Desarrollo de simulador de procesos de corte para rectificado cilíndrico exterior
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(2) IM-2006-II-22. DESARROLLO DE SIMULADO R DE PROCESOS DE CORTE PARA RECTIFICADO CILÍNDRICO EXTERIOR. HEINZ LUGO SAÑUDO. Proyecto de grado. Asesor del proyecto. FABIO ROJAS M. Dr. Eng. M ec.. UNIVERSIDA D DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAM ENTO DE INGENIERÍA M ECÁNICA BOG OTÁ D.C. 2007. 2.
(3) IM-2006-II-22. Bogotá D.C. 18 de Enero de 2007. Doc tor Fabio A . Rojas M. Asesor pr oyecto de grado Universidad de Los Andes Departamento de Ingenier ía Mec ánic a. Aprec iado Doctor:. Someto a consider ación de us ted el proy ecto de grado titulado DESARROLLO DE SIM ULADOR DE PROCESOS DE CORTE PARA RECTIFICADO CILÍNDRICO EXTERIOR, que tiene como objetivo desarr ollar una herramienta de c arácter didác tic o que per mita a los usuarios del portal familiariz arse c on los aspectos teór icos del rectificado cilíndric o exter ior y como estos inc iden en los result ados obtenidos tr as llevar a c abo un pr oceso como el menc ionado.. Consider o que este trabajo c umple c on los objetivos planteados y lo pr esento como requisito parcial par a optar por el título de Ingenier o Mecánico.. Cor dialmente,. Heinz Lugo Sañudo. 200121986. 3.
(4) IM-2006-II-22. Bogotá D.C. 18 de Enero de 2007. Doc tor Luis Mario Mateus Dir ector del depar tamento de Ingenier ía Mec ánica Universidad de Los Andes Departamento de Ingenier ía Mec ánic a. Aprec iado Doctor:. Someto a consider ación de us ted el proy ecto de grado titulado DESARROLLO DE SIM ULADOR DE PROCESOS DE CORTE PARA RECTIFICADO CILÍNDRICO EXTERIOR, que tiene c omo objetivo desarr ollar una herramienta de c arácter didác tic o que per mita a los usuarios del portal familiariz arse c on los aspectos teór icos del rectificado cilíndric o exter ior y como estos inciden en los result ados obtenidos tr as llevar a c abo un pr oceso como el menc ionado.. Consider o que este trabajo c umple c on los objetivos planteados y lo pr esento como requisito parcial par a optar por el título de Ingenier o Mecánico.. Cor dialmente,. Heinz Lugo Sañudo. 200121986. 4.
(5) IM-2006-II-22. Nota de ac eptac ión. ________________________. ________________________. ________________________. ________________________. ____________________________________ Fabio A . Rojas M., Dr. Eng. Mec. Asesor pr oyecto de gr ado. ___________________________________ JURADO. 5.
(6) IM-2006-II-22. AGRADECIMIENTOS El autor ex pr esa sus agr adecimientos a: Fabio A. Rojas M., Dr . Eng. Mec. Asesor del pr oy ecto por su orientación e inter és en el des arrollo de este pr oyecto. Guiller mo Cardenas , propietar io de la empr esa GUICAR, por s u cooperac ión y colabor ac ión con el pr éstamo de r ecurs os fís icos y humanos indispensables par a la culminac ión del proy ecto. Luis Miguel Méndez M., I.M. MSc por su cooperac ión y c olaboración c on el prés tamo de ins trumentos r equeridos para la v erificac ió n de los resultados del proy ecto.. 6.
(7) IM-2006-II-22. CONTENIDO Pág. INTRO DUCCIÓN 1. SIM ULADOR PARA RECTIFICADO CILINDRICO EXT ERIOR 1.1. Mecánica de corte. 1.1.1. V ariables de entr ada. 1.1.2. V ariables de salida. 1.1.2.1. Espesor de viruta. 1.1.2.2. Tasa de rem oción de material. 1.1.2.3. Fuerzas de corte. 1.1.2.4. Potencia de corte. 1.1.2.5. Rugosidad esperada. 1.1.2.6. Temperatura en la zona de corte. 1.1.2.7. Volumen de desgaste de la muela. 1.2. Rect ificador virtual. 1.2.1. V ariables de entr ada. 1.2.2. V ariables de salida. 1.2.2.1. Opción. 1.2.2.2. Tiempo de mecanizado. 1.2.2.3. Porcent aje de área superficial afe ctada. 1.3. Simulación y orden de trabajo. 1.4. Calibración de los resultados. 2. IMPLEM ENTACION DEL SIMULADO R 2.1. Or ganiz ación del sim ulador. 2.2. Prot ocolo de uso del sim ulador. 3. DATOS EXPERIM ENTALES 3.1. Proceso de rect ificado. 3.2. Reporte de dat os experimentales y verificación contr a los datos teóricos. 3.3. Evaluación pedagógica del sim ulador. 4. CONCLUSIONES Y RECOM ENDACIONES BIBLIOGRAFIA ANEX O 1 ANEX O 2. 7. 13 15 15 15 16 16 17 18 20 20 20 21 22 22 23 23 23 24 24 25 26 26 28 40 42 43 46 48 49 50 53.
(8) IM-2006-II-22. Lista de tablas Pág. Tabla 1. V ariables de entrada m ódulo 1.. 16. Tabla 2. V ariables de salida módulo 1.. 16. Tabla 3. Presión de corte.. 19. Tabla 4. V ariables de entrada m ódulo 1.. 22. Tabla 5. V ariables de salida módulo 2.. 23. Tabla 6. V ariables de entrada m ódulo 3.. 24. Tabla 7. M ateriales disponibles en el simulador.. 26. Tabla 8. Parámetros de corte probeta 1.. 40. Tabla 9. Parámetros de corte probeta 2.. 41. Tabla 10. Par ám etros de corte probeta 3.. 41. Tabla 11. Par ám etros de corte probeta 4.. 42. Tabla 12. Par ám etros de corte probeta 5.. 42. Tabla 13. Geometría de la probeta 1.. 53. Tabla 14. Geometría de la probeta 2.. 53. Tabla 15. Geometría de la probeta 3.. 53. Tabla 16. Geometría de la probeta 4.. 54. Tabla 17. Geometría de la probeta 5.. 54. Tabla 18. Rugosidad de la probeta 1.. 54. Tabla 19. Rugosidad de la probeta 2.. 55. Tabla 20. Rugosidad de la probeta 3.. 55. Tabla 21. Rugosidad de la probeta 4.. 55. Tabla 22. Rugosidad de la probeta 5.. 56. 8.
(9) IM-2006-II-22. Tabla 23. Material rem ovido.. 56. Tabla 24. Tiempo de desbaste.. 56. Tabla 25. Es pesor de viruta.. 56. Tabla 26. Análisis estadístico del espesor de virut a.. 57. Tabla 27. Análisis estadístico de la tas a de remoción de material.. 57. Tabla 28. Análisis estadístico de la fuerza tangencial de corte.. 57. Tabla 29. Análisis estadístico de la potencia de corte.. 58. Tabla 30. Análisis estadístico de la rugosidad.. 58. Tabla 31. Análisis estadístico del tiem po de rectificado.. 59. 9.
(10) IM-2006-II-22. Lista de figuras y gr áficas Pág. Figur a 1. Diagr ama esquemático del simulador.. 15. Figur a 2. Diagr ama esquemático m ódulo 1.. 15. Gr áfica 1. Paso circunferencial.. 17. Gr áfica 2. Coeficiente f.. 18. Figur a 3. Diagr ama esquemático m ódulo 2.. 22. Figur a 4. Or ganización del m ódulo de mecánica de corte.. 27. Figur a 5. Or ganización del m ódulo de rectificador virtual.. 27. Figur a 6. Or ganización del m ódulo de sim ulaciones y orden de trabajo.. 28. Figur a 7. Inicio de la navegación.. 28. Figur a 8. Selección de material módulo 1.. 29. Figur a 9. Tipo de m ecanizado.. 29. Figur a 10. Selección de parámetros m ódulo 1.. 30. Figur a 11. Variables de salida del m ódulo 1.. 30. Figur a 12. Selección de rectificador a.. 31. Figur a 13. Selección de m ateriales módulo 2.. 31. Figur a 14. Selección de m uela.. 32. Figur a 15. Selección de refrigerante.. 32. Figur a 16. Selección de parámetros para el desbaste en el módulo 2.. 33. Figur a 17. Variables de salida del proceso de desbaste en el módulo 2.. 33. Figur a 18. Análisis del proceso de desbaste.. 34. Figur a 19. Selección de parámetros de acabado en el módulo 2.. 35. 10.
(11) IM-2006-II-22. Figur a 20. Variables de salida del proceso de acabado en el módulo 2.. 35. Figur a 21. Análisis del proceso de acabado.. 36. Figur a 22. Selección de m ateriales módulo 3.. 37. Figur a 23. Selección de parámetros m ódulo 3.. 37. Figur a 24. Anim ación del proceso.. 38. Figur a 25. Orden de trabajo.. 38. Figur a 26. Conf irmación.. 39. Figur a 27. Orden de trabajo probeta 1.. 40. 11.
(12) IM-2006-II-22. Lista de fotografías Pág. Foto 1. Es pesor de viruta acero 1020 ( 400X).. 50. Foto 2. Es pesor de viruta acero 1020 ( 400X).. 50. Foto 3. Es pesor de viruta acero 1020 ( 400X).. 51. Foto 4. Es pesor de viruta cobre (400X).. 51. Foto 5. Es pesor de viruta cobre (400X).. 52. Foto 6. Es pesor de viruta cobre (400X).. 52. 12.
(13) IM-2006-II-22. INTRODUCCION Dada la importanc ia de la indus tria metalmecánica en nues tro país es fundamental que los es tudiantes de carrer as afines con esta tecnología adquier an el may or c onocimiento posible sobr e la mis ma no s olo para usar la de maner a eficiente sino para gener ar nuev o c onoc imiento en la misma. Sin embar go dada la naturaleza pr áctica del mecaniz ado el apr endizaje no puede limitarse s olamente a la teor ía, debido a que no s e tr ata de una c ienc ia exacta, sino que debe involucrar la ex perimentación para que el es tudiante logr e v isualiz ar c omo los c onceptos teóricos pueden ser us ados par a generar productos de calidad, que es lo que le impor ta a la indus tria. Ev identemente esta ex perimentación trae asociada c onsigo c ostos, repr es entados en oper arios , maquinas, herramientas y mater iales, lo cual limita el desarr ollo práctico. La c onsec uenc ia de esto es que el es tudiante c onoce la teor ía per o no posee la capacidad de aplicar la al desarrollo de proc esos eficientes. Este proy ecto busc a contin uar con una serie de trabajos realizados por div ers as personas en conjunto con el LATEMM ( Laborator io de Téc nicas Moder nas en Manufactura) en los cuales se han desarrollado herr amientas que per miten no s olo la compr ensión de los as pectos teóric os inv olucrados en la mecánica del corte sino también la inter acción c on escenarios reales de mecanizado. Estos proy ectos comenzar on con el trabajo r ealizado por Car los A. Ramírez Rangel [6] en el c ual mediante el uso de menús des ple gables es pos ible c alcular par ámetros de corte de inter és par a el pr oces o de torneado, usando el modelo de cor te ortogonal. Sin embargo se observ ó que era nec es ario extender la aplicación del mis mo par a que per mitiera no s olo la compr ensión de la teoría de la mecánica de c orte s ino también para que per mitiera la vis ualizac ión del proc es o de torneado. Esto fue desarrollado en el trabajo realizado por Néstor Arteaga [7], en el cual mediante ayudas gráfic as se muestra como s e lleva a c abo el proces o de c ilindrado. Por otr a parte en es te mis mo tr abajo se explica c omo s e genera el código G par a el cas o par ticular del torno CNC EMCO Compact 5 del Labmec (Labor ator io del departamento de Ingeniería Mecánic a de La Univers idad de los A ndes). Al mis mo tiempo Ger mán Ordóñez [8] desarrolló una c onsulta par a los procesos de taladr ado y fresado quedando as í es tablec idos tr es simulador es de c orte. Buscando mejor ar estos s imuladores Camilo Ac ero [9] desarrolla en su trabajo una herr amienta que per mite al usuar io inter actuar con el pr oceso de mec anizado en corte ortogonal tanto de for ma teór ica como pr actica a tal punto que se inv olucr a la manufactura r eal de piez as bajo par ámetros s elecc io nados por el usuar io aplic ando cr iter ios adquir idos durante el estudio teór ico del proc es o. En el merc ado es posible encontr ar diversos simulador es de corte que per miten al usuario realiz ar cons ultas s obr e v ariables de importancia en los proces os de mecanizado teniendo como par ámetros de la herramienta y las condiciones inic iales de c orte, s in embargo los s imuladores encontr ados tr abajan bas ados. 13.
(14) IM-2006-II-22. en pr ocesos de corte con geometr ía definid a, no s e encontr ó ninguno que abordar a el tema del corte bajo geometr ía no definida. Este pr oy ecto busca extender la aplic ac ión de los simuladores de c orte a proc es os bas ados en geometr ía no definida, en este cas o r ectificado cilíndr ico exterior, mediante la generac ión de un oper ario virtual al cual s e accede a trav és de Inter net. Este operar io no s olo informa acerc a de v ar iables asociadas al proc es o sino también pr oporc iona c ons ejos y datos r elev antes teniendo en cuenta la maquinar ia disponible. El oper ar io vir tual per mitir á que el es tudiante exper imente c on las var iables del pr oceso hasta cons eguir una hoja de tr abajo eficiente, logr ando as í no solo que este comprenda de maner a glo bal la tec nología del r ectificado c ilíndrico exter ior sino que compr uebe los r esultados contra una pieza real generada s iguiendo la hoja de pr oces o des arrollada c on ayuda del simulador .. 14.
(15) IM-2006-II-22. 1. SIM ULADO R PARA RECTIFICADO CILINDRICO EXTERIOR El s imulador desarr oll ado en este pr oyecto es la extensión de los simuladores de corte des arrollados por el LATEMM a los proc es os de mec anizado de geometría no definida en partic ular el rectific ado c ilíndr ic o exter ior. Este s e encuentr a dividido en 3 módulos s ecuenc iales, que se obs ervan en la figur a 1. Se dec idió or ganizar los módulos de for ma sec uencial busc ando que el usuario siga un proc es o de aprendizaje en que primero entiende la teor ía luego la aplica en la pr áctic a y por ultimo observa los r esultados de la integr ación de teoría y prác tic a. 1. Mecánica de corte.. 2. Rectificador v irtual.. 3. Simulación y orden de trabajo.. Figura 1. Diagrama esqu emático del simul ador.. 1.1. Mecánica de corte. Uno de los aspectos f undamentales par a la planeación de un pr oces o de manufactura es el entendimiento de la teor ía s obr e la c ual se basa el mismo, es por esta r azón que s e ha des arrollado este módulo. El mismo pretende explicar cuales son las v ariables que tienen incidencia sobr e los r esultados obtenidos tras un proces o de rectificado cilíndric o exter ior . En este módulo el us uar io inter actúa con el s imulador mediante dos opciones . 1. Variables de entrada.. 2. Variables de salida.. Figura 2. Diagr ama esquemáti co módulo 1.. 1.1.1. V ariables de entr ada. Como en cualquier proces o de mecanizado es tos par ámetros cons ignan la infor mación acerca de la configuración de la maquina y las herramientas selecc ionas par a llevar a cabo el pr oceso. En este cas o las v ariables de entrada s e observan en la tabla 1.. 15.
(16) IM-2006-II-22. Tipo de abrasiv o Tamaño de grano Gr ado de la muela Estr uctur a de la muela Diámetr o de la muela [mm]. Ancho de la muela [mm] Veloc idad per if ér ica de la muela [m/s] Veloc idad periférica de la piez a [m/s] Pr ofundidad de pas ada [mm] Veloc idad axial [mm/s]. Tabla 1. Variables d e en trad a módulo 1.. 1.1.2. V ariables de salida. Basado en las v ariables de entrada selecc ionadas el módulo de mecánica de corte reporta la magnitud de v ar iables de inter és para el pr oceso de rectificado cilíndr ico exter ior. Es tas var iables se obs erv an en la tabla 2. Es pes or de viruta [um] Tas a de remoción de material [mm3 /s ] Fuerza tangenc ial [daN] Fuerza nor mal [daN]. Potencia de cor te [kW] Rugosidad es perada [um] Temperatur a en la z ona de c orte [ºC] Volumen de desgaste de la muela [mm3]. Tabla 2. Variables d e salida módulo 1.. 1.1.2.1. Espesor de virut a. Al s er este un parámetr o que influy e de for ma proporcional sobre la magnitud de la fuerza nec es aria para llevar a cabo el proc eso de r ectificado c onviene calc ular su magnitud. Para realiz ar esta tarea s e tomo la apr oximac ión realizada en el trabajo des arr ollado por Gian Feder ico Micheleti [1], en donde a par tir de cons ider aciones geométr icas se deduce una fór mula que basada en la geometría de la herr amienta, la geometría de la piez a y parámetros de cor te como la pr ofundidad de pasada y las veloc idades per iféricas tanto de la muela como de la piez a permite calc ular el espes or máximo de v iruta. Dicha fór mula se muestra a continuac ión. ' (1). hmax =. v pλ v. 2 p. 1 1 + r p rm. Donde: ' hmax : Espesor máximo de v iruta en µm .. v : Velocidad perifér ica de la muela en m/s.. rp : Radio de la pieza en mm. rm : Radio de la muela en mm.. 16.
(17) IM-2006-II-22. λ : El paso circ unfer encial de los gr anos en mm, el cual depende de la granulometría de la muela y la pr ofundidad de pas ada, como se ve en la gr áfica 1. v p : Veloc idad periféric a de la muela en m/s .. Gráfica 1. Paso circunferencial [1].. 1.1.2.2. Tasa de remoción de material. Este parámetr o r epr es enta el volumen de s obr emetal que se remueve durante el r ectificado por unidad de tiempo, lo c ual puede ser tomado c omo un índice de la efectividad del pr oces o. Para el c álculo de dicho parámetr o s e desarr olló una apr oximación basada en el volumen de s obremetal remov ido por pas ada, suponiendo que los par ámetr os de c orte s e mantie nen constantes durante todo el proces o. La fór mula a la c ual s e llego siguiendo las suposiciones anter iores s e muestr a a continuac ión: (2). Z p =. π 4. (. b di 2 − (di − p ) 2. ). Donde: Z p : Tasa de remoc ión de material en mm3 /s. p : Pr ofundidad de pas ada en mm.. b : Avanc e axial de la muela en mm/s .. 17.
(18) IM-2006-II-22. d i : Diámetro inicial de la piez a en mm.. 1.1.2.3. Fuerzas de corte. Dur ante el proc es o de rectificado cada uno de los gr anos abras iv os se enc uentra sometido a una fuerza que puede ser descompuesta en tres componentes que actúan en direcc ión tangencial, radial y ax ial respectivamente. La componente tangenc ial (Ft ) , es la respons able de la acción de cor te por lo cual es de gran importancia para el proces o de rectific ado ya que es ta determina la potenc ia de cor te nec esar ia par a llevar a cabo la operación. La componente radial (Fn ) afecta la repuls ión que la piez a realiz a sobre la herr amienta dur ante el pr oceso de corte por lo cual tiene incidenc ia en el des gaste de la piedr a. Por su parte la componente axial (Fa ) ejerce influenc ia sobr e el movimiento ax ial de la herramienta. Para el cálculo de la fuerz a tangencial (Ft ) se tomó la aprox imación presentada en el trabajo de Gian F. Mic heleti [1] donde basandos e en el c onc epto de esfuerz o se des arr olla una fór mula que per mite el c alculo de la misma. Dic ha fór mula s e muestra a c ontinuac ión: ' (3). Ft = fz tbh medio k sm. Donde: Ft : Fuerza de corte tangencial en daN.. 1.. f : Parámetro de corrección debido al pr oces o de rectif icado que depende de la granulometría de la muela y del espes or de v iruta, tal como se ve en la gráfic a 2.. Gráfica 2. Coeficiente f [1].. 18.
(19) IM-2006-II-22. 2. z t : Númer o de filos activ os durante el pr oceso de r ectificado, que s e calc ula mediante la r elación: (4). z t =. d m ∆ϕ º λ 360º. En la cual: d m : Diámetr o de la muela en mm. ∆ϕ º : Angulo de contacto, que se obtiene de la r elación:. (5). ∆ϕ ≈. 360. π. p dm. 3. b : Avance ax ial en mm/vuelta. ' 4. hmedio : Es pesor medio de v iruta, el cual se obtiene de dividir entr e dos el ' valor del espesor máximo de viruta (hmax ).. 5. ksm : Pr es ión es pec ífic a de c orte, el cual es un par ámetro particular a cada material y que se c alc ula mediante la r elac ió n: ' (6). k sm = k so hmedio. −z. En la que los v alor es de k so y z se encuentra cons ig nados en tablas c omo la que s e mues tra a continuación. Material Fundición dura C40 C60 Aq50 Aq60. [. kso daN. mm 2 0,19 0,14 0,18 0,26 0,17. ]. [. z daN. mm 2 206 222 213 199 211. ]. Tabla 3. Presi ón de corte.. Para el cálculo de la fuerza radial (Fn ) se s iguió la apr oximac ió n encontrada en el tr abajo de Milton C. Shaw [2]: (7). Fn = 2 Ft El c álculo de la fuerza axial (Fa ) no se realiz ó ya que es ta es la de menor magnitud [1].. 19.
(20) IM-2006-II-22. 1.1.2.4. Potencia de corte. La potencia en los proces os de rectificado s e encuentra asociada a la energía nec es aria para realiz ar el proc eso de c orte así como para pr oduc ir el movimiento relativo entre la pieza y la muela. La fuerz a de repulsión es soportada por el montaje de la herr amienta por lo cual no es necesario inver tir energía para v encer la. La potencia de c orte ( kW) , debido a los fenómenos de roz amiento, es la de mayor magnitud y puede c alcularse mediante la s iguiente relación: (8). Pt = Ft v 1.1.2.5. Rugosidad esperada. Este c onc epto se r efiere a la calidad en la s uperfic ie de la pieza pos terior al proc es o de mecanizado por lo cual es de suma importancia par a evaluar la eficiencia del mis mo. Para el c álculo de este parámetr o s e uso la apr oximac ión desarr ollada en el trabajo de Anne Venu Gopal y P. Venkatesw ara Rao [3] quienes a partir de pruebas experimentales y téc nicas de regres ión no lineal desarr ollaron una fór mula que per mite la predicción de este parámetro. Dicha fór mula se mues tra a c ontinuación: (9). Ra = 0 .86 p 0. 1843b 0. 5253 M − 0. 2866 R − 0. 2444 Donde: Ra : Rugosidad de la pieza en µm . p : Profundidad de pasada en µm .. b : Avanc e axial en mm/min. M : Gr anulometr ía del abr asivo ( Número del tamiz).. R : Densidad de gr ano. 1.1.2.6. Temperatura en la zona de corte. Al s er el r ectificado un proc eso que exige una energía c uya magnitud es de al menos un or den de magnitud mayor que la neces aria para otr os proc esos de corte y combinado con el hec ho de que el 85% de la misma se tr ansfier e en for ma de c alor a la piez a [1] la aprox imación de la temper atura en la zona de corte adquiere gran r elevancia. En este pr oyecto dicha aprox imación s e r ealiza. 20.
(21) IM-2006-II-22. mediante la fór mula obtenida a tr avés de técnic as de anális is dimens io nal pres entada en el trabajo de X.S. Li y J.N. Boland [4]. Dic ha fór mula se mues tra a c ontinuación.. u ⎛ v (10) . θ = 0.4 ⎜ ρC ⎜⎝ K α. ⎞ ⎟⎟ ⎠. 1. 3. Donde:. θ : Temper atura en la z ona de corte en º C 1. u : Energía es pecífic a en N. mm 2. que puede s er aprox imada mediante la. relación [3]: (11) . u =. Ft bp. 2. ρC : Calor es pec ífic o v olumétr ico de la piez a en J 2 3. Kα : Difus ividad tér mica de la pieza en m. s. kgK. .. .. 1.1.2.7. V olumen de desgaste de la muela. Se r efiere a la c antidad de material de muela r emov ido dur ante el pr oceso de rectificado. Per mite v isualizar como afectan las c ondiciones de corte al des gaste de la muela por lo cual puede ser visto como una medida de la efectividad del mec anizado. En es te pr oyec to la apr ox imac ión para es te par ámetr o se l ev a a c abo mediante la fór mula que s e muestr a a continuac ión [2]: (11) . B =. Fn l c µ u. Donde:. B : Volumen de des gaste de la muela en mm3 . Fn : Fuerz a de c orte nor mal en daN.. µ : Coeficiente de rozamiento entr e las superficies. u : Energía mencionados .. espec íf ica. c alculada. 21. bajo. los. s upuestos. anter ior mente.
(22) IM-2006-II-22. La longitud de contacto (l c ) es ta dada por la s iguiente ec uación [10]: (12) . l c = Donde:. ( pd m ). l c : Longitud de contacto en mm . p : Profundidad de pasada en mm . d m : Diámetro de la muela en mm . 1.2. Rect ificador virtual. Este módulo ha sido des arrollado c on el objetiv o de per mitir que el usuar io aplique los conoc imientos adquir idos en el módulo de mec ánic a de c orte para planear un proces o de r ectificado teniendo en cuenta las limitaciones de maquinar ia, herr amientas y fluidos de corte disponibles . La tar ea del rec tific ador v irtual es la de prestar ases oría al us uario durante la planeación del pr oc eso. Esta asesor ía cons iste en recomendaciones e incluso restricciones al proc eso planeado debido a factores como acabados superficiales deficientes o requer imientos de potencia mayor es a los permitidos por la maquinar ia dis ponible. Al igual que para el módulo de mecánica de c orte el us uar io inter actúa c on el simulador a trav és de dos opc iones. 1. Variables de entrada.. 2. Variables de salida.. Figura 3. Diagr ama esquemáti co módulo 2.. 1.2.1. Variables de entr ada. A difer encia del módulo 1 donde no ex isten limitaciones s obre el pr oces o las variables de entr ada para el módulo 2 se encuentran r educ idas a solo 4 que contienen información s obr e la c onfigur ación de la maquina para llev ar a cabo el pr oc eso, dic has v ariables s e muestran a continuación. Veloc idad periférica de la muela [m/s] Veloc idad periférica de la pieza [m/s]. Pr ofundidad de pasada [mm] Veloc idad axial [mm/s]. Tabla 4. Variables d e en trad a módulo 1.. 22.
(23) IM-2006-II-22. 1.2.2. V ariables de salida. Las variables de salida para el módulo 2 se muestr an en la tabla 5, se observa que contienen la misma infor mac ió n que par a el módulo 1. Sin embargo se muestran tres v ariables más en donde s e c ons igna infor mación pr opia del proc es o c omo el tiempo que toma la r ealiz ación del mismo, el desgaste que genera sobre la herr amienta y la posibilidad de realiz ación del mis mo teniendo en cuenta las limitaciones de la maquinar ia dis ponible. Opc ión Es pes or de viruta [um] Tas a de remoción de material [mm3 /s ]. Rugosidad es perada [um] Temper atur a en la z ona de c orte [º C] Volumen de desgaste de la muela [mm3] Fuerza tangenc ial [daN] Tiempo de mecanizado [s] Fuerza nor mal [daN] Porcentaje de ár ea superficial afectada [%] Potencia de cor te [kW] Tabla 5. Variables d e salida módulo 2.. 1.2.2.1. Opción. Esta var iable no es un parámetr o propio del proces o pero es donde el rectificador v irtual hac e s u tarea. En esta v ariable el rec tific ador infor ma al usuar io si el proc eso puede ser llevado a cabo basado en el criterio de potenc ia dis ponible. De sobr epasarse la potencia dis ponible el r ectificador s ugiere cambios en las condic iones de c orte que permiten s oluc ionar es te inc onveniente. 1.2.2.2. Tiem po de mecanizado. Debid o a que no solo el c osto s ino también la viabilidad de los proc es os de mecanizado s e enc uentran asoc iados al tiempo que toma la realiz ación de los mis mos el cálculo de este par ámetr o es de vital importancia. En este pr oyec to se us ó una apr oximac ión basada en la definic ión de velocidad, la for mula obtenida s e muestr a a c ontinuación. (13) . t =. nl b. Donde:. t : Tiempo de mecaniz ado en s. n : Númer o de pasadas.. l : Longitud de mecanizado en mm. b : Avance ax ial en mm/s.. 23.
(24) IM-2006-II-22. 1.2.2.3. Porcent aje de área superficial afe ctada. Ya se menc ionó la importanc ia de la temper atura en los pr ocesos de rectificado, s in embargo dic ho parámetr o no dice nada acerc a de la cantidad de material afectado por el proc eso que tiene una impor tancia de ig ual magnitud debido a que permite establecer has ta que punto es toler able una alterac ión tér mica de la pieza debida al proces o de r ectificado. En este proyecto la apr oximac ión de dic ho par ámetro se hac e mediante la fórmula des arrollada en el tr abajo de Anne Venu Gopal y P. Venkatesw ara Rao [3] que s e muestr a a continuac ión. (14) . % D = 24 .44 p 0. 2857 b −0 .3 M. −0. 4140. Donde: %D : Porcentaje de área superfic ial afectada. p : Profundidad de pasada en mm.. b : Avanc e axial mm/min. M : Gr anulometr ía del abrasiv o ( Númer o del tamiz).. 1.3. Simulación y orden de trabajo. Este módulo fue des arrollado con el objetivo de per mitir al us uario la visualiz ac ión de los res ultados esper ados tras la integración de la teor ía y la prac tic a. Esta tar ea se r ealiza mediante el us o de animaciones e ilustraciones que muestran como se llev a a cabo el pr oc eso de rectif ic ado y los r es ultados a niv el s uperfic ial que per mite. Por otr a parte en este módulo se per mite al us uario la gener ación de una orden de trabajo que siga los parámetr os de cor te que el simulador c onsidera pos ibles, par a es to se hac e uso de un f or mato cuyas variables de entrada se muestra a continuac ión. Fec ha Nombre Correo electr ónic o de c ontac to. Avanc e axial para el desbaste Veloc idad periférica para el ac abado Pr ofundidad de pas ada para el acabado Teléfono de contacto Avanc e axial para el ac abado Dirección de entrega Material a mecanizar Veloc idad perifér ica par a el desbaste Número de piezas des eadas Profundidad de pasada para el desbaste Tabla 6. Variables d e en trad a módulo 3.. 24.
(25) IM-2006-II-22. 1.4. Calibración de los resultados. Aunque las ec uac iones usadas para el desarrollo de este proy ecto se obtuvieron de literatur a espec ializada es c onveniente r ealizar una ver if icac ión de los r es ultados par a así poder cuantificar la c onfiabilidad de la herramienta. Con el fin de cumplir es te propósito se realiz aran pruebas siguiendo par ámetr os de r ectific ado permitidos por el simulador. Posterior mente se realizar an medic iones de algunos de los parámetros de salida con el fin de verific ar la c orrespondenc ia de los valores predic hos por el s imulador en compar ación con los obtenidos exper imentalmente. Los r esultados de es tas pruebas s ervirán c omo c alibrac ión del simulador y ser án mostr ados en un capítulo posterior.. 25.
(26) IM-2006-II-22. 2. IMPLEM ENTACION DEL SIMULADO R Cada uno de los pr oces os que puede llevar a cabo el simulador de rectificado es independiente por lo cual la s elección de parámetr os de cor te es única para el material escogido. Los materiales entr e los c uales el usuario puede esc oger se seleccionaron debido a que son los que c omúnmente se someten a proc es os de rec tific ado. Estos se muestr an en la tabla 7. Acero de bajo Acero templado Fundic ión gr is Fundic ión carbono (1020) maleable Acero inoxidable Acero inoxidable Acero inoxidable Cobre ferrític o aus tenític o martensítico aleaciones. y. Tabla 7. Materiales disponibl es en el si mulador.. Para la implementación del simulador se cons ignaron 41 bases de datos, generadas en for mato Acc ess ( Microsoft Access) con los datos de entr ada y salida del simulador par a c ada uno de los materiales. Estas bas es de datos se div iden pr inc ipalmente en: •. •. • •. Bases de datos para el módulo de mecánica de corte: Inc luye los par ámetr os de c orte y los resultados de consulta par a tres tipos de rectificado, desbaste, acabado semif ino y acabado fino para cada uno de los mater iales. Bases de datos par a el proc es o de des bas te en el módulo de rectificador v irtual: Incluye los par ámetr os de cor te y los r esultados de consulta para la planeación del pr oc eso de desbaste par a cada uno de los mater iales. Bases de datos para el proces o de acabado en el módulo de r ectificador virtual: Inc luy e los parámetr os de cor te y los res ultados de c ons ulta par a la planeación del pr oces o de acabado para c ada uno de los materiales . Base de datos para la orden de trabajo: Incluy e la infor mación personal del usuar io y los parámetr os de c orte, tanto par a el desbaste como par a el acabado, que deben s er seguidos par a la manufactura de las piez as.. 2.1. Or ganiz ación del sim ulador. Ya anter iormente s e había mencionado que el s imulador c onsta de tres módulos sec uenciales, sin embargo cada uno de es tos tiene sus propias div isiones por lo cual es c onveniente ilustr ar de for ma detallada la organizac ión estr uctural de cada módulo del simulador .. 26.
(27) IM-2006-II-22. Mecánica de corte Selección de m aterial. Proceso de rectif icado de desbaste. Proceso de rectificado de acabado semifino. Proceso de rectif icado de acabado fino. Selección de v ariables de entrada. Selección de variables de entrada. Selección de variables de entrada. Visualización de. Visualización de v ariables de salida. Visualización de v ariables de salida. variables de salida. Figura 4. Org anizaci ón del módulo de mecánica de corte.. Re ctif icador virtual. Selección de rectif icadora Selección de material. Selección de m uela. Selección de ref rigerante. Selección de parám etros de corte (desbaste). Visualización de variables de salida (desbaste). Selección de parám etros de corte (acabado). Visualización de variables de salida (acabado). Figura 5. Org anizaci ón del módulo de r ecti ficador virtu al.. 27.
(28) IM-2006-II-22. Simulaci ones y orden de tra baj o Selección de m aterial. Selección de parámetros de corte Visualización de animaciones y detalles de la maquina Generación de orden de trabajo Confirm ación de generación de orden de trabajo Figura 6. Org anizaci ón del módulo de simul aciones y orden d e trabajo.. 2.2. Prot ocolo de uso del sim ulador. A continuación s e describirá de forma general como s e hace us o del s imulador de r ectificado cilíndrico ex terior para esto s e r ealizar á un ejemplo que involucra los tres módulos del mis mo. 1. El acces o al simulador s e hac e mediante el ingr eso de la direcc ión electr ónic a http://farojas.uniandes.edu.co/sim_rect. En este punto se selecc iona la opción s eleccionar materiales.. Figura 7. Inicio de la navegación.. 28.
(29) IM-2006-II-22. 2. Para el des arrollo de este ejemplo se selecc ionara como mater ial de trabajo el ac er o de bajo car bono. Par a determinar el mater ial a ser usado se debe s eleccionar el nombre del mismo.. Figura 8. Selecci ón d e material módulo 1.. 3. Al encontr ars e definido el mater ial s e debe esc oger el tipo de rectificado que se v a a realizar, en este c as o de desbaste. Para esto s e s elecciona la opc ión desbaste.. Figura 9. Tipo de mecaniz ado.. 4. Se proc ede a esc oger los parámetr os de entrada, una v ez s e ha realizado esta acc ión se debe s eleccionar la opc ión enviar par a que el simulador gener e los resultados para las v ariables de salida.. 29.
(30) IM-2006-II-22. Figura 10. Selección de parámetros módulo 1.. 5. Los r esultados obtenidos basados en los par ámetros antes selecc ionados se mues tran de for ma tabular como se ve en la figur a 11. Para pros eguir al s egundo módulo del simulador s e s elecciona la opc ión continuar al r ectific ador virtual.. Figura 11. Variables d e salida del módulo 1.. 6. Al acceder al módulo 2, como pr imer a tarea se s elecciona la rectificadora que ser á usada para llevar a cabo el pr oces o. Tras r ealizar. 30.
(31) IM-2006-II-22. esta s elección s e debe escoger la opc ión continuar a la sel ección de materiales .. Figura 12. Sel ecci ón de rectifi cad ora.. 7. Nuev amente se usará como ejemplo el ac ero de bajo carbono c on lo cual se define el mater ia l que s erá sometido al proc eso de r ectificado. Esto s e lleva a c abo seleccionando el nombre del material.. Figura 13. Sel ecci ón de materi ales módulo 2.. 31.
(32) IM-2006-II-22. 8. Al definir el mater ial s e debe definir s eguidamente la muela que s erá usada. Pos terior mente s e debe s elecc io nar la opc ión conti nuar a la selección del refrigerante par a poder c ontinuar con la planeación del proces o.. Figura 14. Selecci ón de muela.. 9. En es te punto s e debe definir el refrigerante a ser us ado durante el proces o. Para c ontinuar con el proc es o se debe selecc ionar la opc ión continuar a la s elección de parám etr os.. Figura 15. Sel ecci ón de refriger ante.. 32.
(33) IM-2006-II-22. 10. Al llegar a es te punto se deben s eleccionar los parámetr os de c orte que serán us ados par a el proceso de des baste. Se debe seleccionar la opc ión envi ar para que el simulador gener e la magnitud de las var iables de salida.. Figura 16. Selecci ón de parámetros para el desbaste en el módulo 2.. 11. Los res ultados obtenidos bas ados en los par ámetr os antes selecc ionados se mues tran de for ma tabular como se ve en la figur a 17. Para pr oseguir a la planeación del proces o de acabado se debe selecc ionar la opción llamada, en es te cas o, O pcion B 1020.htm.. Figura 17. Variables d e salida d el proceso de d esbaste en el módulo 2.. 33.
(34) IM-2006-II-22. 12. En este punto se deben seguir las instr ucc iones c onsignadas en la página que apar ece al seleccionar O pcion B 1020.htm. En este ejemplo los par ámetros s elecc ionados s on per mitidos según la c apacidad de la maquina por lo que s e puede acceder a la planeac ión del pr oces o de acabado. Esto se logra seleccionando la opc ión conti nuar c on el proces o de acabado.. Figura 18. Análisis del proceso de desbaste.. 13. Al encontrarse definidos los par ámetr os de corte para el pr oceso de des baste se debe r ealizar la mis ma tar ea par a el proceso de acabado. Tr as r ealizar esta tarea se debe seleccionar la opc ió n enviar par a que el simulador gener e la magnitud de las v ariables de s alida par a las par ámetr os de cor te seleccionados. 14. Los res ultados obtenidos bas ados en los par ámetr os antes selecc ionados se mues tran de for ma tabular como se ve en la figur a 20. Para pros eguir al módulo 3 s e debe s eleccionar la opc ión llamada, en este c aso, O pcion C 1020.htm .. 34.
(35) IM-2006-II-22. Figura 19. Sel ecci ón de p arámetros de acab ado en el módulo 2.. Figura 20. Variables de salida d el proceso de acab ado en el módulo 2.. 15. En este punto se deben s eguir las instr ucc iones consignadas en la página que apar ece al selecc ionar O pci on C 1020.htm. En este ejemplo los par ámetros s elecc ionados s on per mitidos según la c apacidad de la maquina por lo que s e puede acc eder al módulo de simulaciones y orden de trabajo. Esto se logra seleccionando la opción c ontinuar a la simulación.. 35.
(36) IM-2006-II-22. Figura 21. An álisis d el proceso d e acab ado.. 16. Al acc eder terc er módulo del simulador se debe esc oger el material que se des ea simular, esto se hace s eleccionando el nombr e del mismo del lis tado mater iales disponibles. En este cas o s e usar á el ac er o de bajo carbono como ejemplo. 17. Tras seleccionar el mater ial a ser simulado se presentan los par ámetr os de c orte que es pos ib le llevar a cabo. Para pros eguir se debe selecc ionar alguno de estos, en este cas o s e selecc ionara el númer o 1. 18. Una v ez seleccionados los parámetr os se acc ede a la s imulación. Para continuar a la gener ac ión de la orden de tr abajo se debe s eleccionar la opc ión realizar orden de tr abaj o.. 36.
(37) IM-2006-II-22. Figura 22. Sel ecci ón de materi ales módulo 3.. Figura 23. Selección de parámetros módulo 3.. 37.
(38) IM-2006-II-22. Figura 24. Ani maci ón del proceso.. 19. Para gener ar la or den de trabajo se intr oduc en los datos s olic itados en el for mulario que aparece y se selecciona la opción enviar.. Figura 25. Orden de trabajo.. 38.
(39) IM-2006-II-22. 20. Una vez que se ha env iado el for mulario se r ecibe la confir mac ión de la generación de la orden de trabajo.. Figura 26. Confirmaci ón.. 39.
(40) IM-2006-II-22. 3. DATOS EXPERIM ENTALES Para c orroborar la v alidez de los resultados entr egados por el s imulador de corte s e llev aron a cabo 5 pruebas, 3 en pr obetas de acer o 1020 y 2 en probetas de cobr e c on diámetro inicial de 25,4 mm . Los parámetr os de c orte s eguid os par a c ada probeta s e muestr an a continuac ión así como un ejemplo de la orden de trabajo gener ada par a una de ellas. •. Pr obeta 1 (Ac er o 1020).. Muela Veloc idad perifér ic a de la pieza para el des bas te [m/s ] Avanc e ax ial para el des bas te [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el des baste [mm] Veloc idad perifér ic a de la pieza para el acabado [m/s] Avanc e ax ial para el ac abado [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el acabado [mm] Tabla 8. Par ámetros de corte probeta 1.. Figura 27. Orden d e trabajo probeta 1.. 40. 350x25.4x 200A60J6V 0,48 10 0,02 0,17 6,25 0,02.
(41) IM-2006-II-22. •. Pr obeta 2 (Ac er o 1020).. Muela Veloc idad perifér ic a de la pieza para el des bas te [m/s ] Avanc e ax ial para el des bas te [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el des baste [mm] Veloc idad perifér ic a de la pieza para el acabado [m/s] Avanc e ax ial para el ac abado [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el acabado [mm]. 350x25.4x 200A60J6V 0,48 10 0,02 No se llevo a cabo el r ectificado de acabado No se llevo a cabo el rectificado de acabado No se llevo a cabo el rectificado de acabado. Tabla 9. Par ámetros de corte probeta 2.. •. Pr obeta 3 (Ac er o 1020).. Muela Veloc idad perifér ic a de la pieza para el des bas te [m/s ] Avanc e ax ial para el des bas te [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el des baste [mm] Veloc idad perifér ic a de la pieza para el acabado [m/s] Avanc e ax ial para el ac abado [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el acabado [mm]. 350x25.4x 200A60J6V 0,22. Tabla 10. Parámetro s de corte prob eta 3.. 41. 10 0,03 0,17 6,25 0,02.
(42) IM-2006-II-22. •. Pr obeta 4 ( Cobr e).. Muela Veloc idad perifér ic a de la pieza para el des bas te [m/s ] Avanc e ax ial para el des bas te [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el des baste [mm] Veloc idad perifér ic a de la pieza para el acabado [m/s] Avanc e ax ial para el ac abado [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el acabado [mm]. 350x25.4x 200A60J6V 0,48 10 0,02 0,17 6,25 0,02. Tabla 11. Parámetro s de corte prob eta 4. •. Pr obeta 5 ( Cobr e). Muela Veloc idad perifér ic a de la pieza para el des bas te [m/s ] Avanc e ax ial para el des bas te [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el des baste [mm] Veloc idad perifér ic a de la pieza para el acabado [m/s] Avanc e ax ial para el ac abado [mm/vuelta] Pr ofundidad de pasada para el acabado [mm]. 350x25.4x 200A60J6V 0,22 10 0,03 No se llevo a cabo el rectificado de acabado No se llevo a cabo el rectificado de acabado No se llevo a cabo el rectificado de acabado. Tabla 12. Parámetro s de corte prob eta 5.. 3.1. Proceso de rect ificado. A continuación se descr ibir á de forma brev e c omo s e lleva a c abo el pr oceso de rec tific ado. Una vez se r ecibe la orden de trabajo s e ver ifica que los par ámetros selecc ionados s ean una c ombinación que no pres ente pr oblemas as ociados a las limitac iones de la maquina. Tr as la v erificac ión se pr ocede al montaje de la piez a, el c ual se hace mediante dos contrapuntos , uno en c ada ex tremo de la mis ma, c uya función es la de mantener centr ada la pieza dur ante el pr oces o. Para tr ans mitir el movimiento r otacional del hus ill o a la pieza se hac e uso de un perr o de arras tre.. 42.
(43) IM-2006-II-22. Super ada la etapa de montaje se pr ocede a c onfigurar la maquina s egún los par ámetr os seleccionados. Es to consta de fijar la v elocidad per ifér ica de la piez a y el avanc e axial. Antes del inic io del r ectificado se realiza una pasada a una pr ofundidad mínima, toc ando muy lev emente la pieza, con el fin de detectar alguna irregularidad en el diámetro de la mis ma. De presentarse dic ha alteración es necesar io corregirla, mediante rectif icados de la zona a pr ofundidades míni mas, con el fin de igualar la geometría inicial fac ilit ando as í el cumplimiento de las ex igenc ias dimensionales. Con la pieza en condic iones adec uadas se pr ocede al rectificado de des bas te siguie ndo los par ámetros de cor te. Una vez s e ha finalizado el r ectificado de des baste, se proc ede a configurar la maquina c on los par ámetr os de c orte para el pr oc eso de ac abado. Una vez r ealiz ado el proceso de acabado s e verifica la geometr ía de la pieza y se da por ter minado el proc eso. 3.2. Reporte de datos e xperimentales y verificación contra los dat os teóricos. Tr as el proces o de r ectificado s e procedió a la medición de 3 magnitudes en las piez as rectif icadas, los datos se reportan en el apéndic e 2. • • •. Geometr ía de las piezas: Diámetro final y longitud de mec anizado. Rugosidad. Cantidad de material remov ido dur ante el pr oceso de r ectific ado.. La medic ión del diámetr o final se realizó c on un micr ómetro, que permite reportar los datos con centés imas de precis ión. En c uanto a la lo ngitud de mecanizado s e r ealizó con cinta métrica por lo c ual los datos se reportan c on déc imas de pr ec isión. La medic ión de la r ugos idad se r ealiz ó c on el rugosímetr o Hommel Tester 500, que s e encuentr a en La Universidad Nac ional s ede Bogota, cuyo radio de punta es de 5 µm . Las mediciones s e tomar on en tres puntos de la probeta, los dos ex tremos y el centr o de la mis ma. En c ada uno de es tos puntos se tomar on 3 mediciones en diferentes pos iciones diametrales. Para la medic ión de la cantidad de mater ial removido se us o una balanz a de prec is ión Ohaus que per mite reportar los datos con décimas de prec is ión. Por otra par te s e midió el tiempo de duración del pr oceso de r ectificado, c on ayuda de un cronómetro, los datos s e r epor tan con décimas de pr ecisión. Para la medición de este parámetr o se tomó el tiempo para cada pas ada en un cic lo de cuatro pasadas.. 43.
(44) IM-2006-II-22. El espesor de v iruta se midió mediante téc nic as de micr oscopia óptic a usando un aumento de 400X (Ver apéndice 1) par a la v iruta obtenida de los ens ayos realizados sobre las pr obetas 2 y 4, tras el proces o de des bas te. Previamente debió r ealizarse un proc es o de s ecado de la v iruta rec ogida dur ante el pr oceso de rectif ic ado debido a la aglomeración de la misma por la acción del lubr icante. Este sec ado para el acer o se r ealizó sometiendo la viruta a una temper atur a de 200°C durante un per iodo de 15 minutos tras el cual se proc edió a separar las par tículas mediante la acc ión de fuerza mecánica. Para el c obr e se r ealizó un proc eso similar sin embargo la temper atura s e establec ió en 100ºC dur ante un per io do de 45 minutos. Con los datos experimentales se proc edió a c orroborar la validez de los result ados obtenidos a tr avés del simulador de r ectificado. Para esto se realizar on dos tareas, c uy os r es ultados s e encuentr an en el apéndice 2. Se obtuvo el interv alo es per ado par a cada una de los valores ex per imentales mediante una pr ueba t c on una confiabilidad del 95%. Por otr a par te se compar o el valor medio de los datos ex perimentales c on el r es ultado generado por el s imulador . Los resultados obtenidos en cuanto a la validez del s imulador se muestran a c ontinuación. 1. Es pes or de vir uta: Se observo que el resultado s uministrado por el simulador se enc uentra dentro del intervalo establec ido exper imentalmente, de 8,0 a 9,9 µm para la probeta 2 y de 9,6 a 10,2 µm para la probeta 4. Por otra par te s e v er ificó un error máx imo c on respecto a la media experimental de 8,7%. Con base esto se puede afir mar que este parámetro pr es enta err or es toler ables que pueden ser atr ibuidos pr inc ipalmente a que la fórmula usada par a r ealiz ar la predicción s e deduce a partir de c onsiderac iones geométric as en las cuales no s e tiene en cuenta la naturaleza pr obabilística de la granulometr ía de las partículas abrasiv as que componen la muela. Otro factor al cual pueden atr ibuirse las diferenc ias es el desgaste de los granos abrasivos ya que este reduc e la capacidad de corte de la muela lo cual inc ide en el espesor de vir uta. 2. Tasa de remoc ión de mater ial: De los r es ultados obtenidos se observa que el s imulador pr edice de for ma bastante exacta el c ompor tamiento obs erv ado ex per imentalmente, error máximo c on res pecto a la media de 3,1%. Las pequeñas v ariaciones se pueden explicar por las diferenc ias que se pr es entan en el tiempo de mecaniz ado predicho por el s imulador y el tiempo medido exper imentalmente el c ual es un poco may or como se podrá obs ervar mas adelante. Los intervalos establecidos mediante 3 la prueba t fuer on de 7,8 a 8,1 mm. mm 3. s. s. para la probeta 2 y de 12,2 a 12,5. para la pr obeta 5.. 3. Fuerza tangenc ial de c orte: Al s er la fuerza una v ariable dependiente del espes or de vir uta es de es perar que los err ores de es te sean. 44.
(45) IM-2006-II-22. propagados a el cálculo de la fuerza, sin embargo se puede afir mar que el simulador predice de forma exac ta la magnit ud de esta var iable, se obs erv a un error máximo c on r es pec to a la media de 8,1%. Ser ía conveniente realizar una medición experimental, de for ma direc ta, de la fuerza neces aria para realizar el proces o. Los interv alos ex per imentales enc ontrados fueron de 1,60 a 1,97 daN para la probeta 2 y de 0,90 a 0,95 daN par a la probeta 4 Sin embar go debido a las dif icultades que el sistema de medición repr es enta, la aproximación hec ha mediante el método us ado en este proy ecto es aceptable. 4. Potenc ia de corte: Aunque se r ealizó una medición de esta var ia ble usando el indic ador de c orr iente con el que c uenta la maquina no fue pos ible r ealiz ar anális is alguno de los datos debido a que s e c omprobó que el indicador no pr es enta variación alguna, al menos apreciable, entre las condic iones de c orte y la c ondición de oper ac ión en la que no existe pieza a mec aniz ar. Sin embar go al igual que par a el caso de la fuerza de c orte s e r ealiz ó una aproximación de esta v ariable usando como dato de entr ada el espes or de v iruta medido experimentalmente, de esta pr ueba s e observ a que el simulador entrega resultados que pueden ser c onsiderados como una primera aproximación al valor real de la potencia nec es aria par a realizar el proces o de r ectificado, err or máximo c on respecto a la media de 7,2%. Los interv alos enc ontrados mediante la pr ueba t fueron de 1,02 a 1,26 kW para la pr obeta 2 y de 0,57 a 0,61 kW para la probeta 4. Para una mejor aprox imación ser ía c onveniente la medición de la potenc ia directamente mediante el uso de una pinz a ampir imétric a s in embar go esta tar ea no pudo ser llev ada a cabo debido a las restricciones impues tas sobre la r ectificador a usada para el desarr ollo de estas pruebas. 5. Rugosidad: De los datos s e identific an dos limitac iones que presenta la fór mula usada para el c álculo de la r ugosidad esperada. La primer a s e relac iona con el desgaste de la muela , el c ual no se tiene en cuenta en la fór mula pero como se observ a en los res ultados tiene inc idencia en la rugosidad obtenida. Por esta raz ón el err or en la rugosidad crece a medida que crec e el desgaste de la muela. Es to es evidente entre las probetas 1 a 3 donde no s e r ealizó reafilado de la piedra y como consecuencia s e pres enta un aumento en el err or detectado. El s egundo as pecto se relaciona con la selección adec uada de la piedra, el c ual parec e tener una inc idenc ia may or sobr e los r esultados obtenidos en c ompar ac ión con el niv el de desgaste de la muela. Por esta raz ón el. 45.
(46) IM-2006-II-22. error observado par a las probetas 4 y 5 es cons ider able, y a que la piedr a usada dur ante la pr ueba no es la adecuada par a el rectificado de cobr e. Sin embar go los valor es predichos, en comparación con la tabla 7, s e enc uentran en el rango de rugos idades frec uentes para los proc esos de rectificado. Los interv alos experimentales enc ontrados mediante la prueba t s e observan en la tabla 30 ubic ada en el apéndic e 2. 6. Temperatur a: Aunque no puede r eportars e un r es ultado experimental debido a que no fue posible implementar un sistema que permita la medic ión de es ta var iable, la fórmula usada para el c álculo de es ta variable s e r eporta en el documento desarr oll ado por X.S. Li y J.N. Boland [4] en el cual s e hacen análisis estadístic os de la v alidez de la mis ma. Por esta raz ón para el desarr ollo de este proyec to dicha fór mula es us ada c omo aprox imación de la temper atura en la zona de cor te teniendo en cuenta que esta magnitud repr esenta un pr omedio de la temper atura ya que en realidad en la zona de c ontacto se pr esenta un campo de temperaturas y no una temperatura unifor me. 7. Volumen de des gas te: El v olumen de des gas te no fue medido debido a la dificultad en la implementac ión de un s istema que per mitier a su medic ión, s in embargo la c onfiabilidad de los res ultados obtenidos mediante el uso del simulador se bas a en el análisis estadístico realizado en el trabajo de Sanjay Agarw al y P. Venkatesw ara Rao [3]. 8. Númer o de pas adas: Grac ias a la pr ueba realizada s e comprobó que el simulador pr edic e de manera confiable la c antidad de pasadas que debe r ealizar la maquina par a obtener la geometr ía deseada. 9. Tiempo de r ectificado: De los r esultados observ ados s e puede afirmar que los v alor es predic hos por el simulador son exac tos en comparac ión con las mediciones ex perimentales. En este caso las difer encias se atr ibuy en a el tiempo que toma la maquina en cambiar de s entido de avanc e, tiempo que el simulador no contabiliza. Los r esultados exper imentales pueden ovserv ars e en la tabla 31 ubicada en el apéndice 2. 10. Porcentaje de área superficial afec tada: A l igual que par a el cas o del volumen de desgaste la confiabilidad de los resultados par a es ta variable s e basa en el análisis estadístic o realiz ado en el trabajo de Sanjay A garw al y P. Venkatesw ara Rao [3]. 3.3. Evaluación pedagógica del sim ulador. Con el fin de evaluar el simulador como herramienta s e r ealizó una encuesta a un grupo de estudiantes de La Univ ersidad de Los Andes y a técnicos que trabajan en el sector del mec aniz ado. La enc ues ta busc aba que s e evaluar án principalmente c uatr o aspectos:. 46.
(47) IM-2006-II-22. •. Accesibilidad de la herr amienta: Se refier e a los requis itos neces ar ios par a interactuar c on el simulador.. •. Nav egabilidad: Se refier e a la facilid ad c on que el us uar io interactúa c on los diferentes módulos del simulador.. •. Pr esentac ión del simulador: Tiene relación con el as pec to es tétic o del simulador.. •. Ev aluación c omo herramienta educ ativ a: pedagógic o del simulador.. Se r efiere. al. as pec to. Cada uno de estos aspectos se c alificó c on base a un puntaje de 1-5, siendo 1 y 2 deficientes, 3 aceptable y 4 y 5 excelentes. Los res ultados obtenidos se muestran a c ontinuación. •. La acces ibilidad de la herr amienta recibió una calificación promedio de 4, es dec ir que se c alificó como una herramienta que posee una acces ibilidad buena.. •. En cuanto a la navegabilidad se rec ibió una c alific ación promedio de 4, se detectó gr acias a este ejercicio que todos los usuarios opinaron que aunque el módulo 3 per mite visualiz ar el pr oceso no s e enc uentra vinc ulado con los res ultados del módulo 2.. •. La presentación del s imulador r ecibió una calific ación promedio de 2, según los usuar ios la interfaz no es atractiv a visualmente y no tiene relación alguna con el tema de la página.. •. Este aspecto fue el que rec ibió la calificación mas alta, 5. Según los usuar ios la herr amienta permite adquir ir los c onocimientos básic os del rectificado de forma efectiva y a que pr esenta la misma de for ma resumida. Por otra par te la inter actividad que per mite la herramienta hac e del tema interesante par a aquellos que no pr esentan inter és por el área del mec aniz ado.. 47.
(48) IM-2006-II-22. 4. CONCLUSIONES Y RECOM ENDACIONES Tr as haber desarr ollado el proyec to en todas s us etapas se puede c oncluir: 1. La teoría sobre la c ual s e basó es te pr oyecto es confiable por lo c ual puede s er aceptada como valida. Por esta razón es conveniente el estudio detallado de la misma y a que per mite el entendimiento no s olo de los as pectos relevantes para el proc eso de rectificado s ino también como pueden ser usados estos para la planeación de proc esos de rectificado eficientes. 2. La herr amienta des arrolla da per mite que el usuar io, en es pec ial el que carec e de c onoc imiento alguno s obre el r ectificado, adquiera una idea de la teor ía involucrada en el proces o de r ectificado. 3. Es conv eniente r ealizar pruebas exper imentales par a todos los materiales y sobre todas las var iables , de for ma dir ecta, c on el fin de establecer con may or c onfiabilid ad los resultados del pr oyecto.. 48.
(49) IM-2006-II-22. BIBLIOG RAFIA 1. Micheletti, Gian F., Mecanizado por arr anque de vir uta, Tur ín, Editor ial Blume, 1980. 2. Shaw , Milton C., Metal cutting pr inc iples, New York, Oxfor d Univers irty press, 2005. 3. Anne Venu Gopal, P., Venkatesw ara Rao., Selection of optimum conditions for maximu m material r emov al rate w ith surfac e finis h and damage as c ons traints in SiC gr inding, Tools and Manufacture, Volume 43, Iss ue 13, Oc tober 2003, Pages 1327- 1336. 4. X.S. Li, J.N. Boland., The w ear character istics of super hard composite materials in abrasive cutting oper atio ns, Wear, Volume 259, Iss ues 7-12, July-August 2005, Pages 1128- 1136. 5. Y. B. Guo, J. Sahni., A comparativ e study of hard turned and cy lindrically ground w hite layers, International Journal of Mac hine Tools and Manufactur e, Volume 44, Iss ues 2-3, February 2004, Pages 135- 145. 6. Ramírez Rangel Carlos A ., Des arr ollo de s imulador de proces os de mecanizado en metales, Proy ecto de grado Univers idad de los A ndes, 2001. 7. Arteaga Nes tor., Cr eation of a teaching and learning aid for CNC turni ng in or thogonal mac hining, 2003. http://farojas.uniandes.edu.co/latemm/documentos/publicaciones/pr esent aciones /Arteaga_2002.01/Defesa.htm. 8. Or dóñez Ger mán., Simulac ión w eb de fres ado y taladr ado a partir de un modelo de mec aniz ado, 2002. http://farojas.uniandes.edu.co/latemm/documentos/publicaciones/pr esent aciones /Or donez_2002.02/Defes a.htm. 9. Acero Camargo, Camilo., Implementación de un s imulador de proc esos de cor te, para corte or togonal, Proy ecto de grado Univ ers idad de Los Andes, 2004. 10. Boothr oyd, Geoffrey., Fundamentals of Machining and Mac hine Tools., Marcer Dekker, inc, 1989.. 49.
(50) IM-2006-II-22. APÉNDICE 1 A continuación se muestr an las fotograf ías del espesor de vir uta par a los dos materiales s ometidos a pruebas exper imentales . Todas las f otogr af ías fueron tomadas bajo un aumento de 400X .. Foto 1. Espesor de viruta acero 1020 (400X).. Foto 2. Espesor de viruta acero 1020 (400X).. 50.
(51) IM-2006-II-22. Foto 3. Espesor de viruta acero 1020 (400X).. Foto 4. Espesor de viruta cobre (400X).. 51.
(52) IM-2006-II-22. Foto 5. Espesor de viruta cobre (400X).. Foto 6. Espesor de viruta cobre (400X).. 52.
(53) IM-2006-II-22. APENDICE 2 Las tablas a continuac ión contienen infor mación s obre los r esultados exper imentales y su pos ter ior análisis estadístic o. Longit ud de mecanizado (cm) Probeta 1 Medición 1 Medición 2 Medición 3 Medición 4 Medición 5 Medición 6 Medición 7 Medición 8 Medición 9 Medición 10 Promedio Desv iación est ándar. Diám etro inic ial ( mm) Diámetro f inal (mm ) 25,38 24,41 25,39 24,42 25,4 24,4 25,38 24,4 25,38 24,4 25,38 24,41 25,39 24,42 25,4 24,41 25,4 24,4 25,4 24,42 25,39 24,41 0,01 0,01 Tabla 13. Geo metría de la probeta 1.. 19,9 19,9 19,9 20 19,9 20 19,9 20 20 20 20,0 0,1. Longit ud de mecanizado (cm) Probeta 2 Medición 1 Medición 2 Medición 3 Medición 4 Medición 5 Medición 6 Medición 7 Medición 8 Medición 9 Medición 10 Promedio Desv iación est ándar. Diám etro inic ial ( mm) Diámetro f inal (mm ) 25,4 24,45 25,39 24,44 25,4 24,45 25,39 24,45 25,4 24,44 25,4 24,45 25,38 24,44 25,4 24,44 25,39 24,45 25,39 24,45 25,39 24,45 0,01 0,01 Tabla 14. Geo metría de la probeta 2.. 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20,0 0,0. Longit ud de mecanizado (cm) Probeta 3 Medición 1 Medición 2 Medición 3 Medición 4 Medición 5 Medición 6 Medición 7 Medición 8 Medición 9 Medición 10 Promedio Desv iación est ándar. Diám etro inic ial ( mm) Diámetro f inal (mm ) 25,4 24,41 25,4 24,41 25,4 24,4 25,39 24,4 25,4 24,41 25,41 24,41 25,39 24,41 25,41 24,4 25,4 24,4 25,4 24,41 25,40 24,41 0,01 0,01 Tabla 15. Geo metría de la probeta 3.. 53. 20 19,9 19,9 20 20 20 20 20 20 20 20,0 0,0.
(54) IM-2006-II-22. Longit ud de mecanizado (cm) Probeta 4 Medición 1 Medición 2 Medición 3 Medición 4 Medición 5 Medición 6 Medición 7 Medición 8 Medición 9 Medición 10 Promedio Desv iación est ándar. Diám etro inic ial ( mm) Diámetro f inal (mm ) 25,39 24,4 25,39 24,39 25,39 24,39 25,39 24,4 25,4 24,4 25,4 24,39 25,39 24,39 25,4 24,39 25,4 24,4 25,4 24,39 25,40 24,39 0,01 0,01 Tabla 16. Geo metría de la probeta 4.. 19,9 19,9 20 20 20 20 20 20 20 20 20,0 0,0. Longit ud de mecanizado (cm) Probeta 5 Medición 1 Medición 2 Medición 3 Medición 4 Medición 5 Medición 6 Medición 7 Medición 8 Medición 9 Medición 10 Promedio Desv iación est ándar. Diám etro inic ial ( mm) Diámetro f inal (mm ) 25,4 24,44 25,4 24,43 25,4 24,43 25,4 24,44 25,39 24,43 25,39 24,43 25,39 24,44 25,4 24,43 25,39 24,43 25,4 24,44 25,40 24,43 0,01 0,01 Tabla 17. Geo metría de la probeta 5.. Probeta 1 Medición 1 (Extremo derecho) Medición 2 (Extremo derecho) Medición 3 (Extremo derecho) Medición 1 (Extremo izquierdo) Medición 2 (Extremo izquierdo) Medición 3 (Extremo izquierdo) Medición 1 (Centro) Medición 2 (Centro) Medición 3 (Centro) Promedio Desv iación est ándar Tabla 18. Rugo sidad d e la probeta 1.. 54. 20 20 20 19,9 20 19,9 20 20 20 20 20,0 0,0. Ra (um) 0,34 0,33 0,31 0,33 0,33 0,34 0,34 0,33 0,33 0,33 0,01.
(55) IM-2006-II-22. Probeta 2 Medición 1 (Extremo derecho) Medición 2 (Extremo derecho) Medición 3 (Extremo derecho) Medición 1 (Extremo izquierdo) Medición 2 (Extremo izquierdo) Medición 3 (Extremo izquierdo) Medición 1 (Centro) Medición 2 (Centro) Medición 3 (Centro) Promedio Desv iación est ándar Tabla 19. Rugo sidad d e la probeta 2.. Ra (um). Probeta 3 Medición 1 (Extremo derecho) Medición 2 (Extremo derecho) Medición 3 (Extremo derecho) Medición 1 (Extremo izquierdo) Medición 2 (Extremo izquierdo) Medición 3 (Extremo izquierdo) Medición 1 (Centro) Medición 2 (Centro) Medición 3 (Centro) Promedio Desv iación est ándar Tabla 20. Rugo sidad d e la probeta 3.. Ra (um). Probeta 4 Medición 1 (Extremo derecho) Medición 2 (Extremo derecho) Medición 3 (Extremo derecho) Medición 1 (Extremo izquierdo) Medición 2 (Extremo izquierdo) Medición 3 (Extremo izquierdo) Medición 1 (Centro) Medición 2 (Centro) Medición 3 (Centro) Promedio Desv iación est ándar Tabla 21. Rugo sidad d e la probeta 4.. Ra (um). 55. 0,6 0,59 0,58 0,54 0,56 0,52 0,6 0,54 0,53 0,56 0,03. 0,48 0,49 0,48 0,5 0,48 0,49 0,5 0,48 0,5 0,49 0,01. 0,6 0,59 0,54 0,56 0,6 0,58 0,54 0,56 0,52 0,57 0,03.
(56) IM-2006-II-22. Probeta 5 Medición 1 (Extremo derecho) Medición 2 (Extremo derecho) Medición 3 (Extremo derecho) Medición 1 (Extremo izquierdo) Medición 2 (Extremo izquierdo) Medición 3 (Extremo izquierdo) Medición 1 (Centro) Medición 2 (Centro) Medición 3 (Centro) Promedio Desv iación est ándar Tabla 22. Rugo sidad d e la probeta 5.. Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3 Probeta 4 Probeta 5. Pas ada 1 Pas ada 2 Pas ada 3 Pas ada 4 Media Desviación estándar. 0,77 0,77 0,72 0,85 0,88 0,87 0,87 0,86 0,86 0,83 0,06. Masa inicial (g) Masa final (g) Material remov ido (g) 1140, 5 1079, 3 61,2 1133, 2 1072, 4 60,8 1140, 8 1078, 5 62,3 1313, 0 1239, 8 73,2 1313, 2 1241, 8 71,4 Tabla 23. Material removido.. Tiempo de desbast e probeta 1 (s ) 20,3 20,5 20,5 20,1 20,3. Espesor de v iruta (um) Medición 1 Medición 2 Medición 3 Medición 4 Medición 5 Medición 6 Medición 7 Medición 8 Medición 9 Medición 10 Promedio Desviación est ándar. Ra (um). 0,2. Tiempo de desbast e probeta 2 (s ) 20,1 20,2 20,6 20,1 20,3. Tiempo de desbast e probeta 3 (s ) 20,5 20,3 20,8 20,4 20,5. 0,2 0,2 Tabla 24. Tiempo d e desbaste. Probeta 2 7,6 8,8 10,3 8,2 9,5 6,8 10,8 10,5 8,8 8,4 8,9 1,3 Tabla 25. Espesor de viruta.. 56. Tiempo de desbast e probeta 4 (s ) 20,6 20,4 20,5 20,3 20,5. Tiempo de desbast e probeta 5 (s ) 20,3 20,1 20,2 20,2 20,2. 0,1. 0,1. Probeta 4 9,4 10,3 9,7 9,3 10,2 10,3 9,6 10,1 10,0 10,4 9,9 0,4.
(57) IM-2006-II-22. Espesor de v iruta Probeta 2 Probeta 4 (um ) Estadístico t (95% conf iabilidad) 2,262 2,262 Límite s uperior del intervalo de los dat os 9,9 10,2 experimentales Límite inferior del intervalo de los dat os 8,0 9,6 experimentales Valor m edio de los 8,9 9,9 datos experimentales Resultado reportado por el simulador 9,8 9,8 Error respecto a la 8,7 1,3 media experimental Tabla 26. Análi sis estadísti co del esp esor de viruta. Tasa de remoción de material ( mm. 3. Probeta 2. Probeta 5. s). Estadístico t (95% conf iabilidad) 3,182 3,182 Límite s uperior del intervalo de los dat os 8,1 12,5 experimentales Límite inferior del intervalo de los dat os 7,8 12,2 experimentales Valor m edio de los datos experimentales 7,9 12,4 Resultado reportado por el simulador 8,0 12,0 Error respecto a la 1,1 3,1 media experimental Tabla 27. Análi sis estadístico de l a tasa d e remo ción de material. Fuerza tangencial Probeta 2 Probeta 4 (daN) Estadístico t (95% conf iabilidad) 2,262 2,262 Límite s uperior del intervalo de los dat os 1,97 0,95 experimentales Límite inferior del intervalo de los dat os 1,60 0,90 experimentales Valor m edio de los 0,92 datos experimentales 1,78 Resultado reportado 1,94 0,90 por el simulador Error respecto a la 8,1 2,2 media experimental Tabla 28. Análi sis estadísti co de l a fuerza tangencial de corte.. 57.
(58) IM-2006-II-22. Pot encia de cort e Probeta 2 Probeta 4 (kW ) Estadístico t (95% conf iabilidad) 2,262 Límite s uperior del intervalo de los dat os experimentales 1,26 Límite inferior del intervalo de los dat os 1,02 experimentales Valor m edio de los datos experimentales 1,14 Resultado reportado 1,23 por el simulador Error respecto a la 7,2 media experimental Tabla 29. Análi sis estadísti co de l a potencia d e cor te. Rugosidad (um ) Estadístico t (95% conf iabilidad) Límite superior del interv alo de los datos experimentales Límite inf erior del interv alo de los datos experimentales Valor medio de los datos experimentales Resultado report ado por el sim ulador Error respecto a la m edia experimental. Probeta 1. Probeta 2. Probeta 3. Probeta 4. 2,262. 0,61. 0,57 0,59 0,57 3,5. Probeta 5. 2,306. 2,306. 2,306. 2,306. 2,306. 0,34. 0,59. 0,50. 0,59. 0,87. 0,32. 0,54. 0,48. 0,54. 0,78. 0,33. 0,56. 0,49. 0,57. 0,83. 0,38. 0,49. 0,38. 0,38. 0,53. 12,9 48,8 14,7 28,7 Tabla 30. Análi sis estadísti co de l a rugosid ad.. 56,2. 58.
(59) IM-2006-II-22. Tiempo de Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3 Probeta 4 Probeta 5 des bast e (s) Estadístico t (95% 3,182 3,182 3,182 3,182 3,182 conf iabilidad) Límite superior del interv alo de los datos experimentales 20,6 20,7 20,8 20,7 20,3 Límite inf erior del interv alo de los datos 20,1 19,1 experimentales 19,9 20,2 20,1 Valor medio de los datos experimentales 20,3 20,3 20,5 20,5 20,2 Resultado report ado por 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 el sim ulador Error respecto a la m edia 1,7 experimental 1,4 2,5 2,3 1,0 Tabla 31. Análisis estadísti co del ti empo de rectifi cado.. 59.
(60) IM-2006-II-22. 60.
(61)
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