DESARROLLO DE SIMULADOR DE PROCESOS DE CORTE …

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DESARROLLO DE SIMULADOR DE PROCESOS DE CORTE PARA RECTIFICADO CILÍNDRICO EXTERIOR

HEINZ LUGO SAÑUDO

UNIVERSIDA D DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA M ECÁNICA BOGOTÁ D.C.

2007

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DESARROLLO DE SIMULADOR DE PROCESOS DE CORTE PARA RECTIFICADO CILÍNDRICO EXTERIOR

HEINZ LUGO SAÑUDO

Proyecto de grado

Asesor del proyecto

FABIO ROJAS M. Dr. Eng. Mec.

UNIVERSIDA D DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA M ECÁNICA BOGOTÁ D.C.

2007

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Bogotá D.C. 18 de Enero de 2007. Doctor Fabio A . Rojas M. Asesor proyecto de grado Universidad de Los Andes Departamento de Ingenier ía Mecánica Aprec iado Doctor: Someto a consideración de us ted el proyecto de grado titulado DESARROLLO DE SIMULADOR DE PROCESOS DE CORTE PARA RECTIFICADO CILÍNDRICO EXTERIOR, que tiene como objetivo desarrollar una herramienta de carácter didác tico que permita a los usuarios del portal familiarizarse con los aspectos teór icos del rectificado cilíndrico exter ior y como estos inc iden en los resultados obtenidos tras llevar a cabo un proceso como el menc ionado. Considero que este trabajo cumple con los objetivos planteados y lo presento como requisito parcial para optar por el título de Ingeniero Mecánico. Cordialmente, Heinz Lugo Sañudo. 200121986

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Bogotá D.C. 18 de Enero de 2007. Doctor Luis Mario Mateus Director del depar tamento de Ingenier ía Mecánica Universidad de Los Andes Departamento de Ingenier ía Mecánica Aprec iado Doctor: Someto a consideración de us ted el proyecto de grado titulado DESARROLLO DE SIMULADOR DE PROCESOS DE CORTE PARA RECTIFICADO CILÍNDRICO EXTERIOR, que tiene como objetivo desarrollar una herramienta de carácter didác tico que permita a los usuarios del portal familiarizarse con los aspectos teór icos del rectificado cilíndrico exter ior y como estos inciden en los resultados obtenidos tras llevar a cabo un proceso como el menc ionado. Considero que este trabajo cumple con los objetivos planteados y lo presento como requisito parcial para optar por el título de Ingeniero Mecánico. Cordialmente, Heinz Lugo Sañudo. 200121986

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Nota de aceptac ión

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Fabio A . Rojas M., Dr. Eng. Mec. Asesor proyecto de grado

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JURADO

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AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus agradecimientos a: Fabio A. Rojas M., Dr . Eng. Mec. Asesor del proyecto por su orientación e interés en el desarrollo de este proyecto. Guillermo Cardenas, propietar io de la empresa GUICAR, por su cooperac ión y colaborac ión con el préstamo de recursos fís icos y humanos indispensables para la culminac ión del proyecto. Luis Miguel Méndez M., I.M. MSc por su cooperac ión y colaboración con el prés tamo de ins trumentos requeridos para la verificac ión de los resultados del proyecto.

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CONTENIDO

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INTRODUCCIÓN 13 1. SIMULADOR PARA RECTIFICADO CILINDRICO EXT ERIOR 15 1.1. Mecánica de corte. 15 1.1.1. Variables de entr ada. 15 1.1.2. Variables de salida. 16 1.1.2.1. Espesor de viruta. 16 1.1.2.2. Tasa de rem oción de material. 17

1.1.2.3. Fuerzas de corte. 18 1.1.2.4. Potencia de corte. 20 1.1.2.5. Rugosidad esperada. 20 1.1.2.6. Temperatura en la zona de corte. 20 1.1.2.7. Volumen de desgaste de la muela. 21

1.2. Rect ificador virtual. 22 1.2.1. Variables de entr ada. 22 1.2.2. Variables de salida. 23

1.2.2.1. Opción. 23 1.2.2.2. Tiempo de mecanizado. 23 1.2.2.3. Porcentaje de área superficial afe ctada. 24 1.3. Simulación y orden de trabajo. 24 1.4. Calibración de los resultados. 25 2. IMPLEMENTACION DEL SIMULADOR 26

2.1. Or ganización del sim ulador. 26 2.2. Protocolo de uso del sim ulador. 28

3. DATOS EXPERIM ENTALES 40 3.1. Proceso de rect ificado. 42 3.2. Reporte de datos experimentales y verificación contr a los datos teóricos. 43 3.3. Evaluación pedagógica del sim ulador. 46

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 48 BIBLIOGRAFIA 49 ANEXO 1 50 ANEXO 2 53

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Lista de tablas

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Tabla 1. Variables de entrada m ódulo 1. 16 Tabla 2. Variables de salida módulo 1. 16 Tabla 3. Presión de corte. 19 Tabla 4. Variables de entrada m ódulo 1. 22 Tabla 5. Variables de salida módulo 2. 23 Tabla 6. Variables de entrada m ódulo 3. 24 Tabla 7. Materiales 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

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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 viruta. 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

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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

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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. Confirmación. 39 Figur a 27. Orden de trabajo probeta 1. 40

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Lista de fotografías

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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

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INTRODUCCION

Dada la importanc ia de la industria metalmecánica en nuestro país es fundamental que los es tudiantes de carreras afines con esta tecnología adquieran el mayor conocimiento posible sobre la misma no solo para usar la de manera eficiente sino para generar nuevo conoc imiento en la misma. Sin embargo dada la naturaleza práctica del mecanizado el aprendizaje no puede limitarse solamente a la teor ía, debido a que no se trata de una c ienc ia exacta, sino que debe involucrar la experimentación para que el es tudiante logre v isualizar como los conceptos teóricos pueden ser usados para generar productos de calidad, que es lo que le importa a la industria. Ev identemente esta experimentación trae asociada consigo costos, representados en operarios , maquinas, herramientas y mater iales, lo cual limita el desarrollo práctico. La consecuenc ia de esto es que el es tudiante conoce la teor ía pero no posee la capacidad de aplicar la al desarrollo de procesos eficientes. Este proyecto busca continuar con una serie de trabajos realizados por diversas personas en conjunto con el LATEMM (Laborator io de Técnicas Modernas en Manufactura) en los cuales se han desarrollado herramientas que permiten no solo la comprensión de los aspectos teóricos involucrados en la mecánica del corte sino también la interacción con escenarios reales de mecanizado. Estos proyectos comenzaron con el trabajo realizado por Car los A. Ramírez Rangel [6] en el cual mediante el uso de menús desplegables es pos ible calcular parámetros de corte de interés para el proceso de torneado, usando el modelo de cor te ortogonal. Sin embargo se observó que era necesario extender la aplicación del mismo para que permitiera no solo la comprensión de la teoría de la mecánica de corte s ino también para que permitiera la visualizac ión del proceso de torneado. Esto fue desarrollado en el trabajo realizado por Néstor Arteaga [7], en el cual mediante ayudas gráficas se muestra como se lleva a cabo el proceso de c ilindrado. Por otra parte en es te mismo trabajo se explica como se genera el código G para el caso par ticular del torno CNC EMCO Compact 5 del Labmec (Laborator io del departamento de Ingeniería Mecánica de La Univers idad de los Andes). Al mismo tiempo Germán Ordóñez [8] desarrolló una consulta para los procesos de taladrado y fresado quedando as í es tablec idos tres simuladores de corte. Buscando mejorar estos s imuladores Camilo Acero [9] desarrolla en su trabajo una herramienta que permite al usuar io interactuar con el proceso de mecanizado en corte ortogonal tanto de forma teór ica como practica a tal punto que se involucra la manufactura real de piezas bajo parámetros selecc ionados por el usuar io aplicando cr iter ios adquir idos durante el estudio teór ico del proceso. En el mercado es posible encontrar diversos simuladores de corte que permiten al usuario realizar consultas sobre variables de importancia en los procesos de mecanizado teniendo como parámetros de la herramienta y las condiciones inic iales de corte, s in embargo los s imuladores encontrados trabajan basados

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en procesos de corte con geometr ía definida, no se encontró ninguno que abordara el tema del corte bajo geometr ía no definida. Este proyecto busca extender la aplicac ión de los simuladores de corte a procesos basados en geometr ía no definida, en este caso rectificado cilíndr ico exterior, mediante la generac ión de un operario virtual al cual se accede a través de Internet. Este operar io no solo informa acerca de var iables asociadas al proceso sino también proporc iona consejos y datos relevantes teniendo en cuenta la maquinar ia disponible. El operar io vir tual permitirá que el es tudiante exper imente con las var iables del proceso hasta conseguir una hoja de trabajo eficiente, logrando as í no solo que este comprenda de manera global la tecnología del rectificado c ilíndrico exter ior sino que compruebe los resultados contra una pieza real generada s iguiendo la hoja de proceso desarrollada con ayuda del simulador .

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1. SIMULADOR PARA RECTIFICADO CILINDRICO EXTERIOR

El s imulador desarrollado en este proyecto es la extensión de los simuladores de corte desarrollados por el LATEMM a los procesos de mecanizado de geometría no definida en particular el rectificado c ilíndr ico exter ior. Este se encuentra dividido en 3 módulos secuenc iales, que se observan en la figura 1. Se dec idió organizar los módulos de forma secuencial buscando que el usuario siga un proceso de aprendizaje en que primero entiende la teor ía luego la aplica en la práctica y por ultimo observa los resultados de la integración de teoría y prác tica.

Figura 1. Diagrama esquemático del simul ador.

1.1. Mecánica de corte. Uno de los aspectos f undamentales para la planeación de un proceso de manufactura es el entendimiento de la teor ía sobre la cual se basa el mismo, es por esta razón que se ha desarrollado este módulo. El mismo pretende explicar cuales son las variables que tienen incidencia sobre los resultados obtenidos tras un proceso de rectificado cilíndrico exter ior . En este módulo el usuar io interactúa con el s imulador mediante dos opciones.

Figura 2. Diagr ama esquemáti co módulo 1.

1.1.1. Variables de entr ada. Como en cualquier proceso de mecanizado es tos parámetros cons ignan la información acerca de la configuración de la maquina y las herramientas selecc ionas para llevar a cabo el proceso. En este caso las variables de entrada se observan en la tabla 1.

1. Mecánica de corte.

2. Rectificador v irtual.

3. Simulación y orden de trabajo.

1. Variables de entrada.

2. Variables de salida.

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Tipo de abrasivo Ancho de la muela [mm] Tamaño de grano Veloc idad per ifér ica de la muela [m/s] Grado de la muela Veloc idad periférica de la pieza [m/s]

Estructura de la muela Profundidad de pasada [mm] Diámetro de la muela [mm] Veloc idad axial [mm/s]

Tabla 1. Variables de entrada módulo 1.

1.1.2. Variables de salida. Basado en las variables de entrada selecc ionadas el módulo de mecánica de corte reporta la magnitud de var iables de interés para el proceso de rectificado cilíndr ico exter ior. Es tas var iables se observan en la tabla 2.

Espesor de viruta [um] Potencia de cor te [kW] Tasa de remoción de material [mm3/s ] Rugosidad esperada [um]

Fuerza tangenc ial [daN] Temperatura en la zona de corte [ºC] Fuerza normal [daN] Volumen de desgaste de la muela

[mm3] Tabla 2. Variables de salida módulo 1.

1.1.2.1. Espesor de viruta. Al ser este un parámetro que influye de forma proporcional sobre la magnitud de la fuerza necesaria para llevar a cabo el proceso de rectificado conviene calcular su magnitud. Para realizar esta tarea se tomo la aproximac ión realizada en el trabajo desarrollado por Gian Feder ico Micheleti [1], en donde a par tir de cons ideraciones geométr icas se deduce una fórmula que basada en la geometría de la herramienta, la geometría de la pieza y parámetros de cor te como la profundidad de pasada y las veloc idades per iféricas tanto de la muela como de la pieza permite calcular el espesor máximo de v iruta. Dicha fórmula se muestra a continuac ión.

(1). mp

p

rrp

vv

h 112'max +=

λ

Donde:

:'maxh Espesor máximo de v iruta en mµ .

:v Velocidad perifér ica de la muela en m/s.

pr : Radio de la pieza en mm.

mr : Radio de la muela en mm.

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λ : El paso circunferencial de los granos en mm, el cual depende de la granulometría de la muela y la profundidad de pasada, como se ve en la gráfica 1.

:pv Veloc idad periférica de la muela en m/s .

Gráfica 1. Paso circunferencial [1].

1.1.2.2. Tasa de remoción de material. Este parámetro representa el volumen de sobremetal que se remueve durante el rectificado por unidad de tiempo, lo cual puede ser tomado como un índice de la efectividad del proceso. Para el cálculo de dicho parámetro se desarrolló una aproximación basada en el volumen de sobremetal remov ido por pasada, suponiendo que los parámetros de corte se mantienen constantes durante todo el proceso. La fórmula a la cual se llego siguiendo las suposiciones anter iores se muestra a continuac ión:

(2). ( )22 )(4

pdidibZ p −−=π

Donde:

:pZ Tasa de remoc ión de material en mm3/s.

:p Profundidad de pasada en mm. b : Avance axial de la muela en mm/s .

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id : Diámetro inicial de la pieza en mm. 1.1.2.3. Fuerzas de corte. Durante el proceso de rectificado cada uno de los granos abras ivos se encuentra 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 )( tF , es la responsable de la acción de cor te por lo cual es de gran importancia para el proceso de rectificado ya que es ta determina la potenc ia de cor te necesar ia para llevar a cabo la operación. La componente radial )( nF afecta la repuls ión que la pieza realiza sobre la herramienta durante el proceso de corte por lo cual tiene incidenc ia en el desgaste de la piedra. Por su parte la componente axial )( aF ejerce influenc ia sobre el movimiento ax ial de la herramienta. Para el cálculo de la fuerza tangencial )( tF se tomó la aprox imación presentada en el trabajo de Gian F. Micheleti [1] donde basandose en el concepto de esfuerzo se desarrolla una fórmula que permite el calculo de la misma. Dicha fórmula se muestra a continuac ión: (3). smmediott kbhfzF '= Donde:

:tF Fuerza de corte tangencial en daN.

1. f : Parámetro de corrección debido al proceso de rectificado que depende de la granulometría de la muela y del espesor de v iruta, tal como se ve en la gráfica 2.

Gráfica 2. Coeficiente f [1].

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2. tz : Número de filos activos durante el proceso de rectificado, que se calcula mediante la relación:

(4). º360ºϕ

λ∆

= mt

dz

En la cual:

:md Diámetro de la muela en mm.

:ºϕ∆ Angulo de contacto, que se obtiene de la relación:

(5). mdp

πϕ 360

≈∆

3. :b Avance ax ial en mm/vuelta.

4. :'

medioh Espesor medio de v iruta, el cual se obtiene de dividir entre dos el valor del espesor máximo de viruta )( '

maxh .

5. :smk Pres ión específica de corte, el cual es un parámetro particular a cada material y que se calcula mediante la relac ión:

(6). zmediososm hkk −= '

En la que los valores de sok y z se encuentra cons ignados en tablas como la que se muestra a continuación.

Material sok [ ]2mm

daN z [ ]2mmdaN

Fundición dura 0,19 206 C40 0,14 222 C60 0,18 213 Aq50 0,26 199 Aq60 0,17 211

Tabla 3. Presi ón de corte.

Para el cálculo de la fuerza radial )( nF se s iguió la aproximac ión encontrada en el trabajo de Milton C. Shaw [2]: (7). tn FF 2= El cálculo de la fuerza axial )( aF no se realizó ya que es ta es la de menor magnitud [1].

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1.1.2.4. Potencia de corte. La potencia en los procesos de rectificado se encuentra asociada a la energía necesaria para realizar el proceso de corte así como para produc ir el movimiento relativo entre la pieza y la muela. La fuerza de repulsión es soportada por el montaje de la herramienta por lo cual no es necesario inver tir energía para vencer la. La potencia de corte (kW), debido a los fenómenos de rozamiento, es la de mayor magnitud y puede calcularse mediante la s iguiente relación: (8). vFP tt = 1.1.2.5. Rugosidad esperada. Este concepto se refiere a la calidad en la superfic ie de la pieza posterior al proceso de mecanizado por lo cual es de suma importancia para evaluar la eficiencia del mismo. Para el cálculo de este parámetro se uso la aproximac ión desarrollada en el trabajo de Anne Venu Gopal y P. Venkatesw ara Rao [3] quienes a partir de pruebas experimentales y técnicas de regres ión no lineal desarrollaron una fórmula que permite la predicción de este parámetro. Dicha fórmula se muestra a continuación: (9). 2444.02866.05253.01843.086.0 −−= RMbpRa Donde:

:aR Rugosidad de la pieza en mµ . p : Profundidad de pasada en mµ . b : Avance axial en mm/min. M : Granulometr ía del abrasivo (Número del tamiz). R : Densidad de grano. 1.1.2.6. Temperatura en la zona de corte. Al ser el rectificado un proceso que exige una energía cuya magnitud es de al menos un orden de magnitud mayor que la necesaria para otros procesos de corte y combinado con el hecho de que el 85% de la misma se transfiere en forma de calor a la pieza [1] la aprox imación de la temperatura en la zona de corte adquiere gran relevancia. En este proyecto dicha aprox imación se realiza

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mediante la fórmula obtenida a través de técnicas de anális is dimens ional presentada en el trabajo de X.S. Li y J.N. Boland [4]. Dicha fórmula se muestra a continuación.

(10) . 3

1

4.0 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

αρθ

Kv

Cu

Donde: θ : Temperatura en la zona de corte en º C

1. u : Energía específica en 2mmN que puede ser aprox imada mediante la

relación [3]:

(11) . bpF

u t=

2. Cρ : Calor específico volumétr ico de la pieza en kgK

J .

3. αK : Difus ividad térmica de la pieza en sm2

. 1.1.2.7. Volumen de desgaste de la muela. Se refiere a la cantidad de material de muela remov ido durante el proceso de rectificado. Permite v isualizar como afectan las condiciones de corte al desgaste de la muela por lo cual puede ser visto como una medida de la efectividad del mecanizado. En es te proyecto la aprox imac ión para es te parámetro se lleva a cabo mediante la fórmula que se muestra a continuac ión [2]:

(11) . ulF

B cn µ=

Donde: B : Volumen de desgaste de la muela en 3mm .

nF : Fuerza de corte normal en daN. µ : Coeficiente de rozamiento entre las superficies. u : Energía específ ica calculada bajo los supuestos anter iormente mencionados.

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La longitud de contacto ( )cl es ta dada por la s iguiente ecuación [10]: (12) . ( )mc pdl = Donde:

cl : Longitud de contacto en mm . p : Profundidad de pasada en mm.

md : Diámetro de la muela en mm. 1.2. Rect ificador virtual. Este módulo ha sido desarrollado con el objetivo de permitir que el usuar io aplique los conoc imientos adquir idos en el módulo de mecánica de corte para planear un proceso de rectificado teniendo en cuenta las limitaciones de maquinar ia, herramientas y fluidos de corte disponibles . La tarea del rec tificador v irtual es la de prestar asesoría al usuario durante la planeación del proceso. Esta asesor ía cons iste en recomendaciones e incluso restricciones al proceso planeado debido a factores como acabados superficiales deficientes o requer imientos de potencia mayores a los permitidos por la maquinar ia disponible. Al igual que para el módulo de mecánica de corte el usuar io interactúa con el simulador a través de dos opc iones.

Figura 3. Diagr ama esquemáti co módulo 2.

1.2.1. Variables de entr ada. A diferencia del módulo 1 donde no ex isten limitaciones sobre el proceso las variables de entrada para el módulo 2 se encuentran reduc idas a solo 4 que contienen información sobre la configuración de la maquina para llevar a cabo el proceso, dichas variables se muestran a continuación. Veloc idad periférica de la muela [m/s] Profundidad de pasada [mm] Veloc idad periférica de la pieza [m/s] Veloc idad axial [mm/s]


1. Variables de entrada.

2. Variables de salida.

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1.2.2. Variables de salida. Las variables de salida para el módulo 2 se muestran en la tabla 5, se observa que contienen la misma informac ión que para el módulo 1. Sin embargo se muestran tres variables más en donde se cons igna información propia del proceso como el tiempo que toma la realización del mismo, el desgaste que genera sobre la herramienta y la posibilidad de realización del mismo teniendo en cuenta las limitaciones de la maquinar ia disponible.

Opc ión Rugosidad esperada [um] Espesor de viruta [um] Temperatura en la zona de corte [º C]

Tasa de remoción de material [mm3/s ] Volumen de desgaste de la muela [mm3]

Fuerza tangenc ial [daN] Tiempo de mecanizado [s] Fuerza normal [daN] Porcentaje de área superficial

afectada [%] Potencia de cor te [kW]

Tabla 5. Variables de salida módulo 2.

1.2.2.1. Opción. Esta var iable no es un parámetro propio del proceso pero es donde el rectificador v irtual hace su tarea. En esta variable el rec tificador informa al usuar io si el proceso puede ser llevado a cabo basado en el criterio de potenc ia disponible. De sobrepasarse la potencia disponible el rectificador sugiere cambios en las condic iones de corte que permiten soluc ionar es te inconveniente. 1.2.2.2. Tiem po de mecanizado. Debido a que no solo el costo s ino también la viabilidad de los procesos de mecanizado se encuentran asoc iados al tiempo que toma la realización de los mismos el cálculo de este parámetro es de vital importancia. En este proyecto se usó una aproximac ión basada en la definic ión de velocidad, la formula obtenida se muestra a continuación.

(13) . bnlt =

Donde:

:t Tiempo de mecanizado en s.

:n Número de pasadas.

:l Longitud de mecanizado en mm.

:b Avance ax ial en mm/s.

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1.2.2.3. Porcentaje de área superficial afe ctada. Ya se menc ionó la importanc ia de la temperatura en los procesos de rectificado, s in embargo dicho parámetro no dice nada acerca de la cantidad de material afectado por el proceso que tiene una importancia de igual magnitud debido a que permite establecer has ta que punto es tolerable una alterac ión térmica de la pieza debida al proceso de rectificado. En este proyecto la aproximac ión de dicho parámetro se hace mediante la fórmula desarrollada en el trabajo de Anne Venu Gopal y P. Venkatesw ara Rao [3] que se muestra a continuac ión.

(14) . 4140.03.02857.044.24% −−= MbpD

Donde:

:%D Porcentaje de área superficial afectada.

p : Profundidad de pasada en mm.

b : Avance axial mm/min.

:M Granulometr ía del abrasivo (Número del tamiz).

1.3. Simulación y orden de trabajo.

Este módulo fue desarrollado con el objetivo de permitir al usuario la visualizac ión de los resultados esperados tras la integración de la teor ía y la prac tica. Esta tarea se realiza mediante el uso de animaciones e ilustraciones que muestran como se lleva a cabo el proceso de rectificado y los resultados a nivel superfic ial que permite.

Por otra parte en este módulo se permite al usuario la generación de una orden de trabajo que siga los parámetros de cor te que el simulador considera pos ibles, para es to se hace uso de un f ormato cuyas variables de entrada se muestra a continuac ión.

Fecha Avance axial para el desbaste Nombre Veloc idad periférica para el acabado

Correo electrónico de contac to Profundidad de pasada para el acabado

Teléfono de contacto Avance axial para el acabado Dirección de entrega Material a mecanizar

Veloc idad perifér ica para el desbaste Número de piezas deseadas Profundidad de pasada para el desbaste


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1.4. Calibración de los resultados.

Aunque las ecuac iones usadas para el desarrollo de este proyecto se obtuvieron de literatura espec ializada es conveniente realizar una ver ificac ión de los resultados para así poder cuantificar la confiabilidad de la herramienta.

Con el fin de cumplir es te propósito se realizaran pruebas siguiendo parámetros de rectificado permitidos por el simulador. Posteriormente se realizaran medic iones de algunos de los parámetros de salida con el fin de verificar la correspondenc ia de los valores predichos por el s imulador en comparación con los obtenidos exper imentalmente. Los resultados de es tas pruebas servirán como calibrac ión del simulador y serán mostrados en un capítulo posterior.

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2. IMPLEMENTACION DEL SIMULADOR

Cada uno de los procesos que puede llevar a cabo el simulador de rectificado es independiente por lo cual la selección de parámetros de cor te es única para el material escogido. Los materiales entre los cuales el usuario puede escoger se seleccionaron debido a que son los que comúnmente se someten a procesos de rec tificado. Estos se muestran en la tabla 7.

Acero de bajo carbono (1020)

Acero templado Fundic ión gr is Fundic ión maleable

Acero inoxidable ferrítico

Acero inoxidable aus tenítico

Acero inoxidable martensítico

Cobre y aleaciones

Tabla 7. Materiales disponibl es en el si mulador.

Para la implementación del simulador se cons ignaron 41 bases de datos, generadas en formato Access (Microsoft Access) con los datos de entrada y salida del simulador para cada uno de los materiales. Estas bases de datos se div iden pr inc ipalmente en:

• Bases de datos para el módulo de mecánica de corte: Inc luye los parámetros de corte y los resultados de consulta para tres tipos de rectificado, desbaste, acabado semif ino y acabado fino para cada uno de los mater iales.

• Bases de datos para el proceso de desbaste en el módulo de rectificador v irtual: Incluye los parámetros de cor te y los resultados de consulta para la planeación del proceso de desbaste para cada uno de los mater iales.

• Bases de datos para el proceso de acabado en el módulo de rectificador virtual: Inc luye los parámetros de cor te y los resultados de consulta para la planeación del proceso de acabado para cada uno de los materiales .

• Base de datos para la orden de trabajo: Incluye la información personal del usuar io y los parámetros de corte, tanto para el desbaste como para el acabado, que deben ser seguidos para la manufactura de las piezas.

2.1. Or ganización del sim ulador. Ya anter iormente se había mencionado que el s imulador consta de tres módulos secuenciales, sin embargo cada uno de es tos tiene sus propias div isiones por lo cual es conveniente ilustrar de forma detallada la organizac ión estructural de cada módulo del simulador .

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Figura 4. Organizaci ón del módulo de mecánica de corte.

Figura 5. Organizaci ón del módulo de r ecti ficador virtual.

Mecánica de corte

Selección de material

Proceso de rectif icado de desbaste

Selección de v ariables de entrada

Visualización de variables de salida

Proceso de rectificado de acabado semifino

Proceso de rectif icado de acabado fino

Selección de variables de entrada

Visualización de v ariables de salida

Selección de variables de entrada

Visualización de v ariables de salida

Re ctif icador virtual

Selección de rectif icadora


Selección de muela

Selección de ref rigerante

Selección de parámetros de corte (desbaste)

Visualización de variables de salida (desbaste)

Selección de parámetros de corte (acabado)

Visualización de variables de salida (acabado)

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Figura 6. Organizaci ón del módulo de simul aciones y orden de trabajo.

2.2. Protocolo de uso del sim ulador. A continuación se describirá de forma general como se hace uso del s imulador de rectificado cilíndrico ex terior para esto se realizará un ejemplo que involucra los tres módulos del mismo.

1. El acceso al simulador se hace mediante el ingreso de la direcc ión electrónica http://farojas.uniandes.edu.co/sim_rect. En este punto se selecc iona la opción seleccionar materiales.

Figura 7. Inicio de la navegación.

Simulaciones y orden de trabajo


Selección de parámetros de corte

Visualización de animaciones y detalles de la maquina

Generación de orden de trabajo

Confirmación de generación de orden de trabajo

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2. Para el desarrollo de este ejemplo se selecc ionara como mater ial de trabajo el acero de bajo carbono. Para determinar el mater ial a ser usado se debe seleccionar el nombre del mismo.

Figura 8. Selecci ón de material módulo 1.

3. Al encontrarse definido el mater ial se debe escoger el tipo de rectificado

que se va a realizar, en este caso de desbaste. Para esto se selecciona la opc ión desbaste.

Figura 9. Tipo de mecanizado.

4. Se procede a escoger los parámetros de entrada, una vez se ha realizado esta acc ión se debe seleccionar la opc ión enviar para que el simulador genere los resultados para las variables de salida.

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30

Figura 10. Selección de parámetros módulo 1.

5. Los resultados obtenidos basados en los parámetros antes

selecc ionados se muestran de forma tabular como se ve en la figura 11. Para proseguir al segundo módulo del simulador se selecciona la opc ión continuar al rectificador virtual.

Figura 11. Variables de salida del módulo 1.

6. Al acceder al módulo 2, como pr imera tarea se selecciona la

rectificadora que será usada para llevar a cabo el proceso. Tras realizar

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esta selección se debe escoger la opc ión continuar a la selección de materiales .

Figura 12. Sel ecci ón de rectifi cadora.

7. Nuevamente se usará como ejemplo el acero de bajo carbono con lo

cual se define el mater ial que será sometido al proceso de rectificado. Esto se lleva a cabo seleccionando el nombre del material.

Figura 13. Sel ecci ón de materi ales módulo 2.

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8. Al definir el mater ial se debe definir seguidamente la muela que será usada. Posteriormente se debe selecc ionar la opc ión continuar a la selección del refrigerante para poder continuar con la planeación del proceso.

Figura 14. Selecci ón de muela.

9. En es te punto se debe definir el refrigerante a ser usado durante el

proceso. Para continuar con el proceso se debe selecc ionar la opc ión continuar a la selección de parámetros.

Figura 15. Sel ecci ón de refriger ante.

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10. Al llegar a es te punto se deben seleccionar los parámetros de corte que serán usados para el proceso de desbaste. Se debe seleccionar la opc ión enviar para que el simulador genere la magnitud de las var iables de salida.

Figura 16. Selecci ón de parámetros para el desbaste en el módulo 2.


selecc ionados se muestran de forma tabular como se ve en la figura 17. Para proseguir a la planeación del proceso de acabado se debe selecc ionar la opción llamada, en es te caso, Opcion B 1020.htm.

Figura 17. Variables de salida del proceso de desbaste en el módulo 2.

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12. En este punto se deben seguir las instrucc iones consignadas en la página que aparece al seleccionar Opcion B 1020.htm. En este ejemplo los parámetros selecc ionados son permitidos según la capacidad de la maquina por lo que se puede acceder a la planeac ión del proceso de acabado. Esto se logra seleccionando la opc ión continuar con el proceso de acabado.

Figura 18. Análisis del proceso de desbaste.

13. Al encontrarse definidos los parámetros de corte para el proceso de

desbaste se debe realizar la misma tarea para el proceso de acabado. Tras realizar esta tarea se debe seleccionar la opc ión enviar para que el simulador genere la magnitud de las variables de salida para las parámetros de cor te seleccionados.


selecc ionados se muestran de forma tabular como se ve en la figura 20. Para proseguir al módulo 3 se debe seleccionar la opc ión llamada, en este caso, Opcion C 1020.htm .

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Figura 19. Sel ecci ón de parámetros de acabado en el módulo 2.

Figura 20. Variables de salida del proceso de acabado en el módulo 2.

15. En este punto se deben seguir las instrucc iones consignadas en la

página que aparece al selecc ionar Opcion C 1020.htm. En este ejemplo los parámetros selecc ionados son permitidos según la capacidad de la maquina por lo que se puede acceder al módulo de simulaciones y orden de trabajo. Esto se logra seleccionando la opción continuar a la simulación.

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Figura 21. Análisis del proceso de acabado.

16. Al acceder tercer módulo del simulador se debe escoger el material que

se desea simular, esto se hace seleccionando el nombre del mismo del lis tado mater iales disponibles. En este caso se usará el acero de bajo carbono como ejemplo.

17. Tras seleccionar el mater ial a ser simulado se presentan los

parámetros de corte que es pos ible llevar a cabo. Para proseguir se debe selecc ionar alguno de estos, en este caso se selecc ionara el número 1.

18. Una vez seleccionados los parámetros se accede a la s imulación. Para

continuar a la generac ión de la orden de trabajo se debe seleccionar la opc ión realizar orden de trabajo.

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Figura 22. Sel ecci ón de materi ales módulo 3.

Figura 23. Selección de parámetros módulo 3.

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Figura 24. Ani maci ón del proceso.

19. Para generar la orden de trabajo se introducen los datos solic itados en

el formulario que aparece y se selecciona la opción enviar.

Figura 25. Orden de trabajo.

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20. Una vez que se ha env iado el formulario se recibe la confirmac ión de la generación de la orden de trabajo.

Figura 26. Confirmaci ón.

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3. DATOS EXPERIMENTALES

Para corroborar la validez de los resultados entregados por el s imulador de corte se llevaron a cabo 5 pruebas, 3 en probetas de acero 1020 y 2 en probetas de cobre con diámetro inicial de 25,4 mm . Los parámetros de corte seguidos para cada probeta se muestran a continuac ión así como un ejemplo de la orden de trabajo generada para una de ellas.

• Probeta 1 (Acero 1020). Muela 350x25.4x200A60J6V Veloc idad perifér ica de la pieza para el desbaste [m/s ]

0,48

Avance ax ial para el desbaste [mm/vuelta]

10

Profundidad de pasada para el desbaste [mm]

0,02

Veloc idad perifér ica de la pieza para el acabado [m/s]

0,17

Avance ax ial para el acabado [mm/vuelta]

6,25

Profundidad de pasada para el acabado [mm]

0,02

Tabla 8. Par ámetros de corte probeta 1.

Figura 27. Orden de trabajo probeta 1.

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0,48


10


0,02


No se llevo a cabo el rectificado de acabado





Tabla 9. Par ámetros de corte probeta 2.


0,22


10


0,03


0,17


6,25


0,02

Tabla 10. Parámetros de corte probeta 3.

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• Probeta 4 (Cobre). Muela 350x25.4x200A60J6V Veloc idad perifér ica de la pieza para el desbaste [m/s ]

0,48


10


0,02


0,17


6,25


0,02


• Probeta 5 (Cobre) Muela 350x25.4x200A60J6V Veloc idad perifér ica de la pieza para el desbaste [m/s ]

0,22


10


0,03








3.1. Proceso de rect ificado. A continuación se descr ibirá de forma breve como se lleva a cabo el proceso de rec tificado. Una vez se recibe la orden de trabajo se ver ifica que los parámetros selecc ionados sean una combinación que no presente problemas asociados a las limitac iones de la maquina. Tras la verificac ión se procede al montaje de la pieza, el cual se hace mediante dos contrapuntos , uno en cada ex tremo de la misma, cuya función es la de mantener centrada la pieza durante el proceso. Para transmitir el movimiento rotacional del hus illo a la pieza se hace uso de un perro de arras tre.

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Superada la etapa de montaje se procede a configurar la maquina según los parámetros seleccionados. Es to consta de fijar la velocidad per ifér ica de la pieza y el avance axial. Antes del inic io del rectificado se realiza una pasada a una profundidad mínima, tocando muy levemente la pieza, con el fin de detectar alguna irregularidad en el diámetro de la misma. De presentarse dicha alteración es necesar io corregirla, mediante rectificados de la zona a profundidades mínimas, con el fin de igualar la geometría inicial fac ilitando as í el cumplimiento de las ex igenc ias dimensionales. Con la pieza en condic iones adecuadas se procede al rectificado de desbaste siguiendo los parámetros de cor te. Una vez se ha finalizado el rectificado de desbaste, se procede a configurar la maquina con los parámetros de corte para el proceso de acabado. Una vez realizado el proceso de acabado se verifica la geometr ía de la pieza y se da por terminado el proceso. 3.2. Reporte de datos e xperimentales y verificación contra los datos teóricos. Tras el proceso de rectificado se procedió a la medición de 3 magnitudes en las piezas rectificadas, los datos se reportan en el apéndice 2.

• Geometr ía de las piezas: Diámetro final y longitud de mecanizado. • Rugosidad. • Cantidad de material remov ido durante el proceso de rectificado.

La medic ión del diámetro final se realizó con un micrómetro, que permite reportar los datos con centés imas de precis ión. En cuanto a la longitud de mecanizado se realizó con cinta métrica por lo cual los datos se reportan con déc imas de prec isión. La medic ión de la rugos idad se realizó con el rugosímetro Hommel Tester 500, que se encuentra en La Universidad Nac ional sede Bogota, cuyo radio de punta es de 5 mµ . Las mediciones se tomaron en tres puntos de la probeta, los dos ex tremos y el centro de la misma. En cada uno de es tos puntos se tomaron 3 mediciones en diferentes pos iciones diametrales. Para la medic ión de la cantidad de mater ial removido se uso una balanza de prec is ión Ohaus que permite reportar los datos con décimas de prec is ión. Por otra par te se midió el tiempo de duración del proceso de rectificado, con ayuda de un cronómetro, los datos se repor tan con décimas de precisión. Para la medición de este parámetro se tomó el tiempo para cada pasada en un cic lo de cuatro pasadas.

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El espesor de v iruta se midió mediante técnicas de microscopia óptica usando un aumento de 400X (Ver apéndice 1) para la v iruta obtenida de los ensayos realizados sobre las probetas 2 y 4, tras el proceso de desbaste. Previamente debió realizarse un proceso de secado de la v iruta recogida durante el proceso de rectificado debido a la aglomeración de la misma por la acción del lubr icante. Este secado para el acero se realizó sometiendo la viruta a una temperatura de 200°C durante un per iodo de 15 minutos tras el cual se procedió a separar las par tículas mediante la acc ión de fuerza mecánica. Para el cobre se realizó un proceso similar sin embargo la temperatura se establec ió en 100ºC durante un per iodo de 45 minutos. Con los datos experimentales se procedió a corroborar la validez de los resultados obtenidos a través del simulador de rectificado. Para esto se realizaron dos tareas, cuyos resultados se encuentran en el apéndice 2. Se obtuvo el intervalo esperado para cada una de los valores exper imentales mediante una prueba t con una confiabilidad del 95%. Por otra par te se comparo el valor medio de los datos experimentales con el resultado generado por el s imulador . Los resultados obtenidos en cuanto a la validez del s imulador se muestran a continuación.

1. Espesor de viruta: Se observo que el resultado suministrado por el simulador se encuentra dentro del intervalo establec ido exper imentalmente, de 8,0 a 9,9 mµ para la probeta 2 y de 9,6 a 10,2

mµ para la probeta 4. Por otra par te se ver ificó un error máx imo con respecto a la media experimental de 8,7%. Con base esto se puede afirmar que este parámetro presenta errores tolerables que pueden ser atr ibuidos pr inc ipalmente a que la fórmula usada para realizar la predicción se deduce a partir de considerac iones geométricas en las cuales no se tiene en cuenta la naturaleza probabilística de la granulometr ía de las partículas abrasivas que componen la muela. Otro factor al cual pueden atr ibuirse las diferenc ias es el desgaste de los granos abrasivos ya que este reduce la capacidad de corte de la muela lo cual inc ide en el espesor de viruta.

2. Tasa de remoc ión de mater ial: De los resultados obtenidos se observa

que el s imulador predice de forma bastante exacta el comportamiento observado exper imentalmente, error máximo con respecto a la media de 3,1%. Las pequeñas variaciones se pueden explicar por las diferenc ias que se presentan en el tiempo de mecanizado predicho por el s imulador y el tiempo medido exper imentalmente el cual es un poco mayor como se podrá observar mas adelante. Los intervalos establecidos mediante

la prueba t fueron de 7,8 a 8,1 smm3 para la probeta 2 y de 12,2 a 12,5

smm3

para la probeta 5.

3. Fuerza tangenc ial de corte: Al ser la fuerza una variable dependiente del espesor de viruta es de esperar que los errores de es te sean

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propagados a el cálculo de la fuerza, sin embargo se puede afirmar que el simulador predice de forma exacta la magnitud de esta var iable, se observa un error máximo con respecto a la media de 8,1%. Ser ía conveniente realizar una medición experimental, de forma direc ta, de la fuerza necesaria para realizar el proceso. Los intervalos exper imentales encontrados fueron de 1,60 a 1,97 daN para la probeta 2 y de 0,90 a 0,95 daN para la probeta 4

Sin embargo debido a las dificultades que el sistema de medición representa, la aproximación hecha mediante el método usado en este proyecto es aceptable.

4. Potenc ia de corte: Aunque se realizó una medición de esta var iable

usando el indicador de corr iente con el que cuenta la maquina no fue pos ible realizar anális is alguno de los datos debido a que se comprobó que el indicador no presenta variación alguna, al menos apreciable, entre las condic iones de corte y la condición de operac ión en la que no existe pieza a mecanizar.

Sin embargo al igual que para el caso de la fuerza de corte se realizó una aproximación de esta variable usando como dato de entrada el espesor de v iruta medido experimentalmente, de esta prueba se observa que el simulador entrega resultados que pueden ser considerados como una primera aproximación al valor real de la potencia necesaria para realizar el proceso de rectificado, error máximo con respecto a la media de 7,2%. Los intervalos encontrados mediante la prueba t fueron de 1,02 a 1,26 kW para la probeta 2 y de 0,57 a 0,61 kW para la probeta 4.

Para una mejor aprox imación ser ía conveniente la medición de la potenc ia directamente mediante el uso de una pinza ampir imétrica s in embargo esta tarea no pudo ser llevada a cabo debido a las restricciones impuestas sobre la rectificadora usada para el desarrollo de estas pruebas.

5. Rugosidad: De los datos se identifican dos limitac iones que presenta la

fórmula usada para el cálculo de la rugosidad esperada.

La primera se relac iona con el desgaste de la muela, el cual no se tiene en cuenta en la fórmula pero como se observa en los resultados tiene inc idencia en la rugosidad obtenida. Por esta razón el error en la rugosidad crece a medida que crece el desgaste de la muela. Es to es evidente entre las probetas 1 a 3 donde no se realizó reafilado de la piedra y como consecuencia se presenta un aumento en el error detectado.

El segundo aspecto se relaciona con la selección adecuada de la piedra, el cual parece tener una inc idenc ia mayor sobre los resultados obtenidos en comparac ión con el nivel de desgaste de la muela. Por esta razón el

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error observado para las probetas 4 y 5 es cons iderable, ya que la piedra usada durante la prueba no es la adecuada para el rectificado de cobre.

Sin embargo los valores predichos, en comparación con la tabla 7, se encuentran en el rango de rugos idades frecuentes para los procesos de rectificado. Los intervalos experimentales encontrados mediante la prueba t se observan en la tabla 30 ubicada en el apéndice 2.

6. Temperatura: Aunque no puede reportarse un resultado 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 cálculo de es ta variable se reporta en el documento desarrollado por X.S. Li y J.N. Boland [4] en el cual se hacen análisis estadísticos de la validez de la misma. Por esta razón para el desarrollo de este proyecto dicha fórmula es usada como aprox imación de la temperatura en la zona de cor te teniendo en cuenta que esta magnitud representa un promedio de la temperatura ya que en realidad en la zona de contacto se presenta un campo de temperaturas y no una temperatura uniforme.

7. Volumen de desgaste: El volumen de desgaste no fue medido debido a

la dificultad en la implementac ión de un s istema que permitiera su medic ión, s in embargo la confiabilidad de los resultados obtenidos mediante el uso del simulador se basa en el análisis estadístico realizado en el trabajo de Sanjay Agarw al y P. Venkatesw ara Rao [3].

8. Número de pasadas: Grac ias a la prueba realizada se comprobó que el

simulador predice de manera confiable la cantidad de pasadas que debe realizar la maquina para obtener la geometr ía deseada.

9. Tiempo de rectificado: De los resultados observados se puede afirmar

que los valores predichos por el simulador son exactos en comparac ión con las mediciones experimentales. En este caso las diferencias se atr ibuyen a el tiempo que toma la maquina en cambiar de sentido de avance, tiempo que el simulador no contabiliza. Los resultados exper imentales pueden ovservarse en la tabla 31 ubicada en el apéndice 2.

10. Porcentaje de área superficial afec tada: A l igual que para el caso del

volumen de desgaste la confiabilidad de los resultados para es ta variable se basa en el análisis estadístico realizado en el trabajo de Sanjay Agarw al y P. Venkatesw ara Rao [3].

3.3. Evaluación pedagógica del sim ulador. Con el fin de evaluar el simulador como herramienta se realizó una encuesta a un grupo de estudiantes de La Universidad de Los Andes y a técnicos que trabajan en el sector del mecanizado. La encuesta buscaba que se evaluarán principalmente cuatro aspectos:

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• Accesibilidad de la herramienta: Se refiere a los requis itos necesar ios

para interactuar con el simulador. • Navegabilidad: Se refiere a la facilidad con que el usuar io interactúa con

los diferentes módulos del simulador.

• Presentac ión del simulador: Tiene relación con el aspecto es tético del simulador.

• Evaluación como herramienta educativa: Se refiere al aspecto

pedagógico del simulador. Cada uno de estos aspectos se calificó con base a un puntaje de 1-5, siendo 1 y 2 deficientes, 3 aceptable y 4 y 5 excelentes. Los resultados obtenidos se muestran a continuación.

• La acces ibilidad de la herramienta recibió una calificación promedio de 4, es dec ir que se calificó como una herramienta que posee una acces ibilidad buena.

• En cuanto a la navegabilidad se rec ibió una calificación promedio de 4,

se detectó gracias a este ejercicio que todos los usuarios opinaron que aunque el módulo 3 permite visualizar el proceso no se encuentra vinculado con los resultados del módulo 2.

• La presentación del s imulador recibió una calificación promedio de 2,

según los usuar ios la interfaz no es atractiva 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 herramienta permite adquir ir los conocimientos básicos del rectificado de forma efectiva ya que presenta la misma de forma resumida. Por otra par te la interactividad que permite la herramienta hace del tema interesante para aquellos que no presentan interés por el área del mecanizado.

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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Tras haber desarrollado el proyecto en todas sus etapas se puede concluir:

1. La teoría sobre la cual se basó es te proyecto es confiable por lo cual puede ser aceptada como valida. Por esta razón es conveniente el estudio detallado de la misma ya que permite el entendimiento no solo de los aspectos relevantes para el proceso de rectificado s ino también como pueden ser usados estos para la planeación de procesos de rectificado eficientes.

2. La herramienta desarrollada permite que el usuar io, en espec ial el que

carece de conoc imiento alguno sobre el rectificado, adquiera una idea de la teor ía involucrada en el proceso de rectificado.

3. Es conveniente realizar pruebas exper imentales para todos los

materiales y sobre todas las var iables , de forma directa, con el fin de establecer con mayor confiabilidad los resultados del proyecto.

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BIBLIOGRAFIA

1. Micheletti, Gian F., Mecanizado por arranque de viruta, Tur ín, Editor ial Blume, 1980.

2. Shaw , Milton C., Metal cutting pr inc iples, New York, Oxford Univers irty

press, 2005.

3. Anne Venu Gopal, P., Venkatesw ara Rao., Selection of optimum conditions for maximu m material removal rate w ith surface finish and damage as constraints in SiC gr inding, Tools and Manufacture, Volume 43, Issue 13, October 2003, Pages 1327-1336.

4. X.S. Li, J.N. Boland., The w ear character istics of superhard composite

materials in abrasive cutting operations, Wear, Volume 259, Issues 7-12, July-August 2005, Pages 1128-1136.

5. Y. B. Guo, J. Sahni., A comparative study of hard turned and cy lindrically

ground w hite layers, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 44, Issues 2-3, February 2004, Pages 135-145.

6. Ramírez Rangel Carlos A ., Desarrollo de s imulador de procesos de

mecanizado en metales, Proyecto de grado Univers idad de los Andes, 2001.

7. Arteaga Nestor., Creation of a teaching and learning aid for CNC turning

in or thogonal machining, 2003. http://farojas.uniandes.edu.co/latemm/documentos/publicaciones/presentaciones/Arteaga_2002.01/Defesa.htm.

8. Ordóñez Germán., Simulac ión w eb de fresado y taladrado a partir de un modelo de mecanizado, 2002. http://farojas.uniandes.edu.co/latemm/documentos/publicaciones/presentaciones/Ordonez_2002.02/Defesa.htm.

9. Acero Camargo, Camilo., Implementación de un s imulador de procesos

de cor te, para corte or togonal, Proyecto de grado Univers idad de Los Andes, 2004.

10. Boothroyd, Geoffrey., Fundamentals of Machining and Machine Tools.,

Marcer Dekker, inc, 1989.

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APÉNDICE 1

A continuación se muestran las fotograf ías del espesor de viruta para los dos materiales sometidos a pruebas exper imentales . Todas las f otograf ías fueron tomadas bajo un aumento de 400X .

Foto 1. Espesor de viruta acero 1020 (400X).


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Foto 4. Espesor de viruta cobre (400X).

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APENDICE 2

Las tablas a continuac ión contienen información sobre los resultados exper imentales y su poster ior análisis estadístico.

Probeta 1 Diámetro inic ial ( mm) Diámetro f inal (mm)

Longit ud de mecanizado (cm)

Medición 1 25,38 24,41 19,9 Medición 2 25,39 24,42 19,9 Medición 3 25,4 24,4 19,9 Medición 4 25,38 24,4 20 Medición 5 25,38 24,4 19,9 Medición 6 25,38 24,41 20 Medición 7 25,39 24,42 19,9 Medición 8 25,4 24,41 20 Medición 9 25,4 24,4 20 Medición 10 25,4 24,42 20 Promedio 25,39 24,41 20,0 Desv iación est ándar 0,01 0,01 0,1

Tabla 13. Geometría de la probeta 1.



Medición 1 25,4 24,45 20 Medición 2 25,39 24,44 20 Medición 3 25,4 24,45 20 Medición 4 25,39 24,45 20 Medición 5 25,4 24,44 20 Medición 6 25,4 24,45 20 Medición 7 25,38 24,44 20 Medición 8 25,4 24,44 20 Medición 9 25,39 24,45 20 Medición 10 25,39 24,45 20 Promedio 25,39 24,45 20,0 Desv iación est ándar 0,01 0,01 0,0




Medición 1 25,4 24,41 20 Medición 2 25,4 24,41 19,9 Medición 3 25,4 24,4 19,9 Medición 4 25,39 24,4 20 Medición 5 25,4 24,41 20 Medición 6 25,41 24,41 20 Medición 7 25,39 24,41 20 Medición 8 25,41 24,4 20 Medición 9 25,4 24,4 20 Medición 10 25,4 24,41 20 Promedio 25,40 24,41 20,0 Desv iación est ándar 0,01 0,01 0,0


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Medición 1 25,39 24,4 19,9 Medición 2 25,39 24,39 19,9 Medición 3 25,39 24,39 20 Medición 4 25,39 24,4 20 Medición 5 25,4 24,4 20 Medición 6 25,4 24,39 20 Medición 7 25,39 24,39 20 Medición 8 25,4 24,39 20 Medición 9 25,4 24,4 20 Medición 10 25,4 24,39 20 Promedio 25,40 24,39 20,0 Desv iación est ándar 0,01 0,01 0,0




Medición 1 25,4 24,44 20 Medición 2 25,4 24,43 20 Medición 3 25,4 24,43 20 Medición 4 25,4 24,44 19,9 Medición 5 25,39 24,43 20 Medición 6 25,39 24,43 19,9 Medición 7 25,39 24,44 20 Medición 8 25,4 24,43 20 Medición 9 25,39 24,43 20 Medición 10 25,4 24,44 20 Promedio 25,40 24,43 20,0 Desv iación est ándar 0,01 0,01 0,0


Probeta 1 Ra (um) Medición 1 (Extremo derecho) 0,34 Medición 2 (Extremo derecho) 0,33 Medición 3 (Extremo derecho) 0,31 Medición 1 (Extremo izquierdo) 0,33 Medición 2 (Extremo izquierdo) 0,33 Medición 3 (Extremo izquierdo) 0,34 Medición 1 (Centro) 0,34 Medición 2 (Centro) 0,33 Medición 3 (Centro) 0,33 Promedio 0,33 Desv iación est ándar 0,01

Tabla 18. Rugosidad de la probeta 1.

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Masa inicial (g) Masa final (g) Material remov ido (g) Probeta 1 1140, 5 1079, 3 61,2 Probeta 2 1133, 2 1072, 4 60,8 Probeta 3 1140, 8 1078, 5 62,3 Probeta 4 1313, 0 1239, 8 73,2 Probeta 5 1313, 2 1241, 8 71,4

Tabla 23. Material removido.

Tiempo de desbast e

probeta 1 (s )

Tiempo de desbast e

probeta 2 (s )

Tiempo de desbast e

probeta 3 (s )

Tiempo de desbast e

probeta 4 (s )

Tiempo de desbast e

probeta 5 (s ) Pasada 1 20,3 20,1 20,5 20,6 20,3 Pasada 2 20,5 20,2 20,3 20,4 20,1 Pasada 3 20,5 20,6 20,8 20,5 20,2 Pasada 4 20,1 20,1 20,4 20,3 20,2 Media 20,3 20,3 20,5 20,5 20,2 Desviación estándar 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1

Tabla 24. Tiempo de desbaste.

Espesor de v iruta (um) Probeta 2 Probeta 4 Medición 1 7,6 9,4 Medición 2 8,8 10,3 Medición 3 10,3 9,7 Medición 4 8,2 9,3 Medición 5 9,5 10,2 Medición 6 6,8 10,3 Medición 7 10,8 9,6 Medición 8 10,5 10,1 Medición 9 8,8 10,0 Medición 10 8,4 10,4 Promedio 8,9 9,9 Desviación est ándar 1,3 0,4

Tabla 25. Espesor de viruta.

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Espesor de v iruta (um)

Probeta 2 Probeta 4

Estadístico t (95% conf iabi lidad) 2,262 2,262 Límite superior del intervalo de los dat os experimentales 9,9 10,2 Límite inferior del intervalo de los dat os experimentales 8,0 9,6 Valor medio de los datos experimentales 8,9 9,9 Resultado reportado por el simulador

9,8

9,8

Error respecto a la media experimental 8,7 1,3

Tabla 26. Análi sis estadísti co del espesor de viruta.

Tasa de remoción de

material )(3

smm

Probeta 2 Probeta 5

Estadístico t (95% conf iabi lidad) 3,182 3,182 Límite superior del intervalo de los dat os experimentales 8,1 12,5 Límite inferior del intervalo de los dat os experimentales 7,8 12,2 Valor medio de los datos experimentales 7,9 12,4 Resultado reportado por el simulador

8,0

12,0

Error respecto a la media experimental 1,1 3,1 Tabla 27. Análi sis estadístico de l a tasa de remoción de material.

Fuerza tangencial

(daN) Probeta 2 Probeta 4

Estadístico t (95% conf iabi lidad) 2,262 2,262 Límite superior del intervalo de los dat os experimentales 1,97 0,95 Límite inferior del intervalo de los dat os experimentales 1,60 0,90 Valor medio de los datos experimentales

1,78 0,92

Resultado reportado por el simulador

1,94 0,90


Tabla 28. Análi sis estadísti co de l a fuerza tangencial de corte.

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Pot encia de cort e (kW)

Probeta 2 Probeta 4

Estadístico t (95% conf iabi lidad) 2,262 2,262 Límite superior del intervalo de los dat os experimentales 1,26 0,61 Límite inferior del intervalo de los dat os experimentales 1,02 0,57 Valor medio de los datos experimentales

1,14 0,59

Resultado reportado por el simulador

1,23 0,57


Tabla 29. Análi sis estadísti co de l a potencia de cor te.

Rugosidad (um)

Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3 Probeta 4 Probeta 5

Estadístico t (95% conf iabi lidad) 2,306 2,306 2,306 2,306 2,306 Límite superior del intervalo de los datos experimentales 0,34 0,59 0,50 0,59 0,87 Límite inf erior del intervalo de los datos experimentales 0,32

0,54

0,48 0,54

0,78 Valor medio de los datos experimentales 0,33

0,56

0,49

0,57

0,83 Resultado report ado por el simulador 0,38

0,49

0,38

0,38

0,53 Error respecto a la media experimental 12,9

14,7

28,7

48,8

56,2 Tabla 30. Análi sis estadísti co de l a rugosidad.

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Tiempo de desbast e (s)

Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3 Probeta 4 Probeta 5

Estadístico t (95% conf iabi lidad) 3,182 3,182 3,182 3,182 3,182 Límite superior del intervalo de los datos experimentales 20,6 20,7 20,8 20,7 20,3 Límite inf erior del intervalo de los datos experimentales 20,1

19,9

20,2 19,1

20,1 Valor medio de los datos experimentales

20,3

20,3

20,5

20,5

20,2 Resultado report ado por el simulador 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 Error respecto a la media experimental 1,7

1,4

2,5

2,3

1,0 Tabla 31. Análisis estadísti co del ti empo de rectifi cado.

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