Factores Clave que Afectan la Eficiencia de la Fuerza de Corte en Fresadoras CNC

Al cortar metal en fresadora CNC, la fuerza requerida para que la herramienta penetre en la pieza y deforme el material en virutas se llama fuerza de corte. Es base importante para calcular potencia, diseñar herramientas, máquinas y dispositivos, y formular parámetros. En producción automatizada, también puede monitorear el proceso y estado de la herramienta.

Fuerza y Potencia de Corte en Fresadora CNC

1. Fuente de la fuerza de corte

Por un lado, la resistencia generada por deformación elástica y plástica durante formación de viruta; por otro, la resistencia por fricción entre viruta y cara anterior de la herramienta y entre pieza y flanco.

2. Fuerza de corte y descomposición

La fuerza total F es una fuerza espacial. Para facilitar medición y cálculo para diseño de máquina, dispositivo, herramienta y análisis de proceso, F se descompone en tres fuerzas componentes mutuamente perpendiculares Fc, Fp y Ff.

(1) Fuerza principal Fc es la proyección de F en dirección del movimiento principal, perpendicular a la superficie base. Fc es base importante para potencia de máquina, resistencia de herramienta, diseño de dispositivo y selección de parámetros. Fc = kc·AD = kc·h·Db = kc·ap·f (unidad N/mm).

(2) Fuerza posterior Fp es la componente perpendicular a la dirección de avance. Es factor principal que afecta deformación de pieza y causa vibración del sistema.

(3) Fuerza de avance Ff es la componente en dirección de movimiento de avance. Es base principal para diseñar y verificar mecanismo de avance y potencia de avance.

Relación: Ff = FD·sen(kr); Fp = FD·cos(kr).

3. Potencia de corte

Potencia disipada por fuerza de corte durante corte, Pm (kW). En torneado exterior, es suma de potencia de Fc y Ff. Como potencia de Ff es muy pequeña (1-5%), se ignora, y Fp no trabaja, así: Pm = Fc·υc / 10³ (Fc en N; υc en m/s).

Considerando eficiencia de transmisión η (0,75-0,85), potencia del motor PE ≥ Pm/η.

Principales Factores que Afectan la Fuerza de Corte

1. Influencia del material de la pieza

Cuanto mayor resistencia y dureza, aunque deformación de corte se reduce ligeramente, la fuerza total aumenta. Para materiales con resistencia/dureza similares, mayor plasticidad aumenta factor de fricción con herramienta, aumentando fuerza; para materiales frágiles, deformación plástica pequeña, fricción viruta-cara anterior pequeña, fuerza menor.

2. Influencia de la cantidad de corte

(1) Profundidad ap y avance f

Al aumentar f y ap, el área de corte aumenta y Fc también, pero grado de influencia difiere. En torneado, al duplicar ap, Fc se duplica aprox.; al duplicar f, Fc aumenta solo 68-86%. Por tanto, considerando Fc y potencia, es más ventajoso aumentar avance que profundidad.

(2) Velocidad de corte υc

Curva de influencia de υc en fuerza al mecanizar acero 45 (ap=4mm, f=0,3mm/r) con herramienta YT15. En metales plásticos, en zona de filo acumulado, crecimiento del filo aumenta ángulo de ataque real, reduce deformación y fuerza; reducción del filo aumenta fuerza. Sin filo acumulado, al aumentar υc, temperatura sube, fricción cara anterior baja, deformación baja, fuerza disminuye. Por eso corte alta velocidad mejora productividad. En metales frágiles, υc aumenta y fuerza disminuye ligeramente.

3. Influencia de parámetros geométricos de la herramienta

(1) Ángulo de ataque

Tiene mayor influencia. Al aumentar en metales plásticos, reduce deformación por extrusión y fricción, facilita evacuación y reduce fuerza total; en metales frágiles, efecto no obvio.

(2) Chanfreado negativo

Rectificar chanfreado negativo en filo agudo aumenta resistencia del filo y vida, pero aumenta deformación del metal y fuerza de corte.

(3) Ángulo de entrada

Influye mediante cambio de espesor de corte y longitud de curva de arco de punta. Efecto pequeño en Fc, pero significativo en ratio Fp/Ff. F'D es empuje de pieza contra herramienta. F'p = F'D·cos(kr), F'f = F'D·sen(kr). Al aumentar kr, F'f aumenta y F'p disminuye. Al tornear piezas esbeltas, mayor kr reduce/previene flexión.

4. Influencia de otros factores

Fricción entre herramienta y material.

Bajo mismas condiciones, herramientas HSS tienen mayor fuerza, seguidas de metal duro, y cerámicas la menor. Usar fluido de corte reduce fuerza, y mayor lubricidad, mayor reducción. Cuanto más severo el desgaste del flanco, mayor fricción y fuerza.