Dominando la Profundidad de Corte en Mecanizado CNC: Cálculo Preciso y Control

Si decide que la operación de mecanizado CNC es el método que necesita para hacer su pieza, entonces necesita saber que la Profundidad de Corte (DOC) es uno de los 3 parámetros más importantes que afectan la calidad del producto de mecanizado.

Este artículo le ayudará a entender qué se entiende por Profundidad de Corte en mecanizado, por qué necesita controlarla, cuál es la diferencia entre espesor de viruta y profundidad de corte, y cómo calcularla.

En el proceso de mecanizado, la profundidad de corte es simplemente qué tan profundo la herramienta de corte entra en una pieza de trabajo y corta a través de ella para crear una viruta. En un proceso de corte ideal, cuando la herramienta de corte CNC se mueve a la izquierda con una cierta profundidad dentro de la superficie de la pieza de trabajo, crea una viruta. Esta profundidad se llama Profundidad de Corte o DOC. Si necesita una aplicación similar y simple, puede ver cómo se cortan los rizos de chocolate o virutas de chocolate.

Los valores de profundidad de corte se miden ya sea en pulgadas o milímetros y usualmente varían entre 0,1 a 1 mm.

¿Por Qué Necesita Controlar la Profundidad de Corte en Mecanizado?

La profundidad de corte tiene un efecto directo en el proceso de mecanizado, tales como:

• El calor sube en la punta de la herramienta;
• Tasa de desgaste de la herramienta;
• Resistencia del producto procesado;
• Calidad de la superficie mecanizada.

Por ejemplo, hay una tendencia a la formación de Filo Acumulado (BUE) con metales recocidos que con los de trabajo en frío en el proceso de corte. El tipo de viruta BUE consiste en capas de virutas acumulándose en la punta de la herramienta. Por tanto, si la profundidad de corte es demasiado profunda, el BUE no controlado también afecta adversamente el acabado superficial.

¿Cómo Interactúa la Profundidad de Corte con Otros Factores de Mecanizado?

La profundidad de corte es uno de los factores independientes que afectan el proceso de mecanizado, lo que significa que es controlada por el operador. Sin embargo, la profundidad de corte interactúa con otros factores y afecta la superficie resultante de la pieza de trabajo y sus propiedades.

Profundidad de Corte y Fluido Refrigerante

Al disminuir la profundidad de corte, la curvatura de la viruta disminuye y la viruta se vuelve más rizada. En este caso y cuando el calor sube en la punta de la herramienta, podría pensar que agregar fluido refrigerante enfriará el proceso.

Sin embargo, agregar fluido refrigerante CNC hace la viruta aún más rizada, disminuye el contacto entre la herramienta y la viruta, y concentra el calor en la herramienta lo que aumenta significativamente el desgaste de la herramienta. En este caso, un rompevirutas podría ser útil.

Profundidad de Corte, Ángulo de Ataque y Velocidad de Corte

Otro ejemplo puede encontrarse en el mecanizado de termoplásticos. Los termoplásticos generalmente tienen baja conductividad térmica y bajo módulo elástico. Esto significa que son grandemente afectados por fluctuaciones de calor en la punta de la herramienta en mecanizado. Profundidad de corte, ángulo de ataque y velocidad de corte todos tienen que ajustarse relativos entre sí para evitar aumento de temperatura y formación de virutas pegajosas y gomosas en la punta de la herramienta.

También vale la pena saber que la profundidad de corte es uno de los tres parámetros principales que afectan la vida de la herramienta junto con velocidad de corte y avance.

Cómo Calcular la Profundidad de Corte

La importancia de tener relaciones cuantitativas entre diferentes variables es obvia cuando necesita cálculo de profundidad de corte, por qué la temperatura de la herramienta se está volviendo alta? por qué el acabado superficial es pobre? Por qué la herramienta de corte se desgasta rápidamente? Y muchos más.

Para calcular la profundidad de corte, necesita especificar los siguientes parámetros:

• Cuál es el proceso de mecanizado (Fresado, Torneado, etc.)
• Material de la pieza de trabajo
• Propiedades de la punta de la herramienta
• Capacidades de la máquina
• Acabado superficial y tolerancia requeridos

Profundidad de Corte en Proceso de Torneado

En torneado CNC, la pieza de trabajo rota mientras la herramienta remueve una capa de material mientras se mueve a lo largo de la longitud de la pieza de trabajo. La profundidad de corte puede ser la misma que el avance o tasa de avance que es simplemente la distancia que la herramienta viaja a lo largo de la pieza de trabajo en cada revolución sobre el tiempo, y tiene la unidad de mm/min.

Por tanto, la profundidad de corte puede definirse simplemente por el espesor del material removido y puede calcularse a partir de:

Profundidad de Corte en Proceso de Fresado

En el proceso de fresado CNC, la herramienta rota mientras la pieza de trabajo está quieta. La profundidad de corte es simplemente qué tan profundo la herramienta corta en la pieza de trabajo en una vuelta. Comúnmente, la profundidad de corte es 4 veces el diámetro de la herramienta de corte para diámetros grandes arriba de 20 mm y 10 veces el tamaño del diámetro para diámetros de herramienta más pequeños.

Comparar Valor de Espesor de Viruta vs. Valor de Profundidad de Corte

Es importante diferenciar entre espesor de viruta y profundidad de corte porque NO son lo mismo y NO tienen el mismo valor.

Para explicarlo, necesitamos mirar más profundamente la Figura 1 del proceso de corte ideal. El valor de la profundidad de corte (denotémoslo como to) es diferente al espesor de viruta (tc).

Figura 1: proceso de corte ideal

El proceso de remoción de viruta se hace vía cizallamiento en un plano de cizallamiento bien definido y con un ángulo de cizallamiento ϕ definido como se ilustra en la siguiente Figura 2. Esto hace que el valor del espesor de viruta sea siempre mayor que el valor de la profundidad de corte.

Figura 2: mecanismo básico de formación de viruta

Relación de Corte vs. Relación de Compresión de Viruta

La relación entre la profundidad de corte al espesor de viruta to/tc se llama relación de corte o relación de espesor de viruta y se denota por (r) y puede calcularse como sigue:

También puede calcularse a partir del ángulo de cizallamiento ϕ y el ángulo de ataque α como se muestra en la Figura 1 como sigue:

Donde:

ϕ: ángulo de cizallamiento
α: ángulo de ataque

El recíproco de este valor se llama relación de compresión de viruta o factor de compresión de viruta que indica cuánto es el espesor de viruta comparado con la profundidad de corte.

Extra: Profundidad de Corte versus Fuerzas de Corte y Potencia

Conocer la fuerza de corte y potencia es crucial en el cálculo de la DOC. Pueden proporcionar parámetros importantes tales como:

• Herramientas con resistencias requeridas para evitar desgaste rápido y proporcionar la mejor eficiencia y acabado superficial.
• Sujetadores y fijaciones de pieza de trabajo que pueden soportar estas fuerzas con mínima distorsión.

La potencia requerida es simplemente el producto de la fuerza de corte multiplicada por la velocidad y puede calcularse como sigue:

Donde Fc es la «fuerza de corte» y se define como la fuerza ejercida por la herramienta para cortar a través de la pieza de trabajo, y actúa en la misma dirección que la velocidad de la herramienta V.

La energía específica total es la energía total requerida para realizar la fuerza de cizallamiento requerida para cortar a través de la superficie (us), además de la energía específica de fricción que es la energía requerida para superar la fricción entre la herramienta y la superficie (uf).

La energía específica de cizallamiento y la energía específica de fricción están relacionadas con la profundidad de corte y pueden calcularse como sigue:

La velocidad de la viruta está relacionada con la velocidad de corte como sigue:

Por tanto, vale la pena mencionar que estas fórmulas pueden usarse viceversa para calcular la profundidad de corte en caso de que tenga parámetros de máquina específicos.

WayKen es un Socio Confiable para sus Proyectos de Mecanizado

El mecanizado es una operación compleja y no es un proceso fácil para establecer valores cuantitativos para todos los parámetros y determinar la mecanizabilidad de un cierto material.

WayKen es su experto en mecanizado CNC ofreciendo soluciones de mecanizado eficientes y asequibles. Nuestros ingenieros desarrollarán una estrategia de mecanizado integral para asegurar que cada parámetro de mecanizado en el proceso cumpla los requisitos de mecanizado. Además, empleamos inspección al 100% para cada proyecto para cumplir sus especificaciones de producto.

Conclusión

La profundidad de corte es un parámetro muy importante que debe considerarse antes de iniciar el proceso de mecanizado. Como se explicó anteriormente, el valor de la profundidad de corte afecta directamente parámetros de mecanizado dependientes como fuerzas de mecanizado y energías específicas. Calcular estos valores no solo afecta la resistencia de la pieza de trabajo y acabado superficial sino también el material de la herramienta, tipo de fijaciones y la posibilidad de usar un agente refrigerante.