Dominar la profundidad de corte en el mecanizado CNC:cálculo y control precisos

Si decide que la operación de mecanizado CNC es el método que necesita para terminar 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 mecanizado.

Este artículo le ayudará a comprender qué se entiende por profundidad de corte en el mecanizado, por qué necesita controlarla, cuál es la diferencia entre el espesor de la viruta y la profundidad de corte y cómo calcularlo.

En el proceso de mecanizado, la profundidad de corte es simplemente la profundidad a la que la herramienta de corte penetra en una pieza de trabajo y la corta para crear una viruta. En un proceso de corte ideal, cuando la herramienta de corte CNC se mueve hacia la izquierda con cierta profundidad dentro de la superficie de la pieza de trabajo, crea una viruta. Esta profundidad se denomina Profundidad de corte o DOC. Si necesitas una aplicación similar y sencilla puedes ver cómo se cortan los rizos de chocolate o las virutas de chocolate.

Los valores de profundidad de corte se miden en pulgadas o milímetros y generalmente varían entre 0,1 y 1 mm.

¿Por qué es necesario controlar la profundidad de corte en el mecanizado?

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

• El calor aumenta en la punta de la herramienta;
• Tasa de desgaste de herramientas;
• Fuerza del producto procesado;
• La calidad de la superficie mecanizada.

Por ejemplo, existe una tendencia a la formación de filo reconstruido (BUE) en los metales recocidos que en los trabajados en frío en el proceso de corte. El tipo de viruta BUE consta de capas de virutas que se acumulan en la punta de la herramienta. Por lo tanto, si la profundidad de corte es demasiado profunda, el BUE no controlado también afecta negativamente al acabado de la superficie.

¿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 está controlado por el operador. Sin embargo, la profundidad del 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 rizada. En este caso, y cuando el calor aumenta en la punta de la herramienta, se podría pensar que agregar líquido refrigerante enfriará el proceso.

Sin embargo, agregar líquido refrigerante CNC hace que la viruta sea 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 puede resultar útil.

Profundidad de corte, ángulo de desprendimiento y velocidad de corte

Otro ejemplo lo podemos encontrar en el mecanizado de termoplásticos. Los termoplásticos generalmente tienen baja conductividad térmica y módulo elástico bajo. Esto significa que durante el mecanizado les afectan en gran medida las fluctuaciones de calor en la punta de la herramienta. La profundidad de corte, el ángulo de ataque y la velocidad de corte deben ajustarse entre sí para evitar el aumento de temperatura y la formación de virutas gomosas y pegajosas 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 útil de la herramienta junto con la velocidad de corte y el avance.

¿Cómo calcular la profundidad de corte?

La importancia de tener relaciones cuantitativas entre diferentes variables es obvia cuando se necesita calcular la profundidad de corte, ¿por qué la temperatura de la herramienta aumenta? ¿Por qué el acabado de la superficie es deficiente? ¿Por qué la herramienta de corte se desgasta rápidamente? Y muchos más.

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

• Cuál es el proceso de mecanizado (Fresado, Torneado, etc.)
• Material de la pieza
• Propiedades de información sobre herramientas
• Capacidades de la máquina
• Acabado superficial requerido y tolerancia

Profundidad de corte en el proceso de torneado

En el torneado CNC, la pieza de trabajo gira mientras la herramienta elimina una capa de material a medida que se mueve a lo largo de la pieza de trabajo. La profundidad de corte puede ser la misma que el avance o la velocidad de avance, que es simplemente la distancia que recorre la herramienta a lo largo de la pieza de trabajo en cada revolución a lo largo del tiempo, y tiene la unidad de mm/min.

Por lo tanto, la profundidad de corte se puede definir simplemente por el espesor del material eliminado y se puede calcular a partir de:

Profundidad de corte en el proceso de fresado

En el proceso de fresado CNC, la herramienta gira mientras la pieza de trabajo está estable. La profundidad de corte es simplemente la profundidad con la que la herramienta corta la pieza de trabajo en una vuelta. Normalmente, la profundidad de corte es 4 veces el diámetro de la herramienta de corte para diámetros grandes superiores a 20 mm y 10 veces el tamaño del diámetro para diámetros de herramienta más pequeños.

Comparar el valor del espesor de la viruta con el valor de la 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, debemos profundizar en la Figura 1 del proceso de corte ideal. El valor de la profundidad de corte (llamémoslo a) es diferente al espesor de la viruta (tc).

Figura 1:proceso de corte ideal

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

Figura 2:mecanismo básico de formación de viruta

Relación de corte frente a relación de compresión de viruta

La relación entre la profundidad de corte y el espesor de la viruta a/tc se denomina relación de corte o relación de espesor de la viruta y se denota por (r) y se puede calcular de la siguiente manera:

También se puede calcular a partir del ángulo de corte ϕ y el ángulo de ataque α como se muestra en la Figura 1 de la siguiente manera:

Donde:

ϕ:ángulo de corte
α:ángulo de inclinación

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

Bonificación:profundidad de corte frente a fuerzas y potencia de corte

Conocer la fuerza y potencia de corte es crucial para calcular el DOC. Pueden proporcionar parámetros importantes como:

• Herramientas con las resistencias necesarias para evitar el desgaste rápido y proporcionar la mejor eficiencia y acabado superficial.
• Soportes y accesorios para piezas de trabajo que puedan soportar estas fuerzas con una distorsión mínima.

La potencia requerida es simplemente el producto de la fuerza de corte multiplicada por la velocidad y se puede calcular de la siguiente manera:

Donde Fc es la "fuerza de corte" y se define como la fuerza ejercida por la herramienta para cortar 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 necesaria para realizar la fuerza de corte necesaria para cortar la superficie (us), además de la energía específica de fricción, que es la energía necesaria para superar la fricción entre la herramienta y la superficie (uf).

La energía específica de corte y la energía específica de fricción están relacionadas con la profundidad de corte y se pueden calcular de la siguiente manera:

La velocidad de la viruta está relacionada con la velocidad de corte de la siguiente manera:

Por lo tanto, cabe mencionar que estas fórmulas se pueden utilizar a la inversa para calcular la profundidad de corte en caso de que tengas parámetros específicos de la máquina.

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Conclusión

La profundidad de corte es un parámetro muy importante que se debe considerar antes de iniciar el proceso de mecanizado. Como se explicó anteriormente, el valor de la profundidad de corte afecta directamente los parámetros de mecanizado dependientes, como las fuerzas de mecanizado y las energías específicas. El cálculo de estos valores no sólo afecta a la resistencia y el acabado superficial de la pieza de trabajo, sino también al material de la herramienta, el tipo de fijaciones y la posibilidad de utilizar un agente refrigerante.