Teoría de la Rueda de Rectificado: Relaciones Clave para la Eficiencia en el Mecanizado de Metales

Fundamentos de la Teoría del Rectificado

El propósito de la teoría del rectificado es establecer la relación entre el avance radial, la fuerza sobre los granos individuales de la rueda, la velocidad de la rueda de rectificado, la velocidad de la pieza y sus diámetros. La figura 20.5 muestra una porción ampliada de la rueda de rectificado y la pieza en contacto mutuo.

Profundidad de Corte del Grano

Cuando un grano abrasivo comienza a penetrar en el material, como en el punto A, la profundidad de corte es cero. Esta aumenta gradualmente a medida que la rueda y la pieza giran, alcanzando su máximo en algún punto a lo largo del arco de contacto. Dado que la rueda suele girar mucho más rápido que la pieza, el punto de máxima profundidad de corte se sitúa casi donde la rueda abandona la pieza. Esta profundidad máxima se conoce como profundidad de corte del grano (representada por la letra t).

Análisis Geométrico y Cinemático

Sean d y D los diámetros de la pieza y la rueda de rectificado, y v y V sus velocidades superficiales respectivas. Sea T el tiempo que tarda un grano de la rueda en moverse de A a B. El arco AB = V × T. Durante este tiempo, un punto de la pieza en A solo llega hasta C. El arco AC = v × T. El área sombreada ACB representa la viruta, con su espesor máximo CD.

Mediante la regulación de la profundidad de corte del grano, las ruedas de rectificado pueden comportarse como más blandas o más duras, ya sea aumentando o disminuyendo dicha profundidad. CD también puede variarse modificando la velocidad de la pieza o el avance radial.

Dado que el arco AC es muy pequeño, puede tratarse como una línea recta:

CD = AC sen(α + β) = v × T sen(α + β)

Donde α y β son los ángulos subtendidos por el arco de contacto en el centro de la rueda y de la pieza, respectivamente.

Espesor Máximo de Viruta por Grano

Como no hay un solo grano realizando el corte, si existen N granos por unidad de longitud de la circunferencia de la rueda (medibles rodando la rueda sobre vidrio ahumado y contando las marcas al microscopio), el espesor máximo de viruta por grano o profundidad de corte del grano viene dado por:

t = (v/V) × sen(α + β) / N     (Ecuación 1)

De la ecuación (1) se deduce que la profundidad de corte del grano varía directamente con la velocidad de la pieza, inversamente con la velocidad de la rueda y directamente con sen(α + β).

Conclusiones Prácticas sobre el Comportamiento de la Rueda

Los siguientes hechos se derivan asumiendo una sola variable y manteniendo constantes los demás factores. En la práctica real, deben matizarse con otros factores para obtener resultados satisfactorios.

Dado que el avance radial (f) es muy pequeño comparado con D y d, f² puede despreciarse. De la ecuación resultante es evidente que la disminución del espesor medio de viruta t es posible aumentando la velocidad de la rueda V. La reducción del espesor de viruta conduce a un mejor acabado superficial, tolerancias geométricas más estrictas debido a menores fuerzas de rectificado, integridad superficial y menores tensiones en la pieza.

Todas estas ventajas son posibles con el aumento de la velocidad de la rueda de rectificado, por lo que existe una tendencia a alcanzar la mayor velocidad de rectificado posible en aplicaciones de rectificado de precisión.

La fuerza sobre los granos individuales de la rueda es proporcional al área de la viruta formada, que a su vez es proporcional al cuadrado de la profundidad de corte del grano:

F ∝ t²     (Ecuación 2)

Sustituyendo el valor de t de la ecuación (1):

F ∝ (v²/V²) × sen²(α + β) / N²     (Ecuación 3)

Implicaciones de la Ecuación (3)

• Los granos se desprenderán de la rueda si la fuerza supera la resistencia del aglomerante. Según la ecuación (3), aumentar la velocidad de la pieza es más efectivo para romper los granos que aumentar el avance radial.
• Para ruedas blandas, V debe ser alta; para ruedas duras, v debe ser alta.
• Si D y d son casi iguales (como en el rectificado interior), el término [(D + d)/Dd] es pequeño, requiriéndose ruedas blandas. En el rectificado exterior, donde este término es grande, F será mayor, necesitándose ruedas duras para contrarrestar la alta fuerza por grano.

Productividad y Tasas de Remoción de Material

Para una mayor productividad, la tasa de remoción de material debe ser alta. Los abrasivos deben soportar mayores fuerzas de rectificado, mantenerse afilados por más tiempo y fracturarse para exponer nuevos filos de corte.

Dimensiones de la Viruta en Rectificado Superficial

Longitud de viruta sin deformar l

l = √(D·d)

Espesor de viruta sin deformar t

t = (v/V) × √(D·d) / (C·r)

Donde:

• C = número de puntos de corte por unidad de área de la periferia de la rueda (estimado entre 0.1 y 10 por mm²)
• r = relación entre el ancho de viruta y el espesor medio de viruta sin deformar (valor aproximado entre 10 y 20)