TEORÍA DEL MAQUINADO DE METALES Con la teoría del maquinado, se estudian cuales son s on los diferentes dif erentes parámetros que intervienen en este proceso de manufactura, y como se interrelaciona unos con otros y en especial como se determinan estos para optimizar al máximo los recursos, disponibles para obtener un producto que cumpla con las especificaciones de diseño, de manufactura, y estándares de calidad, exigidos por la compañía. Teoría de la formación de viruta La geometría de la mayoría de operaciones de maquinado prácticopresenta complejidad en su ejecución. Para su análisis se desprecianmuchas de las complejidades geométricas y los procesos se puedendescribir con buena precisión. Se denomina modelo ortogonal verfigura 10. El cual es en dos dimensiones y es una simplificación delcorte real el cual es visto en 3 dimensiones. El modelo de corteortogonal juega un papel fundamental en el análisis
MODELO DE CORTE ORTOGONAL El corte ortogonal usa por definición una herramienta en forma decuña, en la cual el borde cortante es perpendicular a la dirección direcc ión dela velocidad velocid ad de corte. Al presionar la herramienta contra el material seforma una viruta por deformación cortante a lo largo de un planollamado plano de corte , este forma un ángulo á con la superficie detrabajo. Solamente el afilado borde de corte de la herramienta haceque ocurra la falla del material, como resultado la viruta se separa delmaterial original.La herramienta de corte tiene solamente dos elementos geométricos,el ángulo de ataque y el ángulo o claro de incidencia. El ángulo deataque á determina la dirección de la viruta la cual fluye de la partede trabajo, y el ángulo del claro el cual brinda un espacio pequeñoentre la herramienta y la superficie recién generada.Durante el corte, el borde cortante de la herramienta se coloca acierta distancia por debajo de la superficie original del trabajo. Éstacorresponde al espesor de la viruta antes de su formación t0. Alformarse la viruta a lo largo del plano de corte se incrementa suespesor a tc. La relación de t0 a tc se llama relación de grueso deviruta o simplementerelación de viruta r . La geometría del modelo de corte ortogonal nos permite estableceruna relación importante entre el espesor de la viruta, el ángulo deataque y el ángulo del plano de corte. Sea ls la longitud del plano decorte. Se verifica fácilmente. Con un arreglo matemático Ô puede determinarse de la siguientemanera: La deformación cortante ocurre a lo largo del plano de cortepuede estimarse al examinar la figura. La figura 11 (a) muestra la deformación cortante aproximada, en la que una serie de
placasparalelas se deslizan una contra otra para formar la viruta. Deacuerdo con la definición de deformación cortante, cada placaexperimenta la deformación cortante mostrada en 11 (b); querelacionada con la parte (c) se expresa como:
En tercer lugar, la formación de la viruta depende del tipo de materialque se máquina y las condiciones de corte de la operación. Sepueden distinguir tres tipos básicos de de viruta. 1. Viruta discontinua . Cuando se maquinan materialesrelativamente frágiles (ejemplo hierro fundido) a bajasvelocidades de corte, la viruta se forma frecuentemente ensegmentos separados. Esto tienden a impartir una texturairregular a la superficie maquinada. Una alta fricción en laherramienta-viruta y los avances y profundidades grandes decorte promueven la formación de este tipo de viruta. 2. Viruta continúa. Cuando se cortan materiales de trabajodúctiles a altas velocidades, con avances y profundidadespequeñas, se forman virutas largas y continuas. Cuando seforma este tipo de viruta se obtiene un buen acabadosuperficial. Un borde cortante bien afilado en la herramienta yuna baja fricción herramienta-viruta crean el ambiente propiciopara la formación de viruta continua 3. Viruta continúa con acumulación en el borde. Cuando semaquinan materiales dúctiles a bajas velocidades o medias, lafricción entre la herramienta y la viruta, tienden a causaradhesión de porciones de material de trabajo en la carainclinada de la herramienta. Esta formación de se llamaacumulación en el borde. La formación de esta acumulación esde naturaleza cíclica; se forma y crece, luego se vuelveinestable y se rompe. Gran parte de la acumulación de dedesecho se lleva la viruta. Sin embargo, algunas porcionespueden incorporarse a la superficie de trabajo recién formada,ocasionando que la superficie se vuela rugosa.
R e l a c i ó n e n t r e p o t e n c i a y e n e r g í a d e m a q u i n a d o El sistema de fuerzas que intervienen en un proceso de cortetridimensional consta de tres componentes, las cuales se definen acontinuación: Fuerza de Corte F c : Es la que actúa en el vector velocidad de corte.Esta fuerza es la que requiere mayor cantidad de potencia, el 99% deesta, para realizar el proceso.
Fuerza de Avance F t : Es la fuerza avance y consume el 50 % de lafuerza de corte F c y actúa en dirección de avance de la herramienta, ycorresponde solo a un pequeño porcentaje de la potencia, debido a quelas velocidades de avance son pequeñas. Fuerza Radial F r : Es perpendicular a la superficie de mecanizado. Estaa su vez es el 50% de la fuerza de avance F t y su contribución a lasnecesidades de potencia son bajas. La energía por unidad (potencia) de tiempo, o potencia para corte estádeterminada como sigue:
En caballos de fuerza (HP) la potencia de maquinado en esta dada por:
En donde HP c será la potencia neta o bruta requerida para realizar elcorte de los metales, la cual es generada por la máquina herramienta,usada en el proceso de maquinado y es más
grande que la potencia decorte.En la cual HPg es la potencia entregada por el motor de la máquinaherramienta, expresada en caballos de potencia y E es la eficiencia de la máquina herramienta, donde el valor típico de esta, se encuentraalrededor del 90%
HPu es la potencia unitaria consumida por unidad de volumen de corte yen la cual se verifica, que MRR es la velocidad de remoción de material, yla cual se determina mediante el producto .
La potencia unitaria puede ser expresada en términos de la potenciaunitaria U, también conocida como energía especifica y la cual sedetermina como sigue:
ENERGIA DE MAQUINADO Los datos provenientes de tablas de la potencia específica de corteesencialmente provienen de la energía requerida para tal corte.Esencialmente la mayoría de la energía que se consume en la cizalladuray el rozamiento en la superficie de contacto entre la herramienta y viruta. Le ecuación E.5 nos permite determinar su valor
FORMACIÓN REAL DE VIRUTA Se precisa saber que hay diferencias entre el modelo ortogonal y elproceso de maquinado real. En primer lugar el proceso dedeformación cortante no ocurre sobre un plano. Si el corte tuvieralugar en un solo plano ello implicaría que la acción de corte deberíaocurrir en forma instantánea, en lugar de hacerlo en un periodo detiempo finito (aunque breve). Para un material que se comporta enforma real, la deformación cortante debe ocurrir dentro de una zonadelgada de corte, más que un plano de espesor cero. Este es elmodelo más realista del proceso, el cual se ilustra en la figura.Experimentos realizados en la zona de corte de metal handemostrado que espesor de la zona de corte es solamente unaspocas milésimas de longitud En segundo lugar existe un corte adicional como un corte secundario,el cual resulta de la fricción entre la herramienta y la viruta aldeslizarse a lo largo de la cara inclinada de la herramienta. Su efectoaumenta con el incremento de la fricción entre la herramienta y laviruta. Las zonas de corte primario y secundario se pueden ver en lafigura 12.
Fig. 12 En tercer lugar, la formación de la viruta depende del tipo de materialque se máquina y las condiciones de corte de la operación. Sepueden distinguir tres tipos básicos de de viruta. 1. Viruta discontinua . Cuando se maquinan materialesrelativamente frágiles (ejemplo hierro fundido) a bajasvelocidades de corte, la viruta se forma frecuentemente ensegmentos separados. Esto tienden a impartir una texturairregular a la superficie maquinada. Una alta fricción en laherramienta-viruta y los avances y profundidades grandes decorte promueven la formación de este tipo de viruta. 2. Viruta continúa. Cuando se cortan materiales de trabajodúctiles a altas velocidades, con avances y profundidadespequeñas, se forman virutas largas y continuas. Cuando seforma este tipo de viruta se obtiene un buen acabadosuperficial. Un borde cortante bien afilado en la herramienta yuna baja fricción herramienta-viruta crean el ambiente propiciopara la formación de viruta continua Viruta continúa con acumulación en el borde. Cuando semaquinan materiales dúctiles a bajas velocidades o medias, lafricción entre la herramienta y la viruta, tienden a causaradhesión de porciones de material de trabajo en la carainclinada de la herramienta. Esta formación de se llamaacumulación en el borde. La formación de esta acumulación esde naturaleza cíclica; se forma y crece, luego se vuelveinestable y se rompe. Gran parte de la acumulación de dedesecho se lleva la viruta. Sin embargo, algunas porcionespueden incorporarse a la superficie de trabajo recién formada,ocasionando que la superficie se vuela rugosa.
