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definición - velocidad de corte

definición de velocidad de corte (Wikipedia)

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Velocidad de corte

                   

Este artículo está referido a las velocidades de corte en máquinas herramienta de tipo industrial, a sus variables e influencias en los parámetros del mecanizado en la fabricación de piezas por esta tipología de conformado.


Contenido

  INTRODUCCIÓN

La velocidad de corte es una variable en sí, es decir, un parámetro a definir en el proceso de mecanizado. Según el valor que le sea asignado, el resultado del proceso de mecanizado se ve afectado; tanto en la pieza a conformar, como en los elementos que intervienen: viruta, filo de corte y pieza resultante.

A lo largo de la historia ha habido numerosos intentos de optimizar dicha velocidad, estudiando parámetros como son la profundidad de corte, la producción de viruta, material mecanizado y material de la herramienta de corte. Ejemplo de tales estudios fueron los realizados por Taylor y Denis.


  CONCEPTOS BÁSICOS DE LA VELOCIDAD DE CORTE

Velocidad de corte de una máquina herramienta se define como: “Velocidad a la que la viruta es arrancada del material base por una herramienta de corte”. Por lo general, se expresa en metros/minuto.

Existen gran variedad de sistemas de mecanizado, según el tipo de máquina. En algunas, el movimiento es realizado por la herramienta y en otros la pieza a mecanizar. En ambos casos, los movimientos pueden ser lineales o de rotación. Sea como fuere, la velocidad de corte se considera como el desplazamiento relativo producido entre la pieza mecanizada y el filo de corte en una unidad de tiempo.

Machining diagram.JPG

Por tanto, en el caso de movimientos rectilíneos con velocidad de avance nula, la velocidad de corte es el desplazamiento lineal del filo de corte respecto a la pieza dividido por el tiempo transcurrido en la operación. En el caso de un torno, cuyo movimiento de corte es realizado por el giro de la pieza a mecanizar sobre su propio eje de revolución, la velocidad de corte es directamente proporcional a la velocidad de giro, en tal caso, estará en función de la velocidad angular y el radio de giro de la pieza en contacto con el filo de corte.


  ECUACIONES DE LA VELOCIDAD DE CORTE

Según la definición del apartado anterior, en el caso del torno, la ecuación básica de la velocidad se expresará de la siguiente forma:[1]

V=π•D•n/1000

Siendo:

  • v= velocidad de corte en m/min
  • D= el diámetro de la pieza de mm.
  • N= la velocidad de giro en r.p.m.

Desde la invención del torno industrial hasta casi finalizado el siglo XX, las velocidades de corte estaban acotadas a la configuración de la propia máquina a través de un mecanismo de piñones y engranajes, llamado caja de velocidades. Hoy en día, en la producción industrial, el método más extendido es el CNC (control numérico computacional), en el cual se define exactamente todas las velocidades relacionadas con el corte, a la vez que otros parámetros del proceso.[2]

La ecuación anterior, expresa matemáticamente la definición aportada, pero solo relaciona la movimiento relativo de ambas piezas (herramienta y pieza) sin tomar en consideración los factores condicionantes del corte óptimo. Éste depende, entre otros factores, de:

  • El desgaste de la herramienta
  • El radio de curvatura de la punta de corte
  • Posición y ángulos del filo de corte
  • Ángulo de caía de la herramienta
  • Geometría de la viruta
  • Ángulo de la cara de desprendimiento
  • Ángulo de incidencia
  • Material de la herramienta de corte

Una ecuación generalizada para la velocidad de corte es:[3]

v=\frac{\left\{{c\cdot{c'}}\right\}^n\cdot{k\cdot{A}}}{b^m\cdot{h^r}\cdot{T^n}}\left\{{\frac{ \delta}{ \delta_0}}\right\}^\left\{{n\cdot{m}}\right\}

Donde:

v es la velocidad de corte
n está en función del material de la herramienta
A es la duración del filo de corte
r es la relación de la disminución de la velocidad de corte al aumentar el avance de pasada.
m es la relación de la disminución de la velocidad de corte al aumentar la profundidad de pasada.
b y h anchura y espesor respectivamente de la viruta formada
k efecto de la lubricación
c coeficiente corrector en función del material de la herramienta y del ángulo de incidencia
c’ coeficiente corrector en función del material de la herramienta y del ángulo de desprendimiento
δ criterio de desgaste de flanco de herramienta
δ0 desgaste de flanco normalizado


  ENSAYOS DE TAYLOR (1907)

Frederick Winslow Taylor
Frederick Winslow Taylor.JPG
Nacimiento 20 de marzo de 1856
Filadelfia, Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos
Fallecimiento 21 de marzo de 1915
Filadelfia, Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos
Ocupación Consultor y Experto en Administración de empresas

Frederick Taylor realizó una serie de ensayos de corte manteniendo constante la duración del filo de la herramienta (20 minutos) y variando otros parámetros. De este modo, para mantener el tiempo de trabajo del filo constante, llegó a los siguientes postulados:[4]

  • Al aumentar la profundidad de pasada ha de disminuir la velocidad de corte, aunque dicha relación no corresponde a una ley lineal.
  • Al aumentar el avance de pasada ha de disminuir la velocidad de corte. Al igual que en postulado anterior, no responde a una relación lineal.
  • La duración del filo de corte, a igualdad de profundidad y avance de pasada, responde a la ecuación V0•T0n=K; donde n tiene un valor comprendido entre 1/7 y 1/10, V la velocidad de corte y T el tiempo de duración del afilado. Por tanto:[5]


V0•T0n= V1•T1n


Taylor publicó los resultados, con las relaciones de la velocidad de corte, el aumento o reducción de la profundidad de pasada y producción de viruta en las denominadas Tablas de Taylor.


  ENSAYOS DE DENIS (1914)

El comandante Denisrealizó una serie de ensayos sobre la producción de viruta entre los tiempos de afilado, manteniendo constante algunos parámetros del mecanizado (avance, profundidad) con los siguientes resultados:[6]

  • En valores bajos de velocidad de corte, al aumentar ésta disminuye el desgas de la herramienta en su cara de desprendimiento.
  • Por encima de la velocidad crítica, el desgaste de la herramienta aumenta considerablemente a causa de un aumento de la temperatura en el filo de corte.
  • La máxima producción de arranque de material es conseguido a la velocidad crítica.
  • A mayor resistencia del material base, mayor será la velocidad crítica de corte.
  • La relación entre la velocidad crítica de corte, el avance y la profundidad de pasada viene expresada por:[4]
P0•A02•V03= P1•A12•V13
Donde:
P es la pasada
A es el avance
V la velocidad de corte
  • La velocidad límite es aquella que destruye el filo de corte en un periodo de tiempo muy pequeño. Esta velocidad límite se encuentra 1,6 y 2 veces la velocidad crítica.
  • La velocidad económica es aquella que obtiene un máximo entre la producción del material arrancado y el tiempo empleado en ello. Esta velocidad económica se encuentra entre 1,3 y 1,5 veces la velocidad crítica.


  INFLUENCIA DE PARÁMETROS EN LA VELOCIDAD DE CORTE

  INFLUENCIA DE LA LUBRICACIÓN

La lubricación es un factor determinante en cualquier proceso mecánico en el que intervengan fuerzas de fricción o cizallamiento prolongado, como es nuestro caso. En la ecuación generalizada de la velocidad de corte se contempla este parámetro con el término K, que presenta valores ente 1 y 1,5 en función de un proceso seco o abundante respectivamente.

El aumento de la lubricación en un proceso de parámetros constantes, lleva consigo lo siguiente:

  • A mayor lubricación, mayor posibilidad de velocidad de corte
  • A mayor lubricación e igual velocidad de corte, mayor tiempo operativo del filo de corte

No obstante, se ha de tener en cuenta que a altas velocidades, el efecto de la lubricación desciende debido a la dificultad de éste para entrar a la zona más activa del proceso de corte y evacuar una cantidad de calor suficiente que mantenga las propiedades mecánicas del filo de corte el mayor tiempo posible.

La relación genérica del parámetro K es:

k=k0+C/vM

Para C y M constantes que dependen del lubricante V la velocidad de corte[7]


  INFLUENCIA DEL ÁNGULO DE CORTE

La importancia de la geometría adoptada en el filo de la herramienta radica en la superficie de contacto de dicho filo. Al disminuir el ángulo de corte, el espesor de la viruta también disminuye, aumentando el ancho de la misma. Por tanto, al tener mayor superficie de contacto, el calor es evacuado con mayor velocidad de la herramienta, prolongando así la vida útil del filo de corte.

En este parámetro, el material del que está constituido la herramienta no presenta una importancia relevante.


  INFLUENCIA DE LA PROFUNDIDAD Y AVANCE DE PASADA

Aunque no es completamente cierta que la relación de los exponentes r y m de la ecuación de la velocidad tenga un aporte lineal en la influencia de la sección de la viruta producida en el corte, sí se puede estimar como tal a efectos de cálculo en la velocidad de corte.

A igualdad de condiciones generales, en un mismo modelo de mecanizado, la disminución en la '''profundidad de pasada''' tiene mayor repercusión en el aumento de la velocidad de corte que si dicha disminución se produjere en el parámetro del '''avance de pasada'''.

Esto es debido a que el parámetro m, que es la relación de la disminución de la velocidad de corte al aumentar la profundidad de pasada, es menor que el parámetro r, que es la relación de la disminución de la velocidad de corte al aumentar el avance de pasada. Por tanto m<r


  INFLUENCIA DE LOS PARAMETROS DE CORTE EN LA INTEGRIDAD SUPERFICIAL

Florez-Orrego et al [1] , de la Universidad Nacional de Colombia (2010), estudiaron el efecto de la variacion de los parametros de corte en la integridad superficial al tornear un acero inoxidable AISI 304. Los autores encontraron que la tasa de avance representa el efecto mas nocivo sobre la calidad del acabado de la superficie, y que ademas de la obtencion del perfil de rugosidad deseado, es necesario analizar el efecto de la velocidad y el avance en la creacion de "micropits" y microdefectos en la superficie maquinada. Ademas, encontraron que las relaciones convencionales empiricas que relacionan el avance y la velocidad de corte con la rugosidad no resulta adecuada para bajas velocidades de corte.


  INFLUENCIA DEL TIEMPO ÚTIL DE USO DEL FILO DE CORTE

En esta variable, es de aplicación las teorías de Taylor ya enunciadas. Como puede apreciarse, el material a mecanizar tiene una influencia mucho menor que el material que compone el filo de corte. En base a éstos, el término n varía desde 0,15 para acero rápido, hasta 0,6 para herramientas cerámicas.

Por tanto, al tener en cuenta su ubicación exponencial en la ecuación general, se puede apreciar que una disminución de la velocidad de corte aumenta la vida del útil.


  MODELO SIMPLIFICADO DE KRONENBERG

Kronenberg basa su trabajo en una variación simplificada de la ecuación de Taylor. Para ello, en vez de tener en cuenta la anchura y espesor de la viruta, se centra en la relación de ambos valores, es decir, en la sección S y en su esbeltez E:[3]

  • S=b•h
  • E=b/h

La aportación más relevante de Kronenberg es la adopción de una vida de la herramienta de 60 minutos, frente a la de 1 minuto de Taylor. Así pues, se obtiene la expresión:

           V = ((K•(E/5)g) / (Sf•(T/60)n)

Donde:

g es 0,14 para aceros y 0,10 para fundiciones
f es 0,28 para aceros y 0,20 para fundiciones
n es 0,15 para aceros rápidos, 0,30 para carburos metálicos y 0,70 para cerámicas

Las conclusiones son análogas, pudiéndose representar en funciones logarítmicas la influencia de la sección de viruta en la velocidad de corte y ésta última con el tiempo de duración del filo de corte.


  VELOCIDAD DE CORTE PARA UNAS CONDICIONES DADAS

El parámetro A de la ecuación general puede ser sustituido por Cv (velocidad de corte para unas condiciones dadas), quedando como una constante dimensional a una velocidad de corte, al tomar los parámetro: c0, c0’, k0, p0, a0, t0 y δ0.

De esta forma, a través de tablas de valores, se obtiene Cv en función solo de dos variables:[8]

  • El material del filo de corte
  • El material de la pieza a mecanizar

  PATOLOGÍAS COMUNES EN EL FILO DE CORTE

Captura de pantalla 2011-07-08 a las 11.39.01.png

Desgaste en la cara de incidencia:[9]

  • Causa: alta velocidad de corte, alto rozamiento.
  • Solución: reducir velocidad de corte.

Craterización:

  • Causa: alta temperatura en ángulo de desprendimiento.
  • Solución: reducir velocidad de corte y aumentar ángulos de desprendimiento.

Deformación plástica:

  • Causa: altas temperaturas de corte. Concentración de calor.
  • Solución: aumentar la superficie de corte, reducir velocidad de avance.

Filo de aportación:

  • Causa: velocidad de corte baja o material a maquinar blando.
  • Solución: aumentar la velocidad.

Astillamiento:

  • Solución: aumentar la velocidad de corte y reducir avance.


  Véase también


  REFERENCIAS

  1. «herramientas de torneado».
  2. I.E.S. Luis Vives. «Operaciones Auxiliares en Fabricación por Mecanizado».
  3. a b Sánchez Carrilero, Manuel (1994). Relaciones paramétricas en el mecanizado. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Cádiz. ISBN ISBN 84-7786-184-6. 
  4. a b «Vidas de las herramientas». Tecnología de fabricación y tecnología de máquinas:  pp. 42. http://es.scribd.com/doc/8264651/Vida-HerramientasHerramientas. 
  5. Lasheras Esteban, José M. (1976). Tecnología mecánica y metrotecnia. Editorial Donostiarra. ISBN ISBN 978-84-7063-087-3. 
  6. «herramientas de corte».
  7. Sánchez, J.M.; M.Marcos, M.A.Sebastián, S.Sánchez, J.M.González (2004). «[2179-181.pdf Modelo paramétrico de la fuerza de corte]». Boletin de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. http://boletines.secv.es/upload/20070131131837.43[2]179-181.pdf. 
  8. «curso de mecanizado».
  9. «Medición del desgaste en herramientas de corte». Wikipedia. 2012. http://es.wikipedia.org/wiki/Medici%C3%B3n_del_desgaste_en_herramientas_de_corte. 


  BIBLIOGRAFÍA

  • Lasheras Esteban, José M. (2000). Tecnología mecánica y metrotecnia.. Editorial Donostiarra,S.A.. ISBN 978-84-7063-087-3. 
  • Kalpakjian, S.; Schimid, S.R. (2008). Manufactura, ingeniería y tecnología.. Editorial Pearson.. ISBN 978-970-26-1026-7. 
  • Sánchez Carrilero, Manuel; Marcos Bárcena, Mariano. (1994). Relaciones paramétricas en el mecanizado.. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Cádiz.. ISBN 84-7786-184-6. 


  Enlaces externos

   
               

 

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