UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Área de Procesos Mecánicos

Transcripción

1 INGENIERÍA CIVIL EN MECÁNICA PLAN 2012 GUÍA DE LABORATORIO ASIGNATURA TEORÍA DEL MECANIZADO CÓDIGO NIVEL 05 EXPERIENCIA 472 FORMACIÓN DE VIRUTA 1

2 1. OBJETIVO GENERAL Analizar el proceso de formación de viruta en los procesos de manufactura con desprendimiento de viruta, para identificar los parámetros principales que determinan el tipo de viruta obtenido en el cilindrado de una pieza de acero dulce (SAE 1020). 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2.1. Analizar los resultados experimentales de la formación de viruta cuando se mecaniza un acero dulce (SAE 1020) con diferentes condiciones geométricas de la herramienta de corte Verificar experimentalmente los efectos del ángulo de desprendimiento y el ángulo de ataque de la herramienta de corte sobre el proceso de formación de viruta Medir los resultados dimensionales en la viruta (ancho y espesor de viruta), cuando se modifica el ángulo de desprendimiento de las herramientas de corte que se empleen. Para estos casos, se mantendrán constantes la velocidad de corte, el avance, la profundidad de corte y el ángulo de ataque Medir los resultados dimensionales en la viruta (ancho y espesor de viruta), cuando solo se modifica el ángulo de ataque, para las herramientas con diferentes ángulos de desprendimiento, manteniendo constantes los parámetros de avance, profundidad de corte y velocidad de corte 3. INTRODUCCIÓN TEÓRICA El proceso de formación de viruta en los procesos de mecanizado es determinado en forma importante por la geometría de la herramienta de corte, asimismo que por los parámetros que se empleen en dicho proceso. A continuación se muestran los elementos principales de la geometría de la herramienta y el proceso de formación de viruta, elementos que serán contrastados en las experiencias de este laboratorio. 3.1 Geometría de la herramienta de corte. La Figura 3.1 muestra las denominaciones de las principales superficies y aristas de una herramienta de corte monofilo. La acción de la herramienta de corte respecto de la pieza en bruto, permite que en el proceso de fabricación con desprendimiento de viruta se obtenga la pieza terminada, cumpliendo con los requerimientos de calidad. 2

3 Figura 3.1. Nomenclatura de la herramienta de corte En el proceso, la herramienta actúa a través del movimiento relativo con la pieza de trabajo, en este caso en torneado, para ir produciendo la viruta que se genera. El movimiento relativo entre la pieza y la herramienta está compuesto por la velocidad de corte, definida por la velocidad de giro de la pieza, y el movimiento de avance de la pieza (velocidad de avance). De esta manera, se cambia la forma de la pieza de trabajo hasta lograr las dimensiones y exactitudes solicitadas por el cliente. Por medio de la acción de la herramienta respecto de la pieza se extrae la viruta, lo cual define las siguientes superficies y aristas en la herramienta (Figura 3.1): - Canto cortante principal: filo de la herramienta que actúa como elemento principal en la generación de la viruta. - Superficie de desprendimiento: superficie de la herramienta a través de la cual se desliza la viruta generada. - Superficie de incidencia principal: que en conjunto con la superficie de desprendimiento establecen el canto cortante. - Radio de la punta: extremo del canto cortante que es el responsable por la generación de la superficie naciente de la pieza de trabajo. - Superficie de incidencia secundaria: superficie lateral de la herramienta. Esta superficie en conjunto con la superficie de desprendimiento definen el canto cortante secundario. 3

4 La ubicación de estas superficies y aristas respecto de la pieza determina las condiciones en las cuales se produce le proceso de desprendimiento de viruta. Por ello, es fundamental definir la geometría de la herramienta de corte. En la Figura 3.2 muestra los planos de referencia y los ángulos y radios principales que definen la geometría de una herramienta de corte monofilo respecto de su acción respecto de la pieza, según la Norma ISO 3002/1. Esta designación se denomina herramienta en mano, ya que la definición de la geometría de la herramienta se realiza respecto de los planos que uno define con la herramienta en la mano. Figura 3.2. Geometría de la herramienta de corte según Norma ISO 3002/1. Los componentes principales de la geometría de la herramienta, que se definen mediante los planos de: Referencia de la Herramienta, Normal al Filo y Del Filo de la Herramienta, son los siguientes: - Ángulo de desprendimiento normal γn, que puede ser positivo o negativo. - Ángulo de incidencia normal αn. - Ángulo de inclinación del filo λs, que puede ser positivo o negativo. - Ángulo de ataque o de posición κr. - Ángulo de esquina εr. - Radio de esquina o de punta de la herramienta rε 4

5 3.2 Proceso de formación de la viruta. El proceso de formación de la viruta en los procesos de mecanizado, corresponde a un proceso de deformación plástica que se efectúa sobre el material metálico, por la fuerza que ejerce la herramienta sobre la pieza de trabajo. En la Figura 3.3 se muestra, de manera esquemática, la forma de acción de la herramienta sobre el material de la pieza de trabajo. Para ello, se emplea una malla cuadriculada para identificar las deformaciones permanentes que se producen por acción de la herramienta. Se puede apreciar que las mayores deformaciones plásticas se realizan en la zona de deformación primaria, por delante de la herramienta; en cambio, se producen deformaciones plásticas de menor orden en las zonas de deformación secundaria, productos del roce de la herramienta con la viruta que se está generando y de la misma herramienta con la superficie nativa de la pieza de trabajo. Figura 2.1. Mecanismo de formación de viruta. 5

6 Las deformaciones plásticas que determinan la formación de viruta son influidas en forma preponderante por dos parámetros: El ángulo de desprendimiento de la herramienta. Este parámetro tiene un rol central, ya que mientras menor es su valor, mayor es la compresión en la zona de deformación primaria, dificultándose la formación de viruta y haciendo incrementar el espesor de viruta resultante. En cambio, a mayor ángulo de desprendimiento, menor es la compactación en la zona de deformación primaria y por lo tanto, más fácil la formación de la viruta y menor el espesor de viruta. El roce entre herramienta y viruta. El efecto del roce con la herramienta de corte, tanto por parte de la viruta saliente en la superficie de desprendimiento, como con la superficie naciente de la pieza de trabajo en la superficie de incidencia. Por ello, mientras mayor sea este roce en esas superficies, mayores serán las deformaciones plásticas en las zonas de deformación secundarias y como tal, más dificultosa la formación de viruta. Por ello, es importante el empleo de fluidos de corte de carácter lubricante en el mecanizado de metales. También es importante destacar que este roce genera desgastes en la superficie de desprendimiento y en la superficie de incidencia principal de la herramienta. Los resultados de tiempos y costos de fabricación, asimismo que los de calidad serán determinados por este proceso de formación de viruta. 3.3 Relaciones geométricas en la formación de viruta. Las relaciones geométricas asociadas al proceso de formación de viruta en un proceso de torneado se muestran en la Figura 3.3 Se puede apreciar que existe la sección de viruta que se desea extraer, Av, que está determinada por los parámetros de mecanizado: Av = ap f [mm 2 ] Donde se tiene: Av = Sección de viruta a extraer [mm 2 ] ap = profundidad de corte [mm 2 ] f = avance [mm] 6

7 Figura 3.3. Relaciones geométricas de la viruta. La sección de viruta a extraer Av también es posible determinarla mediante la relación: Av = h b Donde: b = ancho de viruta h = espesor de viruta Por efecto del proceso de formación de viruta, caracterizado por los procesos de deformación plástica antes descritos, esas condiciones geométricas descritas en la figura como sección de viruta cambiarán. Los cambios producidos por las deformaciones plásticas afectarán en forma principal a los valores del espesor de viruta h. Por ello, en este laboratorio se verificará experimentalmente los efectos de la variación del ángulo de desprendimiento y del ángulo de ataque sobre el espesor de viruta h. 7

8 4. MÉTODO A SEGUIR La metodología a seguir en este laboratorio es la siguiente: - Disponer de un torno convencional y tres herramientas de corte de acero rápido (HSS), afiladas con ángulos de desprendimiento diferentes: + 6 ; 0 ; Disponer de un trozo de acero dulce (SAE 1020), para realizar operaciones de cilindrado. - Iniciar actividades en el torno identificado, indicando las medidas de seguridad a tomar en consideración. - Montar la herramienta con ángulo desprendimiento +6 ; ángulo de ataque, 75 - Realizar una operación de cilindrado con avance medio (en el orden de 0,2 [mm/rev]), profundidad de corte de 2 [mm] y una velocidad de corte del orden de 35 [m/min]. - Repetir la operación de cilindrado del material cambiando solamente las herramientas de HSS con ángulos de desprendimiento 0 y luego -6. El resto de las condiciones se mantiene, midiéndose los respectivos anchos y espesor de viruta obtenidos. - Repetir las operaciones con cada una de las herramientas antes descritas, solamente cambiando el ángulo de ataque a Finalizar las acciones con el torno mencionado. - Entregar indicaciones respecto de los objetivos a obtener con el informe. 5.- VARIABLES A CONSIDERAR Las variables más importantes a considerar en el ensayo son los siguientes: ap = profundidad de corte [mm] f = avance [mm] 8

9 Av = sección de la viruta [ mm 2 ] h = espesor de viruta [mm] b = ancho de viruta [mm] Las condiciones de corte (profundidad de corte, avance, velocidad de corte) serán iguales para todos los ensayos a realizar. 6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN Los temas más importantes de interrogación son los siguientes: Las deformaciones plásticas asociados al proceso de formación de viruta. El tipo de viruta que se genera al mecanizar un acero dulce (SAE 1020) Los efectos de la variación del ángulo de desprendimiento respecto de los resultados de espesor y ancho de viruta resultantes. Los efectos de la variación del ángulo de ataque en las dimensiones de la viruta que se obtengan Facilidad o dificultad en la formación de viruta considerando los ángulos de desprendimiento y de ataque. La dependencia del espesor de viruta y el ancho de viruta en función del ángulo de desprendimiento y el ángulo de ataque. 7.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR Los instrumentos a usar en esta experiencia son los siguientes: Pié de metro para medir los resultados dimensionales de los espesores de viruta y anchos de viruta obtenidos. 8.- LO QUE SE PIDE EN EL INFORME Informe con los resultados obtenidos en el laboratorio para los espesores de viruta y anchos de viruta, para la variación de las condiciones de ángulo de desprendimiento y ángulo de ataque. Estos resultados pueden ser mostrados como gráficos de dependencia del espesor y del ancho de viruta en función del ángulo de desprendimiento y del ángulo de ataque. Conclusiones sobre el tipo de viruta obtenido en el mecanizado de un acero dulce (SAE 1020). Contrastación de los aspectos teóricos de la formación de viruta con los resultados obtenidos en laboratorio. 9.- BIBLIOGRAFÍA Sepúlveda, E. Unidades Temáticas 1 y 2, Teoría del Mecanizado USACH,