UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE ING. MECANICA TECNOLOGÍA MECANICA II avance y profundidad de corte son llamadas: condiciones de corte. Las unidades pueden cambiar dependiendo del tipo de operación. . vc = velocidad de corte (mm/seg). al igual que el proceso de TRONZADO. llamado AVANCE. la dimensión restante del corte es la penetración de la herramienta de corte dentro de la superficie original de trabajo. Aunque el proceso de maquinado es tridimensional. Este es un movimiento mucho mas lento. Al conjunto de velocidad. por ejemplo en el proceso de TALADRADO. TEORÍA DE LA FORMACIÓN DE VIRUTA EN EL MAQUINADO Para poder explicar el proceso de la formación de la viruta en el maquinado de metales. El movimiento primario se realiza a una cierta VELOCIDAD DE CORTE. la profundidad viene dada por la profundidad del agujero. se puede obtener la velocidad de remoción del material con la siguiente fórmula: Q = vc s p Donde Q = velocidad de remoción de material (mm³/seg). se hace uso del modelo de CORTE ORTOGONAL. la herramienta debe moverse lateralmente a través del trabajo. Para herramientas de punta simple. este modelo solo considera dos dimensiones para su análisis. s = avance (mm) y p = profundidad de corte (mm). además la profundidad esta medida en la misma dirección que el avance. además.CONDICIONES DE CORTE Para realizar una operación de maquinado es necesario que se de un movimiento relativo de la herramienta y la pieza de trabajo. llamada PROFUNDIDAD DE CORTE. se cumple los mismos valores que los asumidos por la teoría de formación de viruta. el cual es el mismo que el de la fuerza de corte. El producto de la fuerza cortante y la velocidad dan la potencia requerida para ejecutar la operación de maquinado: P Fc v . y el borde cortante es perpendicular a la velocidad de corte. mientras que el ancho s viene dado por el avance. Las fuerzas de corte que se encuentran en la práctica de esta operación pueden ser de varios cientos de libras. La geometría del modelo de corte permite establecer una relación importante entre el espesor de la viruta. así: En el caso del torneado (a excepción del tronzado) la herramienta se encuentra en un plano perpendicular a la superficie que se esta cortando. En el caso del tronzado. y la relación de p a p’ se llama: relación del grueso de la viruta.. se puede observar también el sentido de la velocidad de corte. rc = p / p’. La herramienta para corte ortogonal tiene dos elementos geométricos. es este ángulo el que determina la salida de la viruta. el ángulo de ataque () y el ángulo del claro o de incidencia que es el que provee un claro entre la herramienta y la superficie recién generada. el ángulo de ataque o de desprendimiento y el ángulo del plano de corte. siendo Ls la longitud del plano de corte. El ángulo de ataque esta medido sobre el plano de la superficie que se esta cortando. así como se ilustra en la fotografía. En el torneado (refrentado y cilindrado) p es la profundidad de corte. RELACIONES ENTRE POTENCIA Y ENERGÍA EN EL MAQUINADO En una operación de producción de maquinado se requiere potencia. cuando esta herramienta se presiona contra la pieza de trabajo se forma por deformación cortante la viruta a lo largo del plano de corte (ver figura) y es así como se desprende la viruta de la pieza. La distancia a la que la herramienta se coloca por debajo de la superficie original de trabajo es p Y luego que la viruta sale con un espesor mayor p’. El modelo de corte ortogonal asume que la herramienta de corte tiene forma de cuña. pueden utilizarse para . Esta fuerza se determina usualmente. y v = velocidad de corte metros por minuto (m/min). La potencia bruta requerida por la máquina es más grande que la potencia usada en el proceso de corte. Donde P = potencia de corte. en trabajo experimental. a partir de la medición de dos componentes ortogonales: una en la dirección de corte (conocida como la fuerza de corte fc). la fuerza resultante fr aplicada a la viruta por la herramienta actúa en un plano que es perpendicular al filo de la herramienta. la otra normal a la dirección de corte (conocida como la fuerza de empuje ft). kg. Fc = Fuerza de corte. Las componentes Fc y Fe de la fuerza resultante sobre la herramienta Fr. caballos de vapor (CV). medidas con un dinamómetro. La potencia en unidades inglesas viene dada en CV: Fc Vc Nc 75 60 mec FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE LA HERRAMIENTA DE CORTE En el corte ortogonal. y se han desarrollado varios tipos de dinamómetros para la medición de la fuerza de corte. COMPONENTES DE LA FUERZA RESULTANTE SOBRE LA HERRAMIENTA VIRUTA HERRAMIENTA Fc Fe Fr La medición precisa de estas dos componentes de la fuerza resultante de la herramienta ha sido objeto de esfuerzo considerable en el pasado. ya que se dan perdidas mecánicas en el motor y transmisión de la máquina. En la mayoría de los dinamómetros la fuerza que actúa sobre la herramienta se determina por medio de la medición de las deflexiones o deformaciones inducidas en los elementos que la soportan. la fuerza de penetración es causa de algunos efectos importantes y mediante ella es posible explicar el llamado ”efecto de tamaño”. calcular un gran número de variables importantes en los procesos de formación de la viruta continua. Este termino se refiere al aumento de la energía especifica de corte (la energía requerida para mover un volumen unitario de metal) a valores bajos del espesor de la viruta no deformada. Pm Fc Vc El consumo de energía por unidad de tiempo y la remoción de metal por unidad de tiempo son proporcionales a la velocidad de corte. CARA VIRUTA HERRAMIENTA ZONA DE CONTACTO FLANCO Fr ESP. DE VIRUTA FILO ZONA DE CONTACTO Fp ENTRE EL FLANCO . Ninguna herramienta de corte es perfectamente aguda. Para valores pequeños de ac. A medida que el filo de la herramienta “allana” su camino a través del material. la fuerza que actúa sobre el filo es proporcionalmente grande y no puede despreciarse. ENERGIA ESPECIFICA DE CORTE El consumo de energía por unidad de tiempo durante el mecanizado Pm. FUERZA DE PENETRACION Y EL “EFECTO DE TAMAÑO” La fuerza resultante sobre la herramienta en el corte de metales esta distribuida sobre las áreas de la herramienta que están en contacto con la viruta y la pieza. Es el producto de la velocidad de corte y la fuerza de corte Fc. la fuerza que actúa sobre el constituye solamente una parte pequeña de la fuerza de corte para valores grandes del espesor de la viruta no deformada ac. quienes sugirieron que la zona de cizalladura. Dos de los primeros investigadores que emplearon este modelo fueron Ernst y Merchant. VIRUTA SECCIÓN DE p’ VIRUTA NO HERRAMIENTA DEFORMADA Is δ Fs p φ Fc Ac Fe Fr La longitud del plano de cizalladura esta dado por: δ= ángulo de inclinación φ = ángulo de cizalladura Ac P Ls rc = modulo de corte sen cos( ) ac= área de corte p = espesor de viruta . se denomina ángulo de cizalladura (φ).RESISTENCIA MEDIA APARENTE A LA CIZALLADURA DEL MATERIAL DE LA PIEZA La figura siguiente muestra un modelo idealizado de la formación de viruta continua empleado en la mayor parte del trabajo previo realizado sobre la mecánica del proceso de corte. El ángulo de inclinación del plano de cizalladura con respecto a la dirección de corte. podría representarse razonablemente por un plano. llamado el plano de cizalladura. utilizando este criterio se minimiza el trabajo requerido en el corte. TEORIA DE ERNST Y MERCHANT La base de la teoría de ernst y merchant fue la suposición de que el ángulo de cizalladura φ toma un valor tal que minimiza el trabajo requerido en el corte. También supone que la viruta se comporta como un cuerpo rígido y las fuerzas se transmiten entre la viruta y la herramienta sin actuar en el filo ni en el flanco por lo tanto considera que la fuerza de penetración es cero (0). . aun cuando los esfuerzos que se presentan son mayores. METODOLOGIA PARA EL CALCULO DE FUERZAS SECCIÓN DE VIRUTA DEFORMADA: Ac As sen SECCIÓN DE VIRUTA NO DEFORMADA: Ac p s ESFUERZO CORTANTE SOBRE EL PLANO DE CIZALLADURA: Fs s As FUERZA DE CORTE: Fc r Ac ESPESOR DE VIRUTA DEFORMADA: mv P' lv s m RAZON DE CORTE: p rc p' ANGULO DEL PLANO DE CIZALLADURA: rc cos arctan 1 rc sen Una vez determinado el ángulo del plano de cizalladura se pueden calcular todos los ángulos restantes dependiendo del criterio utilizado según condiciones y restricciones. 45 ( ' ) ' 45 DIAGRAMA DE FUERZAS P’ δ Ls P Fs β α Fc φ S Fe Fns θ Fr ω μ β’ Ff Fnf . ( ' ) 45 2 ' 90 2 TEORIA DE LEE Y SHAFFER Esta teoría fue el resultado de un intento de aplicar la teoría de la plasticidad al problema del corte ortogonal de metales. En el tratamiento de problemas que requieren la aplicación de la teoría de la plasticidad. se desprecian los efectos ocasionados por aumento en la temperatura. se desprecian los efectos de inercia resultantes de la aceleración del material durante la deformación. el comportamiento del material es independiente de la deformación por unidad de tiempo. es necesario hacer las suposiciones siguientes con respecto al comportamiento del material sometido a esfuerzo: el material es rígido plástico. cepillado y limado en Cv Nc 4500 mec Potencia en el fresado en Cv r Amáx ndientesencont anchodeop Vc Nc 4500 mec Z Número de dientes en contacto N dientes 360 Df 2 P Ángulo de dientes en contacto arccos Df Avance máximo por diente Amáx H sen .Una vez establecido los ángulos se pueden determinar todas las fuerzas: Fuerza de corte Fc r Ac Fuerza de empuje Fe Fc tan( ' ) Fuerza resultante Fr Fc2 Fe2 Fuerza normal al plano de cizalladura Fns Fc sen Fe cos Fuerza de cizalladura Fs Fc cos Fe sen Fuerza de fricción Ff Fr sen ' Fuerza normal al plano de fricción Fnf Fr cos ' p Longitud del plano de cizalladura Ls sen Fns Esfuerzo normal especifico de corte s As Fs Esfuerzo cortante sobre el plano de cizalladura s As Fe Esfuerzo cortante del material r Ac Fc Vc Potencia en el torneado.