Tabla T abla de Contenido Contenido Objetivos....................................... .......................................................... ....................................... .................................. .............. .............. ..... 3 ......................................................... ....................................... ........................................ ............................... ........... 3 Introducción...................................... ......................................................... ........................................ ....................................................... ................................... 3 Principio.....................................
Modelo de Corte Ortogonal ......................................................................................3 Relaciones de fuerza ..................................... ......................................................... .............................................. .......................... ........... 4 Procedimiento...................................... .......................................................... ............................................................... ........................................... .... 4 ......................................................... ........................................ ....................................... ................................. .............. 5 Resultados.....................................
Conclusiones y Recomendaciones .................................................................................5 Bibliografía..................................... ......................................................... ............................................................... ........................................... ........ 5 ne!os....................................... ........................................................... ........................................ ....................................................... ................................... 6
Objetivos •
"sar el modelo de corte ortogonal para determinar la fuerza cortante en el ma#uinado$
• • •
%eterminar la resistencia de cada material$ Observar el mecanizado de varios ejes en un torno C&C$ Observar el tipo de viruta #ue produce cada material$
Introducción 'a forma de la mayoría de las operaciones de ma#uinado pr(ctico son algo complejas$ Por tal motivo motivo se dispon disponee del Modelo Modelo de Corte Corte Ortogo Ortogonal nal)) el cual cual despr despreci eciaa muc*as muc*as comple complejid jidade adess geom+tricas como analizar en dos dimensiones el corte) a pesar de #ue el proceso real del ma#uinado es tridimensional tridimensional y describe la mec(nica de los procesos con buena buena precisión) lo cual facilita el an(lisis$ ,-.
Principio Modelo de Corte Ortogonal /l corte ortogonal usa por definición una *erramienta en forma de cu0a) en la cual el borde cortante es perpendicular a la dirección de la velocidad de corte$ l presionar la *erramienta contra el material se forma una viruta por deformación cortante a lo largo de un plano llamado plano de corte1 +ste forma un (ngulo a con la superficie de trabajo$ %urante el corte) el borde cortante de la *erramienta se colo coloca ca a cier cierta ta dist distan anci ciaa po porr deba debajo jo de la superficie original del trabajo$ 2sta corresponde al espeso espesorr de la virut virutaa antes antes de su formació formaciónn t o$ o$ l formarse la viruta a lo largo del plano de corte) incrementa incrementa su espesor espesor a tc$ tc$ 'a relación de to a tc se llama relación del gruesode la viruta r .
Fig. 1 Corte Ortogonal reducido a dos Dimensiones en una vista lateral.
'a forma del modelo de corte ortogonal permite establecer una relación importante entre el espesor de la viruta) el (ngulo de inclinación y el (ngulo del plano de corte$ 3ea ls la longitud del plano de corte1 se puede *acer la sustitución sustitución to 4 ls sen f y tc tc 4 ls cos 5f 6 a7$ /ntonces8
'o anterior puede agruparse a fn de determinar el valor de 8
Relaciones de fuerza 'a fuerza de fricción 9 es la #ue resiste el flujo de la viruta a lo largo de la cara inclinada de la *erramienta$ 'a fuerza fuerza normal a la fricción fricción) &) es perpendicular a la fuerza de fricción$ /stos dos
componente componentess se pueden utilizar utilizar para definir definir el coeficiente coeficiente de fricción fricción m entre la *erramienta *erramienta y la viruta8 μ= F / N 'a fuerza de fricción y su fuerza normal se pueden sumar vectorialmente para formar una fuerza resultante R) la cual se orienta en un (ngulo b) llamado (ngulo de fricción$ /l (ngulo de fricción se relaciona con el coeficiente de fricción de la manera siguiente8 μ= tan β
Fig. 2 Fuerza en el corte de metales: a) Fuerzas que actúan sobre la viruta en el corte ortogonal y b) Fuerza Fuerzass que actúan sobre la herramienta y ueden medirse.
/l trabajo tambi+n impone dos componentes de fuerza sobre la viruta8 la fuerza cortante y la fuerza normal a la cortante$ 'a fuerza cortante cortante 9s es la fuerza #ue causa la deformación de corte #ue ocurre en el plano de corte) y la fuerza normal a la cortante) 9n es normal a la fuerza cortante$ Con base en la fuerza cortante se puede definir el esfuerzo cortante #ue act:a a lo largo del plano de corte entre el trabajo y la viruta8 F s τ = A s
¿ W
%onde !s %onde !s 4 (rea del plano de corte$ 2sta se puede calcular como8 A s = sen ϕ /l esfuerzo cortante representa el nivel de esfuerzo re#uerido para realizar las operaciones de ma#uinado$ Por lo tanto) este esfuerzo es igual a la resistencia cortante del material de trabajo 5 τ 4 " 7 bajo las condiciones en las #ue ocurre el corte$
Procedimiento 'a pr(ctica inició con un breve repaso de lo ya aprendido sobre el Modelo de Corte Ortogonal) de manera manera #ue se ident identifi ificó có #ue par(me par(metro tross se deb debían ían medir medir para para pod poder er *allar *allar la resist resistenc encia ia e!perimental del material$ Para este ensayo se contó con ejes de distintos materiales) estos fueron8 ;ierro fundido gris) aluminio Proda!) acero I3I -<-=) acero ino!idable I3I >
9inalmente) con los valores obtenidos se procedió a realizar los c(lculos del Modelo de Corte Ortogonal para determinar el esfuerzo cortante e!perimental del material$
Resultados tablaa 1 en ane!os) 'os par(metros par(metros medidos medidos durante durante la pr(ctica pr(ctica se encuentran encuentran tabulados tabulados en la tabl mientras #ue la tabla 2 muestra los valores de esfuerzo cortante teóricos y e!perimentales obtenidos para cada material$ 'os c(lculos c(lculos pertinentes tambi+n se se encuentran en ane!os$ ane!os$
Conclusiones y Recomendaciones solo para el acero I3I -<-=) 3e obtuvo una relación del espesor de viruta) r) menor #ue la unidad solo para mientras #ue para los dem(s materiales el valor fue mayor) esto se pudo producir por el uso de un calibrador de vernier con poca sensibilidad es decir el rango de medición no fue el correcto para alcanzar a medir correctamente las virutas$ Por consiguiente) se obtuvo esfuerzos cortantes muy alejados del valor real) esto no solo se produjo por la dificultad de medición de la viruta) sino #ue tambi+n se debe recordar #ue el corte ortogonal es un modelo completamente ideal) cuya deformación cortante ocurre dentro de una zona delgada de corte y no en un plano de corte a un (ngulo $ /l *ierro fundido presentó una viruta discontinua) producto de una baja velocidad de corte en un material relativamente fr(gil$ Como se esperaba todo tipo de acero mecanizado a una velocidad alta presenta una viruta dentada) es decir con forma de dientes de sierra) como ocurrió con el acero I3I -<-= y el acero ino!idable I3I >
Bibliografía ,-. M$ P$ @roover) 9undamentos 9undamentos de Manufactura Moderna) Aercera Aercera /dicion ed$) Mc$ @ra ;ill) <. GHO Materials) ,/n línea.$ vailable8 vailable8 *ttp8JJ$azom$comJprop *ttp8JJ$azom$comJproperties$asp!KrticleI% erties$asp!KrticleI%4LN$ 4LN$ ,ltimo acceso8 -? Eunio <-N.$ ,?. GBronces 9ranco) ,/n línea.$ vailable8 vailable8 *ttp8JJbroncesfranco$com *ttp8JJbroncesfranco$comJ*omeJ$ J*omeJ$ ,ltimo acceso8 -? Eunio <-N.$
ne!os %urante la pr(ctica se determinaron el valor de varios par(metros) los cuales se muestran en la tabla1) tabla1) a partir de ellos se realizan los c(lculos pertinentes para *allar el esfuerzo cortante e!perimental de cada material$ #abla 1. $ar%metros iniciales ara cada material. Material Hierro Fundido Gris Aluminio Prodax Acero AISI 1018 Acero Inox 304 Bronce SAE 40
D (mm) 54
Vc (m/min) 90
w (mm) 0,36
tc (mm) 0,92
31
200
0,04
0,
35
345
0,02
1,14
2
1!5
0,1
0,!4
!2
250
0,2
0,!5
Fundición de hierro gris: 2
&elaci'n de corte r
=
r
=
A s =0,569 mm
ro rc
1 mm 0.92 mm
=1.087 Fuerza Cortante F s= F c∗cos ∅− F t ∗cos ∅
!ngulo del lano de corte tan ( ∅)=
r cos α 1− rsenα
F s=2100 N ∗cos ∅−1500 N ∗cos ∅ F s=678,87 N
∅=
39,21 °
&esistencia de corte corte eerimental: (rea del $lano $lano de corte A s =
A s
=
t o∗w
S = τ =
F s A s
=
678,87 N
sen ∅ 1 mm∗0.36 mm sen 39,21 °
2
0,569 mm
τ exp =1192,13 MPa &e*erencia ,.
τ teo =240 MPa
Aluminio Prodax:
&elaci'n de corte
2
A s =0,067 mm
t o
r=
t c
Fuerza Cortante 1 mm =1.136 0.88 mm
r=
F s= F c∗cos ∅− F t ∗cos ∅
F s=2100 N ∗cos ∅−1500 N ∗cos ∅
!ngulo del lano de corte r cos α tan ( ∅)= 1− rsenα ∅=
36,84 °
F s=781,39 N
&esistencia de corte corte eerimental: S = τ =
(rea del $lano $lano de corte A s =
t o∗w sen ∅
1 mm∗0.04 mm A s = sen 36,84 °
F s A s
=
781,39 N 781,39 N
τ exp =11712,02 MPa τ teo =71500 MPa
Acero AISI 1018
&elaci'n de corte r=
r=
tan ( ∅)=
t o t c 1 mm = 0,877 1.14 mm
!ngulo del lano de corte
r cos α 1− rsenα
=52,26 °
∅
(rea del $lano de corte A s =
t o∗w sen ∅
2
0,067 mm
A s =
1 mm∗0.04 mm sen 52,26 °
F s=99,06 N
2
A s =0,025 mm
Fuerza Cortante F s= F c∗cos ∅− F t ∗cos ∅ F s
=2100 N ∗cos ∅−1500 N ∗cos ∅
&esistencia de corte corte eerimental: F s 99,06 N τ = = A s 0,025 mm 2 τ exp =3916,76 MPa 3916,76 MPa
&e*erencia &e*erencia ,.
τ teo =80000 MPa
Acero Inoxidable AISI 30
&elaci'n de corte t o
r=
t c
A s =
1 mm∗0.1 mm sen 28,53 ° 2
A s =0,209 mm
1 mm =1.351 0.74 mm
r=
Fuerza Cortante F s= F c∗cos ∅− F t ∗cos ∅
!ngulo del lano de corte r cos α tan ( ∅)= 1− rsenα
F s=2100 N ∗cos ∅−1500 N ∗cos ∅ F s=1128,54 N
∅=
28,53 °
&esistencia de corte corte eerimental: (rea del $lano $lano de corte A s =
t o∗w
S = τ =
F s A s
=
1128,54 N 1128,54 N 2
0,209 mm
sen ∅ τ exp =5390,22 MPa
&e*erencia &e*erencia ,>. τ teo =74000 MPa
!ronce SA" 0
&elaci'n de corte r=
r
=
∅=
29,12 °
t o t c 1 mm 0.75 mm
(rea del $lano de corte
=1.333
A s =
!ngulo del lano de corte tan ( ∅)=
r cos α 1− rsenα
A s =
1 mm∗0.2 mm
sen ∅ 1 mm∗0.75 mm sen 2
A s =0,411 mm
Fuerza Cortante F s= F c∗cos ∅− F t ∗cos ∅ F s
=2100 N ∗cos ∅−1500 N ∗cos ∅
F s=1104,45 N
&esistencia de corte corte eerimental: S
= τ =
F s A s
=
1104,45 N 0,411 mm
τ exp =2687,67 MPa
2
&e*erencia &e*erencia ,?. τ teo =88.2 MPa
#abla 2. &esultados obtenidos con el +odelo de Corte Ortogonal. "aterial
(#$
%&
( mm )
'& (N$
2
Hierro Fundido Gris Aluminio Prodax Prodax
39,21
0,569
6!,!
36,4
0,06!
!1,39
Acero AISI 1018 1018
52,26
0,025
99,06
Acero Inox 304 304
2,5 2,53 3
0,2 0,209
112 12,54 ,54
Bronce SAE 40
29,1 29,12 2
0,4 0,411
1104 104,45 ,45
τ exp
τ teo
Error (%
MPa a (MP 11!"#13
MPa a (MP "40
11%1"#0 " 3!1$#%$
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80000
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