FUERZA DE CORTE Y POTENCIA DE MECANIZADO 1.
OBJETIVO GENERAL: Familiarizar al alumno con los conceptos de fuerza específica de corte y potencia requerida en el mecanizado y su relación con los parámetros de corte empleados en el proceso de mecanizado.
2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a)
Entregar al alumno la capacidad de cuantificar la potencia y la fuerza de corte necesarias en el mecanizado con herramientas monocortantes.
b)
Entregar al alumno la capacidad de cuantificar la potencia y el torque necesarios en el fresado.
c)
Entregar al alumno la capacidad de cuantificar la potencia y el torque necesarios en el taladrado.
d)
Que el alumno adquiera la capacidad de comparar los valores de fuerzas, torques y potencias obtenidos experimentalmente con los correspondientes valores obtenidos a partir de los modelos matemáticos basados en la fuerza específica de corte.
3.- INTRODUCCIÓN TEÓRICA 3.1
GENERALIDADES
En los procesos de producción mediante arranque de viruta conviene aprovechar al máximo la potencia disponible de la máquina herramienta con el objetivo de incrementar la productividad o eficiencia. Un parámetro que da una indicación de la eficiencia del proceso es la energía consumida por unidad de volumen de material removido, y se conoce como fuerza específica de corte (ks).
1
Energía absorbida en el corte por unidad de volumen ks. Ks =
Fc · L Ac · L
=
Fc Ac
(
HP ) 3 pulg / min
(kg/mm2)
Generalmente ks se expresa como fuerza específica de corte, es decir: Ks = Fc Ac Donde: Fc
= Fuerza de corte (kgf)
Ac
= Sección de corte (mm2)
La fuerza específica de corte depende del material y puede variar considerablemente de uno a otro, siendo afectada por los cambios en la sección de corte, ángulos y velocidad. La influencia de estos factores se aprecia en los gráficos adjuntos.
2
Tendencias de la fuerza específica de corte ks con diferentes factores
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Vc(m/min)
Vc(m/min)
Tendencias de la fuerza específica de corte ks con diferentes factores, continuación
La potencia necesaria para el maquinado resulta del producto de cada componente de la fuerza del maquinado por la respectiva componente de la velocidad de corte. Potencia de Corte Nc Nc =
Fc x Vc 60 x 75
(CV)
Donde: Vc
: Velocidad de corte
Fc
: Fuerza de corte
m min
Fuerza de Corte Es la fuerza de maquinado que actúa en la dirección del corte (Fc). La magnitud de esta fuerza puede estimarse aplicando fórmulas de presión específica de corte, considerando que: Fc = ks x Ac (kgf)
Donde: Ac es la sección de corte y es igual a: Ac = a x p ó bien Ac = b x h en mm2
Fórmulas de Potencia Específica de Corte
4
Uno de los primeros investigadores que procuró expresar analíticamente la dependencia de la presión específica con los factores vistos anteriormente fue Taylor (1908). Sus fórmulas son las siguientes Ks =
88 a0,25 p0,07
para fundición gris
ks =
200 a0,97
para acero semidulce
Después de Taylor, varios investigadores siguieron trabajando para expresar valores de fuerza específica de corte, en forma simple y suficientemente precisa para fines prácticos. Resultados de estos trabajos son la fórmula ASME y Nomograma de Kienzle que se da a continuación Potencia de Avance Na Na =
Fa x Va 1000 x 60 x 75
(CV)
Donde: Va : Velocidad de Avance
Fa
mm min
: Fuerza de avance (kgf)
Potencia Efectiva de Corte Ne Ne = Nc + Na (CV) La potencia de avance es pequeña en relación con la potencia de corte y se puede aproximar. Ne = Nc
(CV)
FORMULA ASME Ks =
Ca
5
an Ca =
Constante del material
n
=
0,2 para aceros
n
=
0,3 para fierro fundido Valores de Ca para herramientas de Acero Rápido
MATERIAL
DUREZA BRINELL
SAE 1020 SAE 1045 SAE 4340 Fundición media Fundición dura
177 187 302 181 241
CA 180 215 233 122 142
Esta tabla tiene validez para la siguiente forma de la herramienta λ 10º 3.2
α 6º
γ 14º
r 1/4”
Dinamómetro piezoeléctrico marca Kistler modelo 5233A-1 Instrumento utilizado para medir las fuerzas del mecanizado (de corte, de avance y rechazo) por medio de tres sensores o discos de los cuales cada uno mide la fuerza de la respectiva componente ( fz, fx, fy ) al recibir cargas eléctricas y luego transmitirlas a un controlador con diferentes escalas y este a su vez las emite a un computador conectado, obteniendo así los resultados de las fuerzas.
6
4.
METODO A SEGUIR
4.1
En primer término, el profesor explica al alumno los equipos empleados en el laboratorio, con especial detenimiento en los instrumentos a usar en la medición de la fuerza de mecanizado. Para el torneado cilíndrico, el alumno debe proponer las condiciones de mecanizado a usar en la experiencia basado en el criterio de máxima potencia y respetando las limitantes presentes en el sistema máquina-herramienta-pieza. Y modificando, (la geometría de la herramienta, la velocidad de corte, el avance, la profundidad de corte y el material a mecanizar), se procede a medir y registrar la fuerza de mecanizado resultante.
4.2
4.3 4.4
5.-
Realizar la toma de datos de la fuerza de mecanizado variando los parámetros fundamentales del proceso, como son: Velocidad de corte, avance, profundidad de corte, ángulo de desprendimiento, etc. Repetir los puntos 4.2 y 4.3 para los procesos de fresado y taladrado.
VARIABLES A CONSIDERAR
5.1. Procesos de mecanizado usados en el laboratorio, (torneado, fresado, taladrado). 5.3 Parámetros de corte, (velocidad de corte, avance, profundidad de corte geometria de la herramienta y material a mecanizar) 5.4 Condiciones límites del sistema máquina-herramienta-pieza.
6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN 6.1 Tipos de sistemas de medición usados para medir la fuerza de mecanizado en los procesos de torneado, fresado y taladrado. 6.2 Capacidades de medición de estos instrumentos. 6.3 Criterios de cálculo de las condiciones de mecanizado para los procesos ya citados. 6.4 Selección de la herramienta de corte. 7.-
EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR
7.1 Pié de metro universal. 7.2 Sistema de medición de la fuerza de mecanizado con hardware y software para la adquisición de los datos. 7.3 Fresadora vertical. 7.4 Fresadora universal.
7
7.5 7.6 7.7 7.8 7.9
Torno paralelo con ajuste continuo de las RPM del husillo. Herramientas de corte para cilindrado exterior. Fresas frontales, tangenciales y de vástago. Dispositivos de fijación del dinamómetro en cada máquina herramienta. Material para el mecanizado.
8.
LO QUE SE PIDE EN EL INFORME
8.1 Las características técnicas de los instrumentos, de las herramientas y de las máquinas herramienta empleados en el laboratorio. 8.2 Descripción del método seguido. 8.3 Para cada proceso de mecanizado ensayado, presentar los resultados procesados mediante gráficos y compararlos con los obtenidos mediante los modelos propuestos en catálogos de herramientas de corte. 8.4 Análisis de los resultados obtenidos, comentarios y conclusiones personales. 8.5 La referencia bibliográfica. 8.6 El apéndice con: a.1. Fotografías o esquemas de los procesos de mecanizado experimentados y su interacción entre las herramientas de corte y el material a mecanizar a.2 Desarrollo de los cálculos correspondientes a cada proceso ensayado. a.2. Presentación de resultados. a.3. Gráficos. a.4. Resultado de la investigación al tema propuesto por el profesor
9.- BIBLIOGRAFÍA 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6
Boothroyd Geofrey
“Fundamentos del corte de Metales y de las máquinas Herramientas”. Edit. Mc Graw-Hill. Micheletti Gian Federico “Mecanizado por arranque de viruta”. Edit. Blume. Ferraresi, D., “Usinagen dos metais” Ferraresi, D., “Ensayo de Maquinabilidad de Metales” Pedrós, J.M., “El corte en el Torneado y Fresado” Tecquipment, “Lathe Tool Dynamometer”
8
