FUNDAMENTOS DEL MECANIZADO                   MECÁNICA DEL CORTEObjetivos Conocer los principios  básicos de la formación ...
MECÁNICA DEL CORTE Corte ortogonal vs corte oblicuo. Mecánica de formación de viruta  Tipos de viruta. Cinemática y Di...
Mecánica del corte             Corte ortogonal vs Corte oblicuoCorte ortogonal   El filo de la herramienta (OF) es perpen...
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal                     Modelos de formación de la viruta                  ...
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal                   Parámetros geométricosÁngulo de cizallamiento, φ Fo...
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal                      Parámetros geométricos   Factor de recalcado, ζ (...
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal                         Parámetros geométricos   Deformación, ε γ     ...
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal            Longitud de contacto de la viruta  Cuando dejen de actuar s...
Mecánica del corte                Viruta en el Corte Oblicuo La viruta no fluye sobre la cara de desprendimiento de la hr...
Corte ortogonal y oblicuo                Sección de la viruta                      S = p.a = b.h                      p = ...
Corte ortogonal y oblicuo                   Sección de la viruta         mat. no arrancado → necesidad de filo secundario ...
Mecánica del corte                                        Tipos de Viruta     Totalmente discontinua:           Mats. fr...
Mecánica del corte                        Tipos de Viruta Ondulada:     Existencia de vibraciones. Continua con filo de...
Mecánica del corte         Cinemática del corte ortogonal                 v, veloc. de corte: relativa entre hrrta y piez...
Dinámica del corte        Análisis de las fuerzas de corte ortogonalEn corte ortogonal, la fuerza total F está contenida e...
Dinámica del corte              Tensiones en el corte ortogonalTensiones actuantes en el plano de cizallamiento:    Tensi...
Dinámica del corte   Modelos de mecanizado en corte ortogonal φ, γ, τ no se pueden relacionar geométricamente, pero sí co...
Dinámica del corte                      Corte oblicuo                                                                   Fc...
Dinámica del corte              Presión específica de corte, ps Estudio del arranque de viruta y cálculo de fuerzas de co...
Dinámica del corte             Presión específica de corte, ksFactores de los que depende ks: Características del materia...
Dinámica del corte             Presión específica de corte, ks Sección y espesor de viruta. ↓ h, A ⇒ ↑ ks Velocidad de c...
Dinámica del corte              Presión específica de corte, ks Lubricación y refrigeración: modifican rozamiento pieza-h...
Dinámica del corte          Presión específica de corte, ks
Mecánica del corte              Fuentes de calor en el mecanizado    Energía absorbida en el proceso de corte se utiliza ...
Mecánica del corte                   Temperatura en el corte La energía disipada se convierte en calor ⇒ incremento de Tª...
Mecánica del corte                           Filo recrecido Debido a la existencia de rozamiento entre viruta y hrrta ⇒ a...
Mecánica del corte                   Desgaste de la herramienta   Tipos de desgaste     En el corte, la hrrta está somet...
Desgaste de la Herramienta                Tipos de desgaste
Desgaste de la Herramienta              Remedios al desgaste
Mecánica del corte                      Refrigerantes/Lubricantes   Tipos     Aceites de corte: minerales + aditivos; ve...
Mecánica del corte                           Refrigerantes/Lubricantes   Selección     Tipo y mat de hrrta: acero al C (...
Mecánica del corte    Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM) Definición: optimización del mecanizado con las limitaciones ...
Mecánica del corte     Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)   HSM como proceso diferenciado:     Fenómenos físicos asoc...
Mecánica del corte        Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)   Efectos del incremento de vc:     Mat. dúctil: zona de...
Mecánica del corte      Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)   Campos de aplicación (Solución no general)
Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)   Análisis DAFO
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

Fundamentos del Mecanizado

7.852 visualizaciones

Publicado el

Publicado en: Tecnología
0 comentarios
3 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
7.852
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
7
Acciones
Compartido
0
Descargas
270
Comentarios
0
Recomendaciones
3
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.
  • Modelos de estudio  simplificación para posterior liberación de restricciones  señalar que este tema es una mera introducción a los fundamentos de formación de la viruta. Estudios basados en experimentos y recientemente en FEM.  señalar la importancia a la hora de optimizar los procesos de mecanizado (htas, lubricantes, MAV)
  • Modelo Pijspanen: el sobremetal se supone dividido en muchísimos pequeños elementos, de espesor infinitesimal, que resbalan uno sobre el otro por la acción de la herramienta, según una dirección común determinada por el plano de cizallamiento inclinado un ángulo  con respecto a la superficie plana de la pieza a mecanizar.
  • Midiendo longitudes de viruta antes y después, se saca el factor de recalcado y, con el ángulo de desprendimiento se saca el ángulo de cizallamiento.
  • Parcialmente segmentada, en Titanio y metales con baja conductividad térmica
  • Recomendar el capítulo 21 del Kalpajian
  • Adhesivo: debido al contacto íntimo entre las asperezas de metal a mecanizar y las superf de la hrrta, pueden desarrollarse fuerzas de adhesión más fuertes que la resistencia mecánica de los materiales en contacto, lo que provoca el paso de una partícula de una superf a otra. Abrasión: acción mecánica de partículas de dureza elevada transferidas a la viruta por el filo recrecido, o propias del mat a mecanizar, o bien fragmentos pertenecientes a la hrrta arrastrados por el mecanismo de adhesión. Difusión: difusión atómica en etdo sólido debida a la temperatura, incluyendo tb la debida a la existencia de afinidad química entre los mats de pieza y hrrta.
  • Fundamentos del Mecanizado

    1. 1. FUNDAMENTOS DEL MECANIZADO MECÁNICA DEL CORTEObjetivos Conocer los principios básicos de la formación de la viruta y su influencia en las fuerzas de corte y el desgaste de la herramienta Introducir el mecanizado de alta velocidad
    2. 2. MECÁNICA DEL CORTE Corte ortogonal vs corte oblicuo. Mecánica de formación de viruta  Tipos de viruta. Cinemática y Dinámica del corte ortogonal. Balance energético en el mecanizado. Desgaste de herramienta. Refrigeración y lubricación. Mecanizado de alta velocidad (MAV o HSM).
    3. 3. Mecánica del corte Corte ortogonal vs Corte oblicuoCorte ortogonal  El filo de la herramienta (OF) es perpendicular a velocidad de corte (v).Corte oblicuo  El filo de la herramienta (OF) y la velocidad de corte (v) no forman un ángulo recto, sino λ≠0 (inclinación del filo) y/o X ≠90 (posición).
    4. 4. Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal Modelos de formación de la viruta ZMODELO DEPIJSPANENPlano de cizallamientoX=90º; λ=0ºMat. Pieza maleableHta rígidaRégimen estacionarioFlujo continuo Y de viruta
    5. 5. Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal Parámetros geométricosÁngulo de cizallamiento, φ Formado por el plano de cizallamiento con la superficie a mecanizar. Depende de: material de pieza y conds de corte. Formación de viruta: proceso dedeformación plástica. Disminuye la longitud y aumenta elespesor de la viruta. Causas para una mayor deformación: Z • menor γ, y • menor φ (mayor ∆s). Y
    6. 6. Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal Parámetros geométricos Factor de recalcado, ζ (≡ c)  ζ es la relación entre la long de viruta formada y la del mat. equivalente (o espesor no deformado y espesor de viruta tras el corte): (entre 0.2 y 1) lv h OA.senφ ↑ e  ↓ζ  ↑ deformación ζ = = = ≤1 lm e OA. cos(φ − γ )  Relación entre factor de recalcado y ángulo de cizallamiento: (entre 10 y 60º) ζ . cos γ tgφ = 1 − ζ .senγ  Factores influyentes: • ↑ tenacidad pieza  ↑ ζ • ↑ calidad de hrrta  ↓ ζ •↑γ↓ζ •↓φ↓ζ  Efectos de ↓ ζ (↑ e): • ↓ velocidad salida de viruta. • ↑ Pc y Tª.
    7. 7. Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal Parámetros geométricos Deformación, ε γ ∆s ζ 2 − 2ζ . cos γ + 1 ε γ = lim = cot φ + tg (φ − γ ) = ∆x →0 ∆x ζ .senγ cos γ εγ = senφ . cos(φ − γ )  Para un γ dado, la deformación es mínima si: π γ φ= + ⇒ ζ=1⇒ e=h 4 2  La relación de estos parámetros es: • Para un γ, si ↑ζ (↓ e) ⇒ ↓ deformación (ε). • Para un ζ (e=cte), si ↑ γ ⇒ ↓ deformación (ε).
    8. 8. Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal Longitud de contacto de la viruta  Cuando dejen de actuar sobre la viruta esfuerzos de compresión normales a la cara de desprendimiento ⇒ no habrá contacto con la herramienta.  Longitud de contacto de la viruta con la herramienta: senθl = OB + BC = h. = e[1 + tg (φ − γ )] senφ . cos(θ + γ − φ ) π θ = +φ −γ 4 θ
    9. 9. Mecánica del corte Viruta en el Corte Oblicuo La viruta no fluye sobre la cara de desprendimiento de la hrrta en direcciónperpendicular al filo ⇒ forma un ángulo η con la normal.  Aplicando principios de tª de plasticidad: η≈λ  Se puede aplicar fórmulas de corte ortogonal, teniendo en cuenta que: • γ → γe senγ e = sen 2 λ + senγ . cos 2 λ
    10. 10. Corte ortogonal y oblicuo Sección de la viruta S = p.a = b.h p = b.senχ h a= senχ
    11. 11. Corte ortogonal y oblicuo Sección de la viruta mat. no arrancado → necesidad de filo secundario  Espesor de viruta equivalente: he = área sección viruta / long filo cortante p . a = l . he
    12. 12. Mecánica del corte Tipos de Viruta  Totalmente discontinua:  Mats. frágiles (no soportan tensión de cizallamiento)  Mats. dúctiles (↓↓vc, ↑avance); No metálicos.  Superf. de contacto muy reducida.  γ bajo o negativo (↓↓ γ); mec. en seco; ↓ rigidez máquina  Parcialmente segmentada:  Compuesta de elementos parcialmente unidos y ligados entre sí.Si rigidez no adecuada, como Fc varía continuamente,aparecen vibraciones  calidad superficial y precisión dimensional  Continua:  Mats. tenaces y dúctiles (↑vc, ↓a).  γ grandes (↑↑ γ).
    13. 13. Mecánica del corte Tipos de Viruta Ondulada:  Existencia de vibraciones. Continua con filo de aportación (recrecido):  Se forman capas de viruta debido al rozamiento en la superf de contacto viruta-herramienta, y se quedan adheridas a hrrta.  Filo aportado crece hasta que rompe bruscamente.  Consecuencias: ↓ acabado superf. y ↓ vida hrta.
    14. 14. Mecánica del corte Cinemática del corte ortogonal  v, veloc. de corte: relativa entre hrrta y pieza, debida al mov. de corte.  vs, veloc. de deslizamiento de la viruta respecto pieza.  vc, veloc. de deslizamiento de la viruta respecto hrrta.  Velocidad de deformación muy elevada: εγ = vs/∆y = 102 ÷106 s-1 (ensayos de fluencia 10-2; choque 102)  ? Usar características comunes de materiales  ensayos propios (∆y cte separación de planos de deslizamiento 0.018÷0.18 mm) vs v v = c = cos γ senφ cos(φ − γ ) h senφ vc = v = ζ .v = v → la max velocidad a la que e cos(φ − γ ) puede fluir la viruta sobre la cos γ sup desprendimiento de hrrta vs = v cos(φ − γ ) es v (velocidad de corte).
    15. 15. Dinámica del corte Análisis de las fuerzas de corte ortogonalEn corte ortogonal, la fuerza total F está contenida en el planonormal al filo de la herramienta.F se descompone según 3 sist. de fuerzas (círculo de Merchant): Dirección del mov pral de corte y avance: Ft (Fc) y Fn (Fa). Ft = Fc = F cos(τ − γ ) ↑γ ó ↓τ ⇒ ↓ Fa/Fc = tg(τ-γ) Fn = Fa = Fsen(τ − γ ) Plano de cizalladura y normal: Fs y Fsn Fs = F cos(φ + τ − γ ) Fsn = Fsen(φ + τ − γ )  Superf. de hrrta y normal: Fγ y Fγn Fγ = Fsenτ Fγn = F cosτ Fγsiendo coef. fricción µ roz = tgτ = Fγn
    16. 16. Dinámica del corte Tensiones en el corte ortogonalTensiones actuantes en el plano de cizallamiento:  Tensión dinámica de cizallamiento: A Fs F As = τs = = senφ cos(φ + τ − γ ) senφ As A Fs = F cos(φ + τ − γ ) 1 F = Aτ s senφ . cos(φ + τ − γ ) cos(τ − γ ) Ft = Fc = Aτ s senφ . cos(φ + τ − γ ) sen(τ − γ ) Fn = Fa = Aτ s senφ . cos(φ + τ − γ )  Tensión normal al plano de cizallamiento: Fsn F σs = = senφ .sen(φ + τ − γ ) As A
    17. 17. Dinámica del corte Modelos de mecanizado en corte ortogonal φ, γ, τ no se pueden relacionar geométricamente, pero sí con teorías deplasticidad y consideraciones energéticas ⇒ Modelos de mecanizado. φ τ- γ Conclusiones:  Relaciones lineales.  Para un γ determinado, ↓τ ⇒ ↑φ y ↓ As (As = A / sin φ )  Como resist. media de mat. en zona cizallado es cte, si ↓ As ⇒ ↓ Fc  Para un τ determinado, ↑γ ⇒ ↑φ ⇒ ↓ F
    18. 18. Dinámica del corte Corte oblicuo Fc Fa = F = F +F +F a 2 2 p c 2 5 Fc Fp = 3 P = Fc .v + Fa .va + Fp .v p ≈ Fc .v
    19. 19. Dinámica del corte Presión específica de corte, ps Estudio del arranque de viruta y cálculo de fuerzas de corte y potencia ⇒presión de corte, ps o ks. F Fuerza de corte ps = k s = c A Sección de virutaCuando A = 1 mm2, se tiene la presión específica de corte, k so. Potencia específica de corte, Psp: potencia necesaria para arrancar unvolumen unitario de material en la unidad de tiempo. P = Fc .vc Q = A.vc Vol de material arrancado en 1 min Fc .vc Fc Psp = = A.vc A
    20. 20. Dinámica del corte Presión específica de corte, ksFactores de los que depende ks: Características del material a mecanizar: ↑ dureza pz ⇒ ↑ ks Mat. y geometría de hrrta: ↑ µHTA/PZA ⇒ ↑ ks ↑ γ ⇒ ↓ ks ↑ k r, X ⇒ ↓ k s En fresado: psγ = ps TABLA . kγ ↑ 1º γ ⇒ ↓ ks 1%
    21. 21. Dinámica del corte Presión específica de corte, ks Sección y espesor de viruta. ↓ h, A ⇒ ↑ ks Velocidad de corte. ↓ V ⇒ ↑ ks
    22. 22. Dinámica del corte Presión específica de corte, ks Lubricación y refrigeración: modifican rozamiento pieza-hrrta. Desgaste de la herramienta: modifica la hrrta ⇒ ↑ ks.Cálculo de ks: Fc F ps = k s = = c A hm .bm ks − Fc = k b hy x k so = = k s .hm z so m m hm1− x ) ( y =1 kso y z dependen del mat de pieza y mat. y z = 1− x geometría de hrrta. En catálogos de fresado: ps hm,γ = ps TABLA . kγ . khm
    23. 23. Dinámica del corte Presión específica de corte, ks
    24. 24. Mecánica del corte Fuentes de calor en el mecanizado  Energía absorbida en el proceso de corte se utiliza en:  Deformación elástica: se devuelve sin producir calor.  Deformación plástica: no se devuelve (romper enlaces atómicos con desprendimiento de calor).  Pérdidas por rozamiento.P = Ps + Pr + Parr = Fc.vc Def. plástica y Def. plástica rozamiento Arrollamiento viruta Rozamiento Cizallamiento Rozamiento
    25. 25. Mecánica del corte Temperatura en el corte La energía disipada se convierte en calor ⇒ incremento de Tª en zona de corte. Las mayores Tªs se alcanzan con: mat pieza muy duro, alta vc y ap. Si el matpieza tiene alto calor específico y conductividad térmica, la Tª no es tan alta. ↑vc ↑vc
    26. 26. Mecánica del corte Filo recrecido Debido a la existencia de rozamiento entre viruta y hrrta ⇒ alcanzar límitede cizalladura en el interior de viruta antes que deslice sobre hrrta ⇒ zona decizalladura secundaria. Variación de geometría de viruta y conds de corte, ya que hay un añadidoal filo cortante y un aumento de γe (provoca ↓ Fc). Filo adherido es inestable ⇒ desgaste de la cara de desprendimiento yperjudica el acabado. Menor incidencia de filo recrecido si ↑vc, ya que al ↑Tª, el mat se ablandae inhibe su formación.
    27. 27. Mecánica del corte Desgaste de la herramienta Tipos de desgaste  En el corte, la hrrta está sometida a: grandes tensiones mecánicas, alta Tª y efectos corrosivos del refrigerante ⇒ desgaste progresivo o fallo prematuro.  Fallo prematuro provocado por: deformación plástica del filo, fatiga y rotura frágil (tensiones y baja tenacidad).  Desgaste progresivo no puede ser evitado, pero sí controlado. Mecanismos de desgaste progresivo
    28. 28. Desgaste de la Herramienta Tipos de desgaste
    29. 29. Desgaste de la Herramienta Remedios al desgaste
    30. 30. Mecánica del corte Refrigerantes/Lubricantes Tipos  Aceites de corte: minerales + aditivos; vegetales (capa lubricante); mixtos.  Fluidos base agua: emulsiones (aceite mineral + agua (directas (90%) / indirectas) + emulsionante = taladrina); soluciones (sintéticas y semisintéticas). Funciones  Refrigeración (enfriar eficazmente hrrta): ↓ viscosidad, capacidad de mojar bien el mat (contacto), ↑ calor específico y ↑ conductividad térmica.  Lubricación: ↓µ ⇒ facilita flujo viruta ⇒ ↓τ ⇒ ↑φ y ↑ζ.  Prevenir filo recrecido  Proteger de corrosión  Lubricar M-H  Evacuar viruta
    31. 31. Mecánica del corte Refrigerantes/Lubricantes Selección  Tipo y mat de hrrta: acero al C (emulsiones), HSS (sg pieza), metal duro (emulsiones o en seco)  Mat de pieza: aleac. no férreas ligeras y pesadas (en seco o aceites); aleac. Ni ( emulsiones); fundición (en seco); aceros (aceites)  Conds. de mecanizado: cond extremas y delicadas ( aceites); cond ligeras (emulsiones)  Tipo de mecanizado: rectificado (emulsiones); taladrado (aceites puros de baja viscosidad)  Reciclaje y mantenimiento Forma de aplicación  Fluido: riego a 10÷225 l/min. Localización próxima a la zona de corte.  Neblina: para acceder a zonas difíciles y mejorar visibilidad pieza. En rectificado, a 10÷80 psi de presión, con emulsiones.  Alta presión: 800 ÷5000 psi. Actúa como rompevirutas. Mayor evacuación de calor en procesos de elevada velocidad y potencia de corte.
    32. 32. Mecánica del corte Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM) Definición: optimización del mecanizado con las limitaciones existentespieza/material/máquina-herramienta. Puede suponer mecanizar a velocidadesde corte entre 5 y 10 veces superiores a las que se utilizan de maneraconvencional “para cada material”. (no implica necesariamente ↑↑ rpm) Causas de su aparición: desarrollo de mat de hrrta, desarrollo de M-H(componentes y sistemas de control) y conocimientos del mecanismo deformación de viruta y desgaste de hrrta.  optimización y proceso diferenciado.
    33. 33. Mecánica del corte Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM) HSM como proceso diferenciado:  Fenómenos físicos asociados al corte: mats responden a la hipótesis de Salomon  Fenómenos difusión asociados al desgaste de hrrta: capas de recubrimiento contra el desgaste por difusión.
    34. 34. Mecánica del corte Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM) Efectos del incremento de vc:  Mat. dúctil: zona de deformación primaria tiende al plano de cizallamiento, de forma que ↑ φ ⇒ ↑ ζ ⇒ ↓ deformación ⇒ ↓ Fc  ↓ µ entre viruta y hrrta  Desaparece filo recrecido ⇒ ↑ calidad superficial  Casi la totalidad del calor se evacua por la viruta  ↑ Frecuencia de excitación dinámica ⇒ alejada de frecuencia crítica de M-H. Consecuencias:  Mayores gastos de inversión (2÷5 veces): formación, infraestructuras, herramientas, controles, CAD/CAM; cambio de mentalidad y distribución del tiempo.  Mayores beneficios: ↑ calidad superficial, ↓ tp mecanizado (30% en fresado), ↓ operaciones acabado (pulido), ↓ dinero en consumo de htas y ↑ seguridad.
    35. 35. Mecánica del corte Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM) Campos de aplicación (Solución no general)
    36. 36. Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM) Análisis DAFO

    ×