Contribución al estudio del fenómeno de retemblado en los procesos de mecanizado con arranque de viruta en elementos esbeltos

Resumen

El retemblado es un fenómeno que afecta de manera negativa a las operaciones de mecanizado con arranque de material. Este fenómeno tiene una gran importancia en el sector de la fabricación de piezas metálicas y de aeronaves, donde la tendencia es reducir el peso, fabricando piezas más ligeras, de paredes delgadas, lo que conlleva a un problema de vibraciones, comprometiendo la precisión y el acabado. A pesar de que la dinámica del mecanizado y el retemblado en máquinas herramientas han sido ampliamente estudiados, no obstante siguen siendo problemas en la industria de la fabricación. Debido a lo anterior, en la presente tesis doctoral se lleva a cabo el estudio del fenómeno de retemblado en los procesos de mecanizado con arranque de viruta, en elementos esbeltos. Para esto se desarrollan dos modelos que serán los instrumentos que permitan estudiar el fenómeno. Primero se desarrolla un modelo que permite predecir el retemblado en el mecanizado de piezas cilíndricas fabricadas en torno. El modelo consiste en una extensión de un modelo de fuerzas de corte estacionario con el propósito de obtener una nueva expresión analítica de las fuerzas dinámicas en un proceso de corte ortogonal. El modelo está basado en la teoría de la plasticidad, donde la interfase herramienta-pieza se considera como un sistema de un solo grado de libertad. El modelo es una ecuación de tipo Van der Pol, e incorpora como causas físicas de generación del retemblado: la modificación dinámica del ángulo de desprendimiento, la tendencia de la fuerza de corte a variar con la velocidad de corte y la variación del espesor de viruta. La función forzante del sistema está basada en los parámetros de mecanizado y en las propiedades del material. El retemblado afecta a la rugosidad superficial, y debido a que ésta es una característica muy importante en las piezas mecánicas, es necesario un buen conocimiento de los parámetros que la determinan y la búsqueda de la mejor manera de predecir su comportamiento. Por lo anterior se desarrolló, en éste trabajo, un modelo que permite predecir la rugosidad superficial obtenida de manera teórica, en piezas esbeltas mecanizadas en torno, a partir del modelo desarrollado para el retemblado. Este modelo de simulación de la topografía superficial incorpora el movimiento relativo entre la herramienta de corte y la pieza, considerando el problema de fuerzas involucrado y la geometría de la herramienta. En los procesos de mecanizado, el uso de modelos permite determinar las mejores condiciones de corte para la obtención de un buen acabado superficial, sin retemblado. La definición de estas condiciones de corte se lleva a cabo por medio de lo que se denominan diagramas de estabilidad. Por lo anterior, y utilizando el modelo para simular la topografía superficial, se decide desarrollar unas curvas de estabilidad que permiten definir regiones estables e inestables, para diferentes valores de las condiciones de corte. Estos diagramas se llevan a cabo con un nuevo enfoque que permite definir la estabilidad en función de la máxima distancia pico-valle Rt de la rugosidad. Estos diagramas permiten determinar las condiciones que hacen que el proceso sea estable, en función del avance por revolución, la profundidad de corte y la velocidad de corte. Adicionalmente se realiza el estudio de la influencia de la relación de esbeltez sobre el proceso y se realizan gráficos 3D que permiten estudiar la influencia de los factores: avance por revolución, profundidad de corte y velocidad de corte, con respecto a Rt, en diferentes intervalos de estudio. Finalmente se desarrolla un modelo para el proceso de fresado, para el caso del corte en oposición, con fresa de dientes rectos. Este modelo es similar al de torneado: considera el sistema herramienta-pieza como de un solo grado de libertad, y las fuerzas de corte se obtienen de la teoría de la deformación plástica de materiales. El modelo también es de tipo Van der Pol.