UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica

INGENIERIA CIVIL EN MECANICA VESPERTINO GUÍA DE LABORATORIO

ASIGNATURA “PROCESOS DE FABRICACIÓN II” NIVEL 03 EXPERIENCIA C911 “FUERZA DE CORTE EN EL TORNEADO” HORARIO: VIERNES 19:00 A 21:30 HORAS

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica 1.- OBJETIVOS GENERALES 1.1.- Investigar los efectos de la variación de un factor de corte en los valores predichos por teorías de corte. 1.2.- Evaluar la potencia que absorbe un material al ser mecanizado por arranque de viruta, con el fin de optimizar los procesos de maquinado.

2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS 2.1.- Definir los parámetros usados en el ensayo, tales como: potencia específica de corte, condiciones de corte (Vc, a, p), geometría de la herramienta, etc. 2.2.- Determinar valores del ángulo de cizallamiento, ángulo de fricción y resistencia aparente de cizalla, haciendo variar el ángulo de desprendimiento de la herramienta. 2.3.- Verificar las teorías de corte utilizando los resultados encontrados en el punto 2.1 2.4.- Analizar la influencia que ejercen en la presión específica los siguientes factores: material de la pieza, material de la herramienta, velocidad de corte, velocidad de avance, profundidad de corte, ángulo de desprendimiento, etc. 2.5.- Comparar los valores contenidos en los ensayos con resultados de ecuaciones teóricas para estimar la presión específica. 2.6.- Comprobar las condiciones de corte necesarias para aprovechar al máximo la potencia disponible de la máquina herramienta.

3.- INTRODUCCIÓN TEORICA En los procesos de producción mediante arranque de viruta conviene aprovechar al máximo la potencia disponible de la máquina herramienta con el objetivo de incrementar la productividad o eficiencia.

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica Un parámetro que da una indicación de la eficiencia del proceso es la energía consumida por unidad de volumen de material removido, y se conoce como energía específica de corte (ks).

Figura 1. Energía absorbida en el corte por unidad de volumen ks.

Ks = Fc · L Ac · L

=

Fc Ac

(

HP ) 3 pulg / min

(kg/mm2)

Generalmente ks se expresa como presión específica de corte, es decir: Ks = Fc Ac Donde: Fc

= Fuerza de corte (kgf)

Ac

= Sección de corte (mm2)

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica La presión específica depende del material y puede variar considerablemente de uno a otro, siendo afectada por los cambios en la sección de corte, ángulos y velocidad. La influencia de estos factores se aprecia en los gráficos de la figura 2. TENDENCIAS DE LA PRESIÓN ESPECÍFICA DE CORTE ks CON DIFERENTES FACTORES

FIGURA 2

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica TENDENCIAS DE LA PRESION ESPECÍFICA DE CORTE ks CON DIFERENTES FACTORES

CONTINUACIÓN FIGURA 2

3.1.- TEORIAS DE MECANIZADO Los cambios en el ángulo de desprendimiento o salidas producen efectos importantes en los parámetros característicos como son el ángulo de fricción medio, el ángulo de cizalladura y la resistencia aparente de cizalladura del material. Para obtener algunas predicciones, es necesario ligar estos parámetros especialmente para estimar el valor de la fuerza de corte Fc. Se han elaborado varias teorías para relacionar los parámetros mencionados. Dos de las teorías más conocidas son las de Ernst y Marchant la de Lee y Shaffer, basadas en un modelo de corte ortogonal con las fuerzas actuando en un plano de cizalle como aprecia en la figura Nº1.

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Diagrama de fuerzas para el corte ortogonal , donde: Fr = fuerza resultante sobre la herramienta.. Fc = fuerza de corte. Ft = fuerza de empuje. Fs = fuerza de cizalladura sobre el plano de cizalladura. Fns = fuerza normal sobre el plano de cizalladura. Ff = fuerza de fricción sobre la cara de la herramienta. Fn = fuerza normal sobre la cara de la herramienta. Ø = ángulo de cizalladura γ = ángulo de inclinación efectivo τ = ángulo medio de fricción sobre la cara de la herramienta. Ac = área de la sección de la viruta sin cortar. ac = espesor de la viruta no deformada. ao = espesor de la viruta.

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica Las teorías proporcionan las siguientes relaciones:

Ernst y Marchant: 2Ø + τ - γ= π 2 Lee y Shaffer: Ø + τ - γ = π 4 El valor de Ø puede obtenerse de la relación geométrica: cos γ tg Ø = R – sen γ

Donde R es el factor de recalcado y es igual a:

R =

ao ac

Donde ac es el espesor de la viruta no deformada y ao es el espesor de la viruta. El ángulo de fricción medio sobre la cara de la herramienta τ, se puede obtener de: Ft

=

tg (τ - γ )

Fc

3.2.- TORNEADO Las fuerzas y velocidades que se producen durante el torneado pueden esquematizarse de la siguiente manera:

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La potencia necesaria para el maquinado resulta del producto de cada componente de la fuerza del maquinado por la respectiva componente de la velocidad de corte. Potencia de Corte Nc

Nc =

Fc x Vc 60 x 75

(CV)

donde: Vc

: Velocidad de corte

m min

Fc

: Fuerza de corte

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica Potencia de Avance Na

Fa x Va

(CV)

Na = 1000 x 60 x 75

donde: Va : Velocidad de Avance

mm min

Fa

: Fuerza de avance (kgf)

Potencia Efectiva de Corte Ne

Ne = Nc + Na (CV) La potencia de avance es pequeña en relación con la potencia de corte y se puede aproximar. Ne = Nc

(CV)

Fuerza de Corte

Es la fuerza de maquinado que actúa en la dirección del corte (Fc). La magnitud de esta fuerza puede estimarse aplicando fórmulas de presión específica de corte, considerando que: Fc = ks x Ac (kgf) donde: Ac es la sección de corte y es igual a:

Ac = a x p ó bien Ac = b x h en mm2

Fórmulas de Potencia Específica de Corte

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica Uno de los primeros investigadores que procuró expresar analíticamente la dependencia de la presión específica con los factores vistos anteriormente fue Taylor (1908). Sus fórmulas son las siguientes: ks =

88

a 0,25 ks =

para fundición gris

p0,07

200

para acero semidulce

a0,07 Después de Taylor, varios investigadores siguieron trabajando para expresar valores de presión específica, en forma simple y suficientemente precisa para fines prácticos. Resultados de estos trabajos son la fórmula ASME y Nomograma de Kienzle que se da a continuación. FORMULA ASME

Ks =

Ca an

Ca =

Constante del material

n

=

0,2 para aceros

n

=

0,3 para fierro fundido

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Valores de Ca para herramientas de Acero Rápido MATERIAL

DUREZA BRINELL

CA

177 187 302 181 241

180 215 233 122 142

1020 SAE 1045 SAE 4340 Fundición media Fundición dura SAE

Esta tabla tiene validez para la siguiente forma de la herramienta χ 10º

α 6º

14º

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γ 1/4”

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica 4.- METODO A SEGUIR Realizar ensayos de mecanizado en un torno para medir la fuerza resultante y observar el proceso modificando: la geometría de la herramienta, la velocidad de corte, el avance, la profundidad de corte y el material a mecanizar. 4.1.- Medir la fuerza de corte, la fuerza de avance y el espesor de la viruta deformada para cada valor del ángulo de desprendimiento seleccionado, manteniendo las demás variables constantes. Con los valores obtenidos calcular los parámetros

y

en función de

,graficar los resultados obtenidos y compararlos con los valores obtenidos con las ecuaciones de las teóricas. 4.2.- Medir

la fuerza de mecanizado, registrando los valores resultantes

Para variaciones de: profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte. Con los valores obtenidos calcular la presión específica de mecanizado, graficar los resultados obtenidos y compararlos con los valores obtenidos con las fórmulas de presión específica de corte.

5.- VARIABLES A CONSIDERAR 51. Velocidad de corte, avance, profundidad de corte, r.p.m, G. 5.2. Geometría de la herramienta 5.3. Tipo de material

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica 6.- TEMA DE INTERROGACIÓN 6.1. Teorías de corte 6.2. Presión específica de corte 6.3. Mecanizado en Torno

7.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR 7.1. Torno 7.2. Mesa dinamométrica 7.3. Tarjeta de adquisición de datos 7.4. Herramienta de corte 7.5. Pié de metro 7.6. Tacómetro 8.- LO QUE SE PIDE EN EL INFORME 8.1. Determinación de Fuerzas según teoría de corte. 8.2 Determinación de Fuerzas según la presión específica de corte. 8.3. Comparación de valores teóricos con valores medidos en la experiencia. 9.- BIBLIOGRAFÍA 9.1 Boothroyd, Geofrey “Fundamentos del corte de Metales y de las Máquinas Herramienta”. Editorial, Mc Graw-Hill.

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