FUERZA Y POTENCIA DE CORTE EN ARRANQUE DE VIRUTA

Álvaro Pérez Rodríguez, Luis A. Mayor Moreno, David González López, Daniel González Abad, José L. del Nogal García, Luis Mediero Muñoyerro, Eduardo Medina Santos.

SEIS (6)

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PALABRAS CLAVE: fuerza, potencia, maquinabilidad.

The forces acting on the tool are an important aspect of machining. For those concerned with the manufacture of machine tools, a knowledge of the force is needed for estimation for power requirements and for design of structures adequately rigid and free for vibration. The cutting forces vary with the tool angles an accurate measurement of force is helpful in optimising tool design. Scientific analysis of metal cutting also requires knowledge of the forces, and in the last eighty years many dynamometers have been developed, capable of measuring tool force with considerable accuracy.

FUERZAS DE CORTE

Las fuerzas de corte están compuestas principalmente por el esfuerzo del arranque de viruta y el esfuerzo para romper la viruta. La intensa presión y fricción en el proceso da lugar a fuerzas que actúan en varias direcciones. El esfuerzo aplicado sobre el filo es principalmente de compresión, pero también existen esfuerzos de cizalladura. El área de contacto entre la viruta y la cara de desprendimiento está relacionada con las fuerzas de corte, razón por la que habrá que optimizar su geometría. El material de la herramienta también afecta a las fuerzas de corte.

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Fig. 1. Esfuerzo de compresión y fuerzas en el filo de corte

Desde un punto de vista tridimensional, la fuerza de corte puede dividirse en tres componentes: fuerza tangencial (Fc), fuerza radial (Fp), y fuerza axial (Ff).

La fuerza tangencial depende en gran parte no sólo del contacto pieza-herramienta, sino también del tipo de contacto entre la viruta y la cara de desprendimiento.

La calidad de la viruta real y la rotura de ésta afectan considerablemente a la fuerza tangencial. También existe un a relación directa entre el espesor de viruta no deformado (hd) y la fuerza tangencial.

Fig.2. Fuerza de corte: componentes. Fig.3. Fuerza de corte/espesor viruta.

En la figura 3, la fuerza Fco es la fuerza necesaria para deformar el material antes de que se forme ninguna viruta. La magnitud de esta fuerza varía con el tipo y condición del material de la pieza.

Por otro lado, para la mayoría de los materiales, el aumento de la velocidad de corte conduce a unas fuerzas de corte más bajas, debido a un aumento de temperatura en la zona de influencia en un área más reducida de contacto.

Fig.4. Fuerza/velocidad de corte.

El tamaño de la fuerza tangencial contribuye al par de torsión que tiene lugar, y por ello influye en los requerimientos de potencia para el corte en cuestión. En principio, el producto de la fuerza tangencial por la velocidad de corte representa la potencia necesaria.

El diagrama comparativo para fuerza específica de corte Kc muestra que ésta disminuye conforme aumenta el espesor de viruta sin deformar, dependiendo del tipo de material, como puede verse para (A) acero inoxidable, (B) acero aleado y (C) fundición gris.

La fuerza depende de la tensión de fluencia del material en la zona de cizalladura de la pieza y el área de cizallamiento. Este área varía considerablemente y con la misma, la fuerza de corte. Se cree que tiene una mayor influencia que la tensión de fluencia del material, que en realidad no varía tanto en el proceso de corte.

Fig.5. Kc según materiales.

Las aleaciones y el tratamiento térmico incrementan la tensión de fluencia del material. Por lo tanto, esto tiene una influencia importante en lo que respecta al cálculo de potencia (Pc) para cualquier proceso de mecanizado. El efecto de esta fuerza se expresa por medio de la fuerza específica de corte (Kc). Ésta se define como la fuerza de corte tangencial necesaria por sección de viruta, y se expresa en N/mm2

Fig..6. Fuerza/potencia específica de corte

Como tal, la potencia está muy estrechamente relacionada con el trabajo/energía (energía específica) necesaria por volumen de metal arrancado.

El valor de la fuerza específica de corte se conoce para diferentes materiales, permitiendo el cálculo del material de pieza eliminado por unidad de potencia. También es un factor en lo que respecta a maquinabilidad de los materiales.

El valor es válido para un material bajo ciertas condiciones y datos de corte. Por ejemplo, el valor variará con la velocidad de corte: una mayor velocidad dará como resultado unas temperaturas más elevadas, y generalmente conduce a un menor valor. También la geometría del filo de corte influye, ya que un ángulo de desprendimiento positivo proporciona un valor menor que un ángulo negativo.

De esta forma, la fuerza específica de corte siendo una unidad para la fuerza de corte tangencial, está estrechamente relacionada con el régimen de avance y el espesor de la viruta no deformada. Un incremento en h1 conduce a una reducción de kc. Esto significa que cuando se utiliza una sección de viruta menor y una geometría de corte no adecuada, mayor será la fuerza específica de corte y la necesidad de potencia. Esto también motiva la recomendación de maximizar los regimenes de avance en el proceso de mecanizado.

Fig.7. Fuerza/ Vcorte específica

La componente radial Fp se dirige en ángulo recto con respecto a la fuerza tangencial desde el punto de corte. La fuerza de corte axial Ff se dirige a lo largo del avance de la herramienta, axialmente en dirección del mecanizado de la pieza.

Es un factor importante

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