State Space

Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso de torneado son los siguientes:

• Elección del tipo de herramienta más adecuado.

• Sistema de fijación de la pieza.

• Velocidad de corte (Vc) expresada en metros/minuto.

• Diámetro exterior del torneado.

• Revoluciones por minuto (rpm) del cabezal del torno.

• Avance en mm/rev. , de la herramienta.

• Avance en mm/mi de la herramienta.

• Profundidad de pasada.

• Esfuerzos de corte.

• Tipo de torno y accesorios adecuados.

Debido al alto coste que tiene el tiempo de mecanizado, es de vital importancia hacer una selección adecuada de las herramientas que permita realizar los mecanizados en el menor tiempo posible y en condiciones de precisión y calidad requeridas. Para ello tendremos en cuenta los siguientes factores (Tabla 2.10).

Diseño y limitaciones de la pieza

Tamaño, tolerancias del torneado, tendencia a vibraciones, sistemas de sujeción, acabado superficial. Operaciones de

torneado a realizar

Cilindrados exteriores o interiores, refrentados, ranurados, desbaste, acabados, optimización para realizar varias operaciones de forma simultánea, etc. Estabilidad y

condiciones de mecanizado

Cortes intermitente, voladizo de la pieza, forma y estado de la pieza, estado, potencia y accionamiento de la máquina, etc.

Disponibilidad y selección del tipo de

torno

Posibilidad de automatizar el mecanizado, poder realizar varias operaciones de forma simultánea, serie de piezas a mecanizar, calidad y cantidad del refrigerante, etc.

Material de la pieza

Dureza, estado, resistencia, maquinabilidad, barra, fundición, forja, mecanizado en seco o con refrigerante, etc.

Disponibilidad de herramientas

Calidad de las herramientas, sistema de sujeción de la herramienta, acceso al distribuidor de herramientas, servicio técnico de herramientas, asesoramiento técnico.

Aspectos económicos del mecanizado

Optimización del mecanizado, duración de la herramienta, precio de la herramienta, precio del tiempo de mecanizado

La velocidad de corte se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la pieza que está en contacto con la herramienta. La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la profundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta.

A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendrá el cabezal del torno, según la siguiente fórmula (Ecuación 2.1): v_cccc m min= n min-1* π* DC mm 1000 mm m  2.1 Donde:
VC es la velocidad de corte.

n es la velocidad de rotación de la herramienta.

DC es el diámetro de la pieza.

Si el valor de la velocidad de corte no es la adecuada el mecanizado no será óptimo. Podemos diferenciar dos casos:

• Si la velocidad de corte es excesiva, puede dar lugar a:

- Desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta.

- Deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado.

- Calidad del mecanizado deficiente.

• Si la velocidad de corte demasiado baja, puede dar lugar a: - Formación de filo de aportación en la herramienta. - Efecto negativo sobre la evacuación de viruta. - Baja productividad.

- Coste elevado del mecanizado.

La velocidad de rotación del cabezal del torno se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). En los tornos convencionales hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En los tornos de control numérico, esta velocidad es controlada con un sistema de realimentación que habitualmente utiliza un variador de frecuencia y puede seleccionarse una

velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta una velocidad máxima.

La velocidad de rotación de la herramienta (Ecuación 2.2) es directamente proporcional a la velocidad de corte e inversamente proporcional al diámetro de la pieza. n min-1 = VC m min* 1000  mm m  π* DC mm 2.2

La velocidad de avance en el torneado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de torneado.

Cada herramienta puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la pieza, denominado avance por revolución. Este rango depende fundamentalmente del diámetro de la pieza, de la profundidad de pasada, y de la calidad de la herramienta. La velocidad de avance (Ecuación 2.3) es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la pieza.

f 

  =    ∗f  ó 2.3 La velocidad de avance tiene los siguientes efectos en el mecanizado de una pieza:

- Decisiva para la formación de viruta. - Afecta al consumo de potencia.

- Contribuye a la tensión mecánica y térmica.

Además, en función de la velocidad de avance podemos preciar los siguientes efectos:

• Si la velocidad de avance es elevada: - Buen control de viruta.

- Menor tiempo de corte.

- Menor desgaste de la herramienta.

- Riesgo más alto de rotura de la herramienta. - Elevada rugosidad superficial del mecanizado.

• Si la velocidad de avance es baja: - Viruta más larga.

- Mejora de la calidad del mecanizado. - Desgaste acelerado de la herramienta. - Mayor duración del tiempo de mecanizado. - Mayor coste del mecanizado.

El tiempo de torneado se define como el tiempo que tarda la herramienta en efectuar una pasada, y se determina según la siguiente ecuación (Ecuación 2.4):

T (minutos) =     

  _ 2.4

La fuerza de corte es la única que tiene importancia en el cálculo de la potencia entre las fuerzas que ejerce la herramienta sobre la pieza, las fuerzas que aparecen en la pieza son las siguientes (Figura 2.17):

Figura 2.17 Fuerzas que ejerce la herramienta a la pieza en el torneado. Vc: velocidad de corte; Fa:

Fuerza de avance; Fc: Fuerza de corte; Fp: Fuerza penetración.

Esta fuerza de corte depende de los ángulos y tipo de la herramienta, resistencia a la cortadura del material de la pieza, sección de viruta arrancada, avance, velocidad de corte,… La fórmula general de la fuerza de corte (Ecuación 2.4) es:

" = #"∗ $ 2.4

Siendo:

- S es la sección de la viruta arrancada. - KC es la fuerza específica de corte.

La sección de la viruta (Ecuación 2.5) es:

$ =  ∗  2.5

Donde:

- p es la profundidad de corte en mm. - a es el avance en mm.

La fuerza específica KC (Ecuación 2.6) es:

#" =  ∗ &' 2.6

Donde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar en función de la resistencia del material (Tabla 2.11) o en función de la sección de viruta (Tabla 2.12):

Resistencia del material (kg/mm2) 50 60 70 75 80 90 100

KC 228 278 317 342 368 406 484

Relación c 4.5 4.6 4.5 4.5 4.6 4.5 4.8

Tabla 2.11 Valor c en función de la resistencia del material.

Sección de viruta S = mm2 1 2 4 6 8 10 12

Relación c 4.8 4.5 4 3.7 3.5 3.5 3.3

Tabla 2.12 Valor c en función de la sección de la viruta.

La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado se

calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga la máquina.

Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene que dividirse por un determinado valor (ƞ) que tiene en cuenta la eficiencia de la máquina. Este valor es el porcentaje de la potencia del motor que está disponible en la herramienta puesta en el husillo.

)""* = #" +./- ∗   ∗  _{ ∗ *}"   _ ./00 ∗ ƞ 2.7 Donde: - Pc es la potencia de corte (CV). - Ac es el diámetro de la pieza (mm).

- f es la velocidad de avance (mm/min). - Vc es la velocidad de corte (m/min).

- ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.

Normalmente de los catálogos de herramientas, podemos obtener a partir de tablas (Tabla 2.14) los valores orientativos de las condiciones de corte en función de tres variables principales como son:

• Material de la pieza.

• Material de la herramienta, principalmente se diferencian dos tipos: - Metal duro (M.D.), cuando se trabaja en seco, y cuya

duración del filo es de 15 minutos.

- Acero rápido (HSS), cuando se trabaja con taladrina (σaceite), y la duración del filo es de 60 minutos.

• Tipo de mecanizado, ya sea un mecanizado de desbaste o un mecanizado de acabado.

Una de estas tablas puede ser la siguiente:

Material Herramienta Desbaste Acabado VC Ad Pd VC Aa Pa Acero Inoxidable M.D. 60 ≤1 ≤8 100 ≤0.25 ≤2 Acero Moldeado M.D. 50 ≤1 ≤10 80 ≤0.25 ≤2 Fundición Gris HSS 15 ≤2 ≤10 20 ≤0.25 ≤2 M.D. 75 ≤2 ≤10 120 ≤0.25 ≤2 Aluminio HSS 80 ≤1 ≤8 100 ≤0.2 ≤1 M.D. 1250 ≤1 ≤8 1750 ≤0.2 ≤1 Duraluminio M.D. 300 ≤1 ≤8 400 ≤0.2 ≤1

Latón HSS 30 ≤1 ≤10 45 ≤0.2 ≤1 M.D. 450 ≤1 ≤8 550 ≤0.2 ≤1 Bronce HSS 25 ≤1 ≤10 35 ≤0.2 ≤1 M.D. 250 ≤1 ≤8 350 ≤0.2 ≤1 Acero al Carbono σR ≤ 50 HSS 22 0.5-1 ≤10 30 0.1-0.2 ≤2 M.D. 150 1– 2.5 ≤15 250 0.1-0.25 ≤2 σR (50-70) HSS 20 0.5-1 ≤10 24 0.1-0.2 ≤2 M.D. 120 1– 2.5 ≤15 200 0.1-0.25 ≤2 σR (70-85) HSS 15 0.5-1 ≤10 20 0.1-0.2 ≤1.5 M.D. 80 1– 2 ≤15 140 0.1-0.2 ≤1.5 σR ≈ 100 HSS 12 0.5-1 ≤8 16 0.1-0.2 ≤1 M.D. 32 0.5-1 ≤5 50 0.1-0.2 ≤1

Tabla 2.13 Valores orientativos de las condiciones de corte. VC (m/min); a (mm/rev); p(mm); σR

(daN/mm2).