VELOCIDAD DE CORTE

Las variables que influyen en la velocidad de corte son muy numerosas y pueden dividirse en 3 grupos principales:

a) Variables que dependen de la herramienta:1- Materiales y tratamiento trmico2- Angulo de corte3- Perfil4- Perfeccin del afilado

b) Variables que dependen del material1- Composicin qumica2- Dureza y resistencia a la traccin3- Grado de maquinabilidad4- Carcter abrasivo

c) Variables que dependen de las condiciones de corte1- Avance2- Profundidad de corte3- Tipo de corte (continuo o discontinuo)4- Lubricacin

Existen 2 mtodos principales para determinar la velocidad de corte correcta.

El primer mtodo consiste en emplear las tablas aproximadas que aparecen en cualquier manual o literatura a propsitos: el segundo consiste en calcular la velocidad a partir del material que se trabaja, el del cortador y las condiciones de corte, usando las formulas establecidas por Taylor, Kronenberg, Lauru, etc.

El primer mtodo generalmente se reduce el empleo de graficas o tablas. Parea establecer estas grficas, las casas manufactureras de cortadores o los laboratorios de investigacin toman en cuenta el carcter abrasivo del material, su dureza, su tenacidad y la seccin de viruta, as como el material de la herramienta.

As por ejemplo, el carcter abrasivo del hierro fundido es superior al del acero, por lo que la velocidad de corte ser menor para una misma seccin de viruta.

La elevacin de temperatura debida al corte es mayor al aumentar la velocidad que aumenta el avance a la profundidad de corte. Por lo que se obtiene un rendimiento mayor al aumento una de estas 2 ultimas variables.

Aunque la dureza del material pueda servir como gua aproximada para ajustar la velocidad de corte no existe una relacin exacta que nos defina v en funcin exclusiva de la dureza, ya que para diferentes materiales la velocidad ser muy diferente aunque su dureza sea la misma. La fig 3.3 da rangos aproximados para los valores Vr cuando la vida de la herramienta es de 60 seg. De un modo aproximado puede decirse que: para la dureza brinell comprendidas entre 160 y 220 la velocidad disminuye en 0.8% por punto de aumento de la dureza: para durezas brinell menores a 160 la velocidad baja en 1% por punto de dureza y para valore mayores de 200 la disminucin ser de 0.4% por punto de dureza

Fig. 3.3 valores aproximados de la velocidad de corte Vr cuando la vida de la herramienta tr=60s

El aumento de la velocidad de corte aumenta el desgaste de la cuchilla mucho ms que el aumento proporcional del avance y la profundidad. Para una misma duracin de la herramienta la relacin se muestra en la fig. 3.4

Fig. 3.4 Relacin tpica entre la duracin de la herramienta y la velocidad de corte.

Puede apreciarse que todos los puntos estn sobre una lnea recta y desde luego se pueden representar por la siguiente ecuacin emprica planteada por Tylor.

En donde:n= contanteV= velocidad de cortet= duracin de la herramientaVr= velocidad de corte de referencia. Para la cual se conoce la duracin de la herramienta.Pendiente de la lnea Y(Vr, tr)= puntos sobre ella

Del grafico se obtiene n=0.25, si la velocidad de la herramienta se escoge arbitrariamente como 1 m/s, para la cual tr=100s, la ecuacin quedara:

Las tablas proporcionan la velocidad de corte para una duracin determinada de la cuchilla entre afilados. No dan la velocidad critica puesto que esto varia con cada material, herramienta y mquina, aunque el valor dado est a cercana de ese punto.

En las tablas se considera que el material sufre un corte co0ntinuo y en seco, si el corte es discontinuo hay que reducir la velocidad en un 20-40% segn el material y la cuchilla: si el trabaja con refrigerante se puede aumentar la velocidad hasta un 50%.

El segundo mtodo solo puede aplicarse en grandes fbricas donde hay oficinas tcnicas de preparacin del trabajo. Se emplea formulas del tipo de la siguiente obtenida por Tylor.

Dnde:V = Velocidad de cortes = avance en mm/revt = profundidad de corte en mmr = radio de la nariz de la cuchillac= coeficiente caracterstico del material

POTENCIA DE CORTE

La operacin racional de las maquinas-herramientas exige entre otras cosas, que estas sean operadas al mximo de su potencia disponible. En nuestro pas es muy comn que este tipo de mquinas, no trabajen en condiciones ptimas y en muchos de los casos sin haber una buena razn para ello, lo cual significa una menor produccin y por tanto un costo ms elevado. El presente artculo tiene como finalidad, presentar los conocimientos tericos necesarios para lograr ese aprovechamiento mximo de la potencia

EXPRESION DE LA POTENCIA DE CORTE

El clculo de la potencia de corte absorbida por una mquina-herramienta, solo puede hacerse aproximadamente. Esto se explica porque el trabajo de corte depende de una gran cantidad de variables que no han sido suficientemente estudiadas y esto tambin tiene explica los resultados muchas veces distintos a los calculados utilizando los datos obtenidos por diferentes investigaciones.

La potencia total absorbida durante el corte se puede dar por la siguiente formula:

En donde:Nc= potencia til de corte utilizadas efectivamente durante el trabajoNa=potencia til absorbida por los mecanismos de avanceNv=No+Nf= potencia necesaria para vencer resistenciasNo= potencia absorbida por la maquina durante la marcha en vacioNf= potencia a causa de esfuerzos adicionales transmitidos durante el corte

Los principios tcnicos en que se apoya la determinacin de la potencia utilizada durante el corte se pueden deducir fcilmente de una operacin de cilindros en torno (fig. 3.5)La velocidad de corte que corresponde a la velocidad tangencial de la pieza, esta expresada por:

En donde:Vc= velocidad de corte en m/mmD= Dimetro de la pieza que se est maquinando en mmN= nmero de revoluciones por minuto de la pieza que se est maquinando

Fig. 3.5 la fuerza de corte en una operacin de cilindros en torno.

En la figura 3.5, R es la resultante de las fuerzas originadas por el corte y puede descomponerse entre las fuerzas perpendiculares entre si, que son:

Fc= fuerza de corte en Kg.Fa= Fuerza de avance en Kg.Fr= Fuerza radial en Kg.

Desde el punto de vista de consumo de potencia por el corte, la nica fuerza que interesa es Fc como se demostrara a continuacin analizando el trabajo realizado por cada uno de los componentes durante una vuelta completa de la pieza que se est trabajando.

Como por definicin del trabajo es el producto de la fuerza radial F, es evidente nulo, ya que el desplazamiento de su punto de aplicacin se realiza perpendicularmente a la direccin de la fuerza.

Para una vuelta de la pieza, la fuerza Fa, se ha desplazado una cantidad a la que llamamos avance y por lo tanto ha realizado un trabajo (a*F). si tomamos en cuenta por un lado que en la practica el avance es demasiado pequeo con relacin al desplazamiento que recorre una vuelta Fc y que por otro lado, la experiencia demuestra que la fuerza Fa es menor que Fc de acuerdo con las siguientes relaciones:

Para fundiciones

Para acero dulce

Podemos concluir que el trabajo a * F es despreciable y lo ser ms a medida que aumenta el dimetro D de la pieza que se mquina, de aqu que la potencia Na absorbida por los mecanismos de avance sea despreciable:

Finalmente. El trabajo de corte Fc. Este dado por:

Por lo tanto la potencia consumida por el corte en si esta expresado por:

Y la expresin de la potencia total queda entonces:

Para el clculo se puede despreciar tambin Nf y entonces queda:

RENDIMIENTO TOTAL

El rendimiento mecnico de una mquina-herramienta se presenta por la relacin entra la energa consumida en la operacin de corte propiamente dicha y la energa total que se consume media en la entrada del motor elctrico.

En donde Ec es la energa de corte y Et la energa total consumida.

Se puede escribir tambin:

De esta ltima expresin se concluye que para poder determinar en forma aproximada el valor de la potencia total consumida en una operacin de corte en meta, deben determinar el rendimiento, la velocidad de corte y la fuerza de corte.

VALORES DE RENDIMIENTO MECANICO

En las primeras mquinas-herramientas por conversin y como resultado de una necesidad prctica, el rendimiento mecnico engloba las perdidas en el motor elctrico con las perdidas en todos los mecanismos que integran la mquina. Si se analiza la ecuacin (7) se ver que existen tantos valores del rendimiento, como condiciones de trabajo diferentes pueda tener una maquina: sin embargo, en la prctica es comn obtener, el dato del rendimiento para la potencia nominal y para las mejores condiciones de trabajo. La experiencia ha demostrado que para fines prcticos y en plena carga, los valores que toman las expresiones del rendimiento son las siguientes:

Para maquinas con movimiento principal rotativo, tales como domo tornos, taladros, fresadoras, etc. De 0.7 a 0.85 Para maquinas con movimiento principal rectilneo tales como cepillos, escoplos, brochaduras, etc. De 0.6 a 0.7

Dentro de estos valores y de acuerdo con el criterio y la experiencia podr seleccionarse el rendimiento para una maquina determinada.

VALORES DE VELOCIDAD DE CORTE

El valor de la velocidad de corte Vc, depende de varios factores, entre los cuales podemos citar el tipo de dureza del material a trabajar, materiales y condiciones del filo de la herramienta, estados de la mquina, refrigerantes utilizados, vida de la herramienta, profundidad de corte y velocidad del avance.

VALORES DE LA FUERZA DE CORTE

La fuerza de corte Fc se puede determinar por comparacin a partir de frmulas empricas deducidas de ensayos de laboratorios o bien por medicin directa en dinammetros especiales, esto da lugar a dos mtodos por comparacin.Posiblemente entre los primeros, los ms prcticos son aquellos que utilizan la presin especifica de corte como base para el clculo, por lo cual antes de llegar al mtodo en si, conviene analizar el concepto citado.De acuerdo (3) se deduce que el trabajo realizado por minuto es:

O bien

Este trabajo es evidentemente igual a la energa consumida para realizarlo.

Por otro lado, si llamamos p a la profundidad de corte y al avance expresado ambos en mm, el volumen de material removido por minuto ser:

De las ultimas expresiones se deduce, que el tanto el consumo de energa como la cantidad de metal removido, son proporcionales a la velocidad de corte. Esto permite establecer un parmetro que da una indicacin de la eficiencia del proceso y7 que es independientemente de la velocidad de corte expresndose matemticamente como sigue:

En donde:ks= presin especifica de corteq=a*p mm^2 = rea transversal de corte (seccin de la viruta)

La presin especifica de corte puede variar considerablemente para un material dado y la experimentacin han comprobado que su valor depende de algunas variables tales como: velocidad, profundidad y alimentacin durante el corte, geomtrica y posicin de herramienta, condiciones del filo, material que se trabaja y lubricante durante el corte. Sin embargo, se ha demostrado que para un ngulo en la cara de ataque (rake angel), grandes velocidades de corte y fuerte alimentaciones, la presin especfica de corte tiende a permanecer constante. Para torneado y para acero medio este valor se aproxima a 113 kg/mm ensayando con un ngulo en la cara de ataque de 110 y una profundidad de 1.27mm.

Finalmente la fuerza Fc se puede medir experimentalmente con dinammetros especialmente diseados. El principio sobre el cuales basa todos l0os dinammetros la medicin de deflexin o alargamientos producidos en las estructuras del dinammetro debido a la accin de la resultante de la fuerza de corte. El diseo de un dinammetro difiere considerablemente dependiendo de si las deflexiones de la estructura se miden directamente con transductores de desplazamiento o si los alargamientos impuestos a la estructura se miden por medio de galgas extensomtricas (strain gauges) y su equipos adicionales (fig 3.6)

Fig. 3.6 (a) Dinammetro de viga cantilver donde la medicin de las deformaciones se hace con transductores de desplazamiento.(b) seccin del dinammetro anterior(c) relacin de desplazamiento para dinammetros en cantilver