Factores que Reducen la Eficiencia de la Fuerza de Corte en Fresadoras CNC

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

Fuerza de Corte y Potencia en Fresadora CNC

1. Fuente de la Fuerza de Corte

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

2. Fuerza de Corte y Descomposición

La fuerza total F es una fuerza espacial. Para facilitar medición y cálculo, se descompone en tres componentes perpendiculares Fc, Fp, Ff.

(1) Fuerza principal Fc: proyección de F en dirección de movimiento principal, perpendicular a superficie base. Base para potencia de máquina, resistencia de herramienta, diseño de utillaje, selección de parámetros. Fc = kc·AD = kc·h·Db = kc·ap·f.

(2) Fuerza trasera Fp: componente perpendicular a dirección de avance. Factor principal que afecta deformación de pieza y vibración del sistema.

(3) Fuerza de avance Ff: componente en dirección de movimiento de avance. Base 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, Pm (kW). Al tornear exterior, es suma de potencia de Fc y Ff. Como potencia de Ff es pequeña (1-5%), se ignora, y Fp no trabaja. Fórmula: Pm = Fc·υc / 10 (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

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

2. Influencia de la Cantidad de Corte

(1) Profundidad ap y avance f. Al aumentar ambos, área de corte aumenta y Fc aumenta, pero grado diferente. En torneado, al duplicar ap, Fc se duplica aprox.; al duplicar f, Fc aumenta 68-86%. Por tanto, considerando Fc y potencia, es más ventajoso aumentar avance que profundidad.

(2) Velocidad de corte υc. Curva de influencia al mecanizar acero 45 (ap=4mm, f=0.3mm/r) con herramienta YT15. Al cortar metales plásticos, en zona de reborde, crecimiento del reborde aumenta ángulo de rake real, reduce deformación y fuerza; reducción del reborde aumenta fuerza. Sin reborde, al aumentar υc, temperatura sube, fricción rake disminuye, deformación disminuye, fuerza disminuye. Por eso se usa corte de alta velocidad para productividad. Al cortar metales frágiles, υc aumenta, fuerza disminuye ligeramente.

3. Influencia de Parámetros Geométricos de la Herramienta

(1) Ángulo de rake. Mayor influencia. Al aumentar ángulo al cortar metales plásticos, reduce deformación por extrusión y fricción, viruta sale suave, reduce fuerza total; en metales frágiles, efecto no obvio.

(2) Chanfle negativo. Aumenta resistencia del filo, vida de herramienta, pero aumenta deformación del metal y fuerza.

(3) Ángulo de entrada. Influencia principal a través de cambio de espesor de corte y longitud de arco de punta, afectando deformación y fuerza. Pequeño efecto en Fc, pero significativo en ratio Fp/Ff. F'D es empuje inverso de pieza contra herramienta. F'p = F'D·cos(kr), F'f = F'D·sen(kr). Aumentar kr aumenta F'f y disminuye F'p. Al tornear pieza esbelta, mayor kr reduce/evita flexión.

4. Influencia de Otros Factores. Fricción Herramienta-Pieza

Bajo mismas condiciones, herramientas de acero rápido tienen mayor fuerza, seguidas de metal duro, cerámicas menor. Uso de fluido de corte reduce fuerza, mayor lubricación, mayor reducción. Mayor desgaste del flanco, mayor fricción, mayor fuerza.