Fuerza de corte

¿Qué es la fuerza de corte?

La fuerza de corte representa la resistencia del material contra la intromisión de la herramienta de corte. Las amplitudes y direcciones de fuerza difieren en diferentes procesos de corte, como giro, fresado, taladrado, etc., realizado en máquinas de fabricación (a menudo CNC). (Consultar la figura 1 para ver un ejemplo durante el giro). Estas fuerzas de corte dinámicas se pueden medir y analizar para permitir la optimización de dichos procesos de corte.

Medición de fuerzas de corte

Las fuerzas de corte en los procesos de mecanizado se pueden medir con diferentes tecnologías, donde los dinamómetros representan la opción más efectiva y fiable. Algunos dinamómetros se basan en el efecto piezoeléctrico. Sin embargo, las soluciones integradas también se pueden personalizar mediante sensores de fuerza o celdas de carga adecuados que se integran directamente en los componentes de la máquina herramienta, incluidos los sensores piezoeléctricos y las galgas extensométricas. Existen tres tipos principales de dinamómetros piezoeléctricos para medir las fuerzas de corte: dinamómetros estacionarios de 3 componentes, dinamómetros estacionarios de 6 componentes y dinamómetros giratorios de 4 componentes. 

¿Por qué medimos las fuerzas de corte? ¿Para qué se miden las fuerzas de corte?

Durante los procesos de corte, las herramientas sufren un elevado estrés mecánico, térmico y químico, lo que influye en el rendimiento de corte y el desgaste de la herramienta. El corte de metales sigue siendo el principal proceso de mecanizado. Proporciona la base para productos técnicos de todo tipo. Se espera que los productos manufacturados ofrezcan una calidad convincente y rentabilidad. Por lo tanto, se ha producido un aumento constante en los requisitos que deben cumplir los procesos de corte. El conocimiento detallado de los procesos de corte resulta esencial para cumplir con dichos requisitos. Los indicadores clave incluyen fuerzas de actuación y pares.

Al desarrollar nuevas herramientas, resulta esencial saber cómo se comportan. Las preguntas típicas son: ¿Qué fuerzas de corte se producen? ¿Cómo se comporta la herramienta en diferentes situaciones (estabilidad del proceso)? ¿Cómo se puede diseñar la herramienta de modo que se eviten picos de fuerza (vida útil) y el proceso de mecanizado se lleve a cabo de manera rápida y eficiente? 

Solo las mediciones precisas durante el desarrollo garantizan la fiabilidad del proceso y la prevención de rechazos. Por ejemplo, al fresar una esfera, un relojero debe asegurarse de que el proceso no presente problemas y sea estable, incluso en condiciones de cambiantes y con una herramienta demasiado estresada.

Cada vez resulta más habitual utilizar mediciones de fuerza/par en programación avanzada en máquinas CNC para desarrollar estrategias de mecanizado inteligentes. Las señales de fuerza se pueden conectar a las máquinas a través de diferentes opciones y se utilizan para mejorar los procesos, aumentar la trazabilidad y garantizar operaciones de mecanizado sostenibles.

Por lo tanto, el análisis del desgaste de la herramienta, es decir, la medición y el análisis de la carga mecánica de la herramienta, constituye la base para: 

  • Mejorar los procesos de corte
  • Mejorar herramientas de corte (geometría, revestimiento)
  • Mejorar el equipamiento auxiliar (como refrigerantes)
  • Dimensionar estructuras y componentes de máquinas
  • Comparar y optimizar estrategias de mecanizado
  • Verificar modelos de procesos y simulaciones
  • Realizar una programación inteligente mediante la integración de la fuerza del mensurando en el sistema de control de la máquina

Esto se hace a través de:

  • Medición y análisis de fuerzas aplicadas en procesos plastomecánicos
  • Detección de constantes características, es decir, fuerzas específicas relevantes para la maquinabilidad
  • Proporcionar información sobre la energía inducida en un proceso
  • Utilización de comandos de programación avanzados como acciones sincrónicas en CN (control numérico)

Los dinamómetros piezoeléctricos se aplican en investigación y desarrollo académico e industrial para medir, analizar y optimizar procesos de mecanizado. 

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