ecuacin de Merchant
=
(
)
= +
= ngulo de friccin
Ejercicio 02
Fc =
Fs . sen ( - )
cos ( )
Ft =
Fs . sen ( - )
cos ( )
FUERZAS EN EL CORTE
Ejercicio 03
FUERZA DE CORTE
Para calcular la potencia necesaria para realizar
el torneado hay que multiplicar la fuerza que se
ejerce por la velocidad de corte. La fuerza de
corte viene dada por la resistencia del material y
la seccin de corte:
FC = K * a * p
K (kp/mm): fuerza especfica de corte, relacionada con la
resistencia del material,
a (mm): avance, la distancia que se desplaza la cuchilla en
cada vuelta,
p (mm): profundidad de pasada, lo que se introduce la
cuchilla.
kp = kilopondio (unidad de fuerza)
POTENCIA DE CORTE
Potencia. Es la cantidad de trabajo por unidad de tiempo.
Una operacin de mecanizado requiere potencia.
= .
= Potencia de corte. [W o Nm/s] {ft-lb/min}
= Fuerza de corte [N] {lb}
= velocidad de corte. [m/s] {ft/min}
Potencia de corte en caballos de fuerza:
.
=
POTENCIA DE CORTE
Potencia bruta
La potencia bruta (Pg) requerida para operar la MH es ms
grande que la potencia usada en el proceso de corte, debido a
las prdidas del motor y la transmisin de la mquina. Estas
prdidas se pueden contabilizar teniendo en cuenta la eficiencia
mecnica (E) de la MH:
o =
Potencia unitaria
Muchas veces es til convertir la potencia en potencia por
unidad de volumen (Pu), denominndose entonces
potencia unitaria:
Energa especfica
A la potencia unitaria tambin se le conoce como energa
especfica, esta se puede calcular segn la ecuacin:
= =
=
=
. . .
= Energa especfica. [N-m/mm3 o J/mm3] {in-lb/in3}
(N-m = Newton metro = 0.7375621 libra-pie)
= Velocidad de corte. [m/s] {ft/min}
= Fuerza de corte. [N] {lb}
= Espesor de viruta antes del corte. [mm] {in}
= Ancho del corte [mm] {in}
Ejercicio 04
Ejercicio 05
Determinar la potencia unitaria y la energa requerida para
desempear el proceso de maquinado, si la velocidad de
corte es de 200 m/min. Los datos de la pieza a maquinar son
los siguientes: t0 = 0.020 mm , w =0.125 mm y Fc= 350 N.
Solucin:
La potencia de la operacin:
P = Fc v = 350 N 200 m/min = 70000 Nm/min
Por tanto, la potencia unitaria o energa requerida para la
operacin sera:
Energa requerida = Pu
Pu = Fc/t0w = 350 N / (0.020 mm 0.125 mm)= 140000 N/mm2
TEMPERATURA DE CORTE
La elevacin de la temperatura en la interfaz herramientaviruta durante el maquinado se puede calcular segn la
ecuacin de Cook :
.
.
=
Ejercicio 05
TEMPERATURA DE CORTE
Para calcular la temperatura en la interfaz herramientaviruta, en forma experimental Trigger propuso la ecuacin:
= .
= temperatura medida en la interfaz herramienta-viruta.
= velocidad de corte.
y = constantes que dependen de las condiciones de
corte (diferentes a ) y del material de trabajo.
Una temperatura excesiva afecta negativamente la
resistencia, dureza y desgaste de la herramienta de corte.