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Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Ingeniería Mecánica Manufacturas IIInforme de LaboratorioFuerzas de corte en un proceso de torneadoAlumnos: Gustavo Boré Bárbara Brunetti Marcial Galaz Paloma HurtadoAyudante: Pablo DuqueProfesor: Rafael MenaValparaíso, viernes 1 de junio de 2...

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Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Ingeniería Mecánica Manufacturas II

Informe de Laboratorio Fuerzas de corte en un proceso de torneado

Alumnos:

Gustavo Boré Bárbara Brunetti Marcial Galaz Paloma Hurtado

Ayudante:

Pablo Duque

Profesor:

Rafael Mena

Valparaíso, viernes 1 de junio de 2012

Introducción El presente informe expone todo el desarrollo necesario para analizar el comportamiento de las distintas fuerzas que determinan un proceso de mecanizado en torno. Con ello, se pretende obtener estrechas relaciones entre parámetros de trabajo como lo son el radio de punta de la herramienta, velocidad de avance, velocidad de rotación, entre otras, y la distribución de la fuerza de mecanizado en sus tres componentes: Fuerza de corte, avance y rechazo. El método utilizado será el propuesto por Kienzle, permitiendo encontrar las constantes k S1.1 y z asociadas al material de mecanizado. Luego, se podrán obtener las relaciones entre fuerzas y parámetros de trabajo para dicho material a distintas variaciones. La forma de trabajo será ajustando los parámetros en el torno e ingresarlos al programa diseñado para estas mediciones. Éste programa asociará las distintas señales recibidas desde un sistema de medición piezoeléctrico con una medición de fuerza en los tres ejes. Luego, se podrán obtener relaciones entre los parámetros y las fuerzas generadas más las constantes asociadas al material. Finalmente, el informe se culmina con observaciones generales del funcionamiento del modelo de Kienzle y las relaciones obtenidas empíricamente durante el ejercicio. Esto facilitará interconectar todos los factores que afectan un proceso de mecanizado en torno y sus efectos sobre el proceso.

Objetivos Se establecen los siguientes objetivos puntuales para esta experiencia. 1. Determinar experimentalmente las fuerzas de avance, corte y rechazo que son producidas en el proceso de torneado en función de diferentes parámetros del proceso. 2.- Evaluar las contantes Ks11 y z del material mecanizado usando el Modelo de Kienzle 3.- Conocer el dispositivo de medición de fuerzas. 4.- Analizar los diferentes parámetros para determinar la influencia que poseen sobre las fuerzas de mecanizado. 5.- Conocer el arreglo de medición usado para la obtención de las fuerza de corte. 6.- Concluir respecto de la validez del Modelo de Kienzle para determinar las fuerzas de corte en el proceso de Torneado

2

Descripción de los trabajos y metodologías utilizadas Para obtener datos numéricos de las fuerzas involucradas en el proceso de torneado, es necesario montar una torreta especial que, al igual que la torreta convencional, posee las mismas capacidades de movimiento y ajuste, pero en su base está instalado un dinamómetro piezoeléctrico. La señal obtenida del dinamómetro es luego pasada por un amplificador de señal, el que permite la lectura por parte del adquisidor de datos. Éste aparato transforma la señal en conjuntos digitales, que son interpretados por el software del computador. El programa de cálculo recibe, por una parte, los parámetros que determinan la forma y tipo de mecanizado, como lo son las revoluciones de la pieza, la geometría de la herramienta y su posición, el diámetro de la pieza, la profundidad de corte y el avance. Posteriormente, interpreta las señales del adquisidor de datos como fuerza en los 3 ejes:   

eje z para la fuerza de corte, eje y para la fuerza de avance eje x para la fuerza de rechazo

El experimento basa su teoría en el modelo de Kienzle. Éste consiste en determinar experimentalmente la fuerza específica necesaria para arrancar una viruta de 1 [mm] de ancho y 1 [mm] de largo desde un cierto material. Su expresión matemática está dada por

donde

la fuerza específica y el exponente z depende de las

características del mecanizado. Lue siguiente:

los ajustes necesarios podemos llegar a la ecuación

log

−

(ℎ)

Siendo esta es la ecuación que se genera, empíricamente, al realizar una regresión lin recopilados. El software asocia un comportamiento lineal, para así calcular los valores

los datos z.

En el laboratorio, se establecieron los parámetros de mecanizado, variando un parámetro por vez, realizando 3 mediciones para distintos valores del parámetro fluctuado. C os datos se construyeron tablas de valores, las que reflejan las distintas formas de configurar el nizado y la influencia que tiene cada parámetro sobre la fuerza de corte. La obtención de z depende fuertemente del material utilizado, el que, en nuestros ensayos fue un Sae1020 sin tratamientos térmicos. Los datos de las mediciones, así como el cálculo de las constantes y las respectivas curvas de comportamiento se encuentran en el Anexo Nº1.

3

Conclusiones y Comentarios Respecto al modelo de Kienzle utilizado en la experiencia, podemos decir, a grandes rasgos, que éste cumple con las mediciones de fuerzas desarrolladas experimentalmente. Si se analiza parámetro a parámetro, se puede concluir sus efectos individuales, a saber: 

Profundidad de corte: con este parámetro de operación no pudimos obtener los valores de las constantes buscadas, debido a que la profundidad no generó una variación importante que pudiera realizar la regresión lineal, lo cual se podría mejorar realizando un número mayor de mediciones. Y sobre las fuerzas obtenemos un comportamiento constante en la cual la mayor es la fuerza de corte, luego le sigue la fuerza de avance y la menor de estas es la fuerza de rechazo.



Angulo de ataque: Al aumentar el ángulo se observó un comportamiento en el cual cambia la relación de las fuerza en el mecanizado, para un ángulo de 45° observamos que la fuerza de rechazo es la mayor de las tres, pero al aumentar el ángulo esta fuerza disminuye hasta ser la menos importante en el análisis de las fuerzas, respecto a la fuerza de corte se puede observar que es la que termina predominando para los ángulos superiores a 60°, mientras que la fuerza de avance tiene un comportamiento casi constante a la variación de los ángulos. Con el parámetro de ángulo de ataque se pudieron determinar las constantes buscadas en la experiencia.



Avance: este produce un comportamiento en las fuerzas que es similar a la profundidad de corte, es decir, se puede observar que la fuerza de corte es la mayor, seguida de la fuerza de avance y por último la fuerza de rechazo, con este parámetro si logramos obtener las constantes del modelo de Kienzle.



RPM: al variar este parámetro, el modelo no nos arroja valores de las constantes debido a que este no lo afecta, y los valores de las fuerzas mantienen el mismo comportamiento mencionado en avance y profundidad de corte.



Rɛ: A medida que este aumenta,los valores de las fuerzas tienden a un valor común, con este parámetro el modelo no nos da los valores que estábamos buscando. Los valores de estas fuerzas tienen la misma tendencia antes mencionada.

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Bibliografía. -

Información entregada en cátedra de la asignatura. Apoyo audiovisual de la asignatura. Información del instructor de laboratorio. http://es.scribd.com/doc/8264821/Apuntes-Tecnologia-Mecanica

5

Anexo 1: Tablas de valores Experimentales y gráficos 

Tabla de valores medidas variando ap, material SAE1020, Herramienta CNMG432-PN4025

ap [mm] f [mm/rev] VC [m/min] Kr [º]

RPM Rɛ[mm] 560 560 560

0,8 0,8 0,8

2,0 1,5 1,0

0,119 0,119 0,119

78,29 81,1 87,08

d medio [mm] 44,5 46,1 49,5

95 95 95

Fc [N] 824 537 400

Fa [N] 591 417 315

Fr [N] 323 281 268

Mediante una regresión lineal s -

=

uerzas de mecanizado

Fuerzas vs ap



1000 500

Fc [N]

0

Fa [N] 0

0,5

1

1,5

2

2,5

Fr [N]

Profundidad de corte ap

Tabla de valores medidas variando Kr, material SAE1020, herramientas: CNMG432-PN4025 (95º), TNMG332-PM4025 (90º) y SNMG432-PM4025 (45º)

RPM Rɛ[mm]

ap [mm] f [mm/rev] VC [m/min] Kr [º]

560 0,8 1,5 0,119 560 0,8 1,5 0,119 560 0,8 1,5 119 Mediante una regresión lineal s tiene: -

87,08 87,08 87,08

95 90 45

d medio [mm] 49,5 49,5 49,5

Fc [N] 537 550 411

− 0,837 = 18314,6 [

Fuerzas vs Kr Fuerzas de mecanizado

600 400 Fc [N]

200

Fa [N]

0

Fr [N] 0

20

40

60

80

Angulo de ataque Kr

6

100

120

Fa [N] 417 417 420

Fr [N] 281 290 524



Tabla de valores medidas variando f, material SAE1020, herramienta CNMG432-PN4025

RPM Rɛ[mm] 560 560 560

0,8 0,8 0,8

ap [mm] f [mm/rev] VC [m/min] Kr [º] 1,5 1,5 1,5

0,119 0,155 0,223

Mediante una regresión lineal s -

87,08 87,08 87,08

d medio [mm] 49,2 49,2 49,2

95 95 95

Fc [N] 553 744 875

Fa [N] 422 548 675

Fr [N] 288 387 463

tiene: 0,2869 = 1748,85 [

Fuerzas de mecanizado

Fuerzas vs f 1000 800 600 400 200 0

Fc [N] Fa [N] Fr [N] 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

Avance f



Tabla de valores medidas variando RPM, material SAE1020, herramienta CNMG432-PN4025

RPM Rɛ[mm] 335 560 1180

0,8 0,8 0,8

ap [mm] f [mm/rev] VC [m/min] Kr [º] 1,5 1,5 1,5

0,119 0,119 0,119

51,78 86,56 82,39

95 95 95

d medio [mm] 49,2 49,2 49,2

Fc [N] 734 559 486

Mediante una regresión lineal s -

=

Fuerzas de mecanizado

Fuerzas vs RPM 800 600 400

Fc

200

Fa

0

Fr 0

500

1000 RPM

7

1500

Fa [N] 531 425 359

Fr [N] 368 286 227



Tabla de valores medidas variando Rɛ , material SAE1020, no se tiene datos de Herramientas utilizadas

RPM Rɛ[mm] 560 560 560

0,4 0,8 1,2

ap [mm] f [mm/rev] VC [m/min] Kr [º] 1,5 1,5 1,5

0,119 0,119 0,119

Mediante una regresión lineal s

86,56 86,56 86,56

95 95 95

d medio [mm] 49,2 49,2 49,2

Fc [N] 594 573 540

Fa [N] 414 427 423

t

-

=

Fuerzas vs Rɛ Fuerzas de mecanizado

700 600 500 400 Fc

300

Fa

200

Fr

100 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8 Rɛ

8

1

1,2

1,4

Fr [N] 210 284 370

Anexo 2: Montaje de expeeriencia

1

2 Vista de toorreta (1) con dinamómetro piezoeléctrico (2)

5

3

4

Vista lateral de montaje, con portaherramientas (3), cables dde conexión (4) y pieza a mecanizar (5)

8 7

6

Amplificador de señal (6), adquisidor de datos (7) y computador (8) 9...