Simulación del corte de materiales dúctiles con herramientas de geometría definida

A. Celaya (1), I. Etxeberria (2), O. Gonzalo (2), J.L. Alcaraz (1), I. Lorenzo (1), L.N. López de Lacalle (1)
(1) Dpto. de Ingeniería Mecánica- Escuela Superior de Ingenieros de Bilbaoc/Alameda de Urquijo s/n E-48013 Bilbao. e-mail: imaceega@bi.ehu.es tf: +34-946017235(2) Fundación Tekniker- Dpto. de Procesos de Fabricación Avd. Otaola, 20 E-20600 Eibar, Guipúzcoa.01/12/2002

1. Introducción

En este trabajo se presenta la simulación numérica del corte ortogonal mediante elementos finitos y el trabajo experimental realizado para su validación [1-2].

El objetivo del trabajo es lograr un mejor conocimiento del proceso de formación de la viruta que sea de utilidad para la correcta definición de los parámetros de corte. La modelización del proceso permitirá abordar una vía de análisis más conveniente que la basada en el método de prueba y error, tan habitual en los procesos de mecanizado.

Para la simulación del proceso de corte se ha utilizado un método de elementos finitos termo-mecánico explícito.

La validación del modelo se ha efectuado a través de ensayos de corte ortogonal, mecanizando cilindros huecos de acero en operaciones de refrentado, bajo las mismas condiciones en las que se realiza el modelizado.

2. Experimental

Los parámetros que se miden en los ensayos son las fuerzas de corte —mediante una plataforma dinamométrica— y las temperaturas a 0.5 mm de la superficie del filo de corte —con un termopar K. También se obtienen mapas térmicos por imagen de infrarrojos.

Figura 1. Resultado del modelo desarrollado con ABAQUS

3. Resultados y Discusión

La simulación del corte proporciona valores para las fuerzas de corte cercanos en un 95% a los reales, y unos valores de las temperaturas en la zona de desprendimiento con un error inferior al 20%.

El factor de mayor influencia en el corte es el ángulo de desprendimiento de la cuchilla, corroborando así la simulación los resultados obtenidos en los experimentos.

4. Conclusiones

La principal conclusión de este trabajo es que la simulación numérica por elementos finitos es una herramienta válida para el análisis del corte ortogonal en materiales dúctiles, como los aceros comunes. Los resultados obtenidos, en forma de fuerzas de corte o aspecto de la viruta, se ajustan aceptablemente a los de los ensayos.

5. Referencias

[1] M.R. Movahhedy, M.S. Gadala, Y. Altimtas. Simulation of chip formation in orthogonal metal cutting process: an ALE finite element approach, Machining Science & Techn. 4 (2000), pp. 15-42.

[2] K. Komvopoulos y S.A. Erpenbeck, Finite Element Modeling of Orthogonal Metal Cutting, Journal of Engineering for Industry, 113 (1991), pp. 253-266