MECÁNICA DE CORTE ORTOGONAL

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MECÁNICA DE CORTE ORTOGONAL

Investigadores en el campo del corte de metales han intentado desarrollar un análisis del proceso de corte, que proporcione una clara idea de los mecanismos involucrados y que permita la predicción de los parámetros de corte más importantes; sin la necesidad de realizar pruebas empíricas.

Debido a que la mayoría de las operaciones de corte son geométricamente complejas consideremos en primer lugar el corte ortogonal. Este corte se caracteriza porque el filo de la herramienta es perpendicular a la superficie de la pieza de trabajo. Por su sencillez y amplia aplicación, este tipo de corte es el más estudiado, considerando que es un proceso con viruta continua sin acumulación de material en el borde de la herramienta, por lo que nos concentraremos en este tipo de corte.

En los últimos treinta años se han escrito varios artículos acerca de la mecánica básica del proceso de corte de metales. Se han desarrollado varios modelos para describir el proceso; algunos con bastante éxito al describirlo, pero ninguno puede ser considerado aún como la correcta solución. Por consiguiente, mientras que ninguno de los análisis pueda predecir las condiciones de corte en situaciones prácticas, es necesario examinar estos análisis, porque explican cualitativamente los fenómenos observados e indican la forma en que las condiciones de corte deben modificarse para aumentar la eficiencia del proceso.

El hecho de que exista duda acerca de la naturaleza de la zona de deformación en el corte de metales ha generado dos corrientes de pensamiento diferentes para realizar el análisis. Muchos autores, como Piispanen, Merchant, Kobayashi y Thomsen se han inclinado por el modelo del plano delgado (o zona delgada), que aparece en la Figura 1.1. Otros autores como Palmer, Oxley, Okushima y Hitomi han fundamentado sus análisis en una región gruesa (no delgada) de deformación como la Figura 1.1 indica, que el modelo de la zona gruesa puede describir el proceso de corte a muy bajas velocidades, pero a velocidades mayores la evidencia indica que el modelo de zona delgada es más apropiado.

Por tanto, parece que el modelo de zona delgada es el que puede resultar de mayor utilidad para situaciones prácticas de corte. Además, resulta tener un tratamiento matemático mucho más simple que el modelo de zona gruesa. Debido a estas dos razones el modelo de zona delgada ha recibido mayor atención, resultando un modelo más completo que el segundo.

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         Zona delgada                                         Zona gruesa

Figura 1.1 Dos modelos para el análisis del corte de metales.

1.1 Modelo de zona delgada

1.1.1 Análisis de Merchant

Merchant desarrolló un análisis con base en el modelo del plano delgado de corte, a partir las siguientes condiciones:

• La intersección de dos superficies de material genera el filo de la herramienta y en el proceso se considera que no existe fricción entre la herramienta y el material.
• La deformación del material ocurre sólo en dos dimensiones.
• Los esfuerzos en el plano de corte se encuentran distribuidos uniformemente.
• Las fuerzas resultantes en el proceso de corte ortogonal son de igual magnitud, colineales, pero con sentidos opuestos.

A partir de estas condiciones se construye el diagrama en que se muestran las fuerzas que actúan en el proceso de corte ortogonal, como se muestra en la  Figura 1.2, donde la fuerza resultante puede relacionarse con otras fuerzas importantes, como la fricción Ff   a lo largo de la cara frontal de la herramienta, o la fuerza de corte  Fc en la dirección del movimiento. Debido a que la fuerza resultante puede cambiar de magnitud y de dirección, resulta conveniente considerar las dos componentes Fl y Fn correspondientes a las fuerzas normales de la fuerza de corte y de fricción respectivamente.  

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Figura 1.2 Representación esquemática de las fuerzas que ocurren en el proceso de corte ortogonal

Las fuerzas que entran al proceso están dadas por las siguientes ecuaciones:

[pic 11]                                (1.1)

[pic 12]                                (1.2)

En estos modelos matemáticos se tiene que:

        [pic 13]        resistencia al corte del material de trabajo

        [pic 14]        ángulo en el que se generan los planos de corte 

        [pic 15]        ángulo en el que corta la herramienta de corte, llamado ángulo de desprendimiento.

        [pic 16]        profundidad de corte antes de la deformación

        [pic 17]        ancho del corte

        [pic 18]        ángulo en el que actúa la fuerza resultante de fricción

se puede evaluar en la siguiente ecuación:

[pic 19]                (1.2a)

A partir de las ecuaciones 1.1 y 1.2 se pueden determinar la fuerza de corte y la fuerza normal de corte, siempre y cuando se conozca la resistencia al corte que presenta el material de trabajo, y conociendo algunas variables como son: el ángulo de fricción, el ángulo en el que se forman los planos que dan origen a la formación de viruta. Es posible con estas ecuaciones conocer las fuerzas que actúan en el proceso, ya que éstas estarán dadas por las condiciones de corte cuando se ejecute el proceso, por lo cual sus magnitudes, normalmente, serán conocidas. Es de esperar que el ángulo en el que se forman los planos de corte se pueda calcular de forma analítica sin la necesidad de realizar pruebas experimentales. Así mismo Merchant desarrolló el círculo que lleva su nombre (Figura 1.3), en el que circunscribe las fuerzas que actúan en el corte y a través de proyecciones se pueden determinar las magnitudes de las fuerzas, que ocurren en el interior del material al realizarse el proceso.

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