¿Alguna vez se ha preguntado cómo las pequeñas ranuras de las herramientas de corte pueden revolucionar el mecanizado? Este artículo explora la fascinante evolución de las ranuras rompevirutas, desde simples formas de media luna hasta intrincados diseños en 3D. Descubrirá cómo estos avances aumentan la vida útil de las herramientas, reducen las vibraciones y mejoran la calidad del mecanizado. Acompáñenos mientras descubrimos los secretos de estos componentes esenciales en la fabricación moderna.
Con el desarrollo de la tecnología de herramientas de corte indexables y la tecnología pulvimetalúrgica, las ranuras rompevirutas se han vuelto cada vez más complejas y diversas en sus formas y funciones. Además de las tradicionales ranuras de bordes rectos, diagonales y curvos, han surgido diversas formas de protuberancias, depresiones y ranuras curvas.
La historia del desarrollo de la ranura rompevirutas puede resumirse en cuatro etapas: la etapa de la ranura rompevirutas en forma de media luna, la etapa del rompevirutas tipo obstáculo, la etapa de investigación de la dirección de rotura de la viruta y la etapa de la ranura rompevirutas en 3D, como se muestra en la figura siguiente.
En la década de 1950, la aparición de una depresión en forma de media luna en la cara de la herramienta durante el corte facilitó la rotura de la viruta. Inspirados por esto, la gente preafilaba una ranura similar a una depresión en forma de media luna en la cara de la herramienta para facilitar la rotura de virutas, o añadía un dispositivo rompevirutas adicional en la cara de la herramienta, que generalmente se denominan ranuras rompevirutas tradicionales y rompevirutas de tipo obstáculo, respectivamente.
En aquella época, la teoría de la rotura de virutas aún no estaba completamente desarrollada, y la gente solía utilizar el "método de ensayo y error" para diseñar las formas de las ranuras, lo que resultaba muy ineficaz.
En la década de 1960, el diseño de la forma de las ranuras se centró en el análisis, la comparación y la optimización de las ranuras rompevirutas tradicionales y los rompevirutas de tipo obstáculo. Se estudió ampliamente la influencia de las formas de las ranuras del rompevirutas en la forma y el tamaño de las virutas, lo que permitió que la rotura de virutas se produjera en una gama más amplia de condiciones de corte.
En la década de 1970, con la madurez de la tecnología de moldeo, el mecanizado de ranuras cambió su método tradicional de muela abrasiva, y el diseño de la forma de las ranuras se hizo más complejo y versátil. En esta época, el diseño de ranuras tenía en cuenta principalmente la reducción de la pérdida de energía del flujo de virutas y del proceso de mecanizado, y surgieron estructuras de ranura típicas como las ranuras inclinadas y los diseños de ángulo de faceta.
A finales de la década de 1980, el rápido desarrollo de las ranuras rompevirutas complejas en 3D aumentó considerablemente la vida útil y la fiabilidad de la herramienta en comparación con las ranuras rompevirutas tradicionales en 2D, redujo las vibraciones de la máquina y la pieza de trabajo, disminuyó las temperaturas de mecanizado y mejoró la calidad del mecanizado de la pieza de trabajo.
La ranura rompevirutas 3D tiene una rica variedad de formas, que incluyen principalmente ranuras de dos etapas y bordes ondulados. Gracias al desarrollo de las ranuras rompevirutas 3D, la aplicación del mecanizado de contorneado CNC también se ha mejorado continuamente. Por ejemplo, al tornear una pieza esférica, una herramienta de ranura rompevirutas 3D puede garantizar una gran precisión de mecanizado durante todo el proceso.
Las ranuras tradicionales de los rompevirutas pueden clasificarse en tres tipos: en línea recta, en forma de arco y en forma de arco en línea recta, como se muestra en el diagrama esquemático de las estructuras de las ranuras que figura a continuación.
El efecto de rotura de la viruta puede medirse en cierta medida por el radio de curvatura de la viruta. Además, cuanto menor sea la curvatura de la forma de la ranura del rompevirutas, menor será el radio de curvatura de la viruta, mayor será la deformación de la viruta y más probable será que se rompa.
La ranura rompevirutas en forma de arco recto se compone de una sección recta y una sección en arco. La sección recta se utiliza para guiar la viruta hacia fuera, y la sección en arco del extremo hace que la viruta se enrosque, lo que provoca su deformación y rotura.
Cuanto menor sea el diámetro de la sección del arco, más fácil será que la viruta se rompa.
La ranura rompevirutas de línea recta está formada por la intersección de dos líneas rectas, y su ángulo de fondo de ranura es el ángulo suplementario del ángulo de la cuña rompevirutas.
En el modelo mostrado en la figura (b), el ángulo del fondo de la ranura sustituye el papel del radio del arco del fondo de la ranura R en los modelos mostrados en las figuras (a) y (c). Es decir, la viruta chocará con la superficie posterior de la ranura antes de la intersección de las dos líneas rectas y, a continuación, se curvará y deformará directamente. Cuanto menor sea el ángulo del fondo de la ranura, menor será la curvatura y el radio de curvatura de la viruta, y más probable será que se rompa.
En comparación con los dos tipos anteriores, la ranura rompevirutas en forma de arco tiene un ángulo frontal relativamente grande. El aumento del ángulo frontal significa que el radio de curvatura de la viruta disminuye, y la deformación de la viruta aumenta, por lo que es más probable que se rompa. Por lo tanto, se suele utilizar para cortar materiales muy dúctiles, como el cobre púrpura.
Además, debido a su estructura de arco completo, la profundidad de la ranura es relativamente pequeña y el flujo de viruta es más suave, lo que la hace más práctica en aplicaciones de ingeniería.
La estructura básica de la ranura rompevirutas se muestra en la siguiente figura.
Este artículo toma como ejemplo la ranura rompevirutas en forma de arco recto para ilustrar la influencia de los parámetros geométricos de la ranura rompevirutas en el rendimiento de la viruta.
En la figura, br es la anchura del chaflán negativo, Wn es la anchura de la ranura normal (denominada anchura de la ranura) de la ranura del rompevirutas del filo de corte principal, γ0 es el ángulo frontal de la ranura del rompevirutas, γ1 es el ángulo frontal del chaflán negativo, h es la altura de la cuchilla y H es la profundidad de la ranura del rompevirutas (denominada profundidad de la ranura).
Los cambios en estos parámetros afectarán directamente al tipo de ranura y al rendimiento del rompevirutas. Basándose en la literatura, se pueden extraer las siguientes conclusiones:
1. Ajustar un chaflán negativo puede aumentar la fuerza del filo de corte. Cuanto más ancho sea el chaflán negativo, más romo será el filo de corte y mayor será la fuerza de corte. Si la anchura del chaflán negativo es demasiado pequeña, se reducirá la resistencia del filo de corte, lo que afectará a la vida útil de la herramienta. Por lo tanto, existe un valor óptimo para la anchura del chaflán negativo.
2. Cuanto mayor es el ángulo frontal de la ranura del rompevirutas, menor es el radio de curvatura de la viruta, mayor es la deformación de la viruta y más fácil es que ésta se rompa.
3. La anchura y la profundidad de la ranura son los principales factores que afectan a la rotura de virutas. Al diseñar la geometría de la ranura del rompevirutas, la influencia de la anchura y la profundidad de la ranura en la rotura de virutas está interrelacionada. Al seleccionar los parámetros geométricos del tipo de ranura, se suele considerar como parámetro la relación entre la anchura y la profundidad de la ranura.
Generalmente, si el ancho de la ranura es demasiado grande, la viruta no se fácil de romperMientras que si la anchura de la ranura es demasiado pequeña, es fácil que se produzca un bloqueo de la viruta. Por lo tanto, se puede utilizar una anchura de ranura mayor para el mecanizado de desbaste, mientras que se puede utilizar una anchura de ranura menor para el acabado. Una vez determinada la anchura de la ranura, debe seleccionarse un valor menor para la profundidad de la ranura.
4. La influencia de la altura de la cuchilla en el rendimiento de la viruta también se ve afectada por la profundidad de la ranura. Con la misma profundidad de ranura, la reducción de la altura de la cuchilla aumentará el ángulo frontal, reducirá la deformación de la viruta, reducirá la fuerza de corte y hará que la viruta tenga menos probabilidades de romperse. Sin embargo, el aumento de la altura de la cuchilla aumentará la obstrucción de la ranura de nuevo a la viruta, haciendo que la viruta más probabilidades de romper, y la reducción de la fuerza del borde de la cuchilla.
5. El ángulo de desahogo es el ángulo entre la tangente de la cara posterior de la ranura y la cara frontal de la herramienta. Cuanto mayor sea el ángulo de alivio, más fácil será que la viruta se rompa.
Además de que el ángulo frontal de la ranura del rompevirutas tiene un impacto significativo en el rendimiento de la viruta, otros parámetros angulares también tienen cierta influencia, entre los cuales el ángulo de holgura primario y el ángulo de rastrillo tienen la mayor influencia.
El ángulo de separación primario afecta principalmente al grosor y la anchura del corte. Cuando aumenta el ángulo de separación primario, la viruta se vuelve más estrecha y gruesa, y es más probable que se rompa.
El ángulo de desprendimiento afecta principalmente a la dirección del flujo de virutas. Cuando el ángulo de desprendimiento es mayor que cero, la viruta fluye hacia la superficie no procesada y puede utilizarse para el acabado. Cuando el ángulo de desprendimiento es menor que cero, la viruta fluye hacia la superficie procesada, afectando a la calidad de la superficie. Teniendo en cuenta el tamaño de la herramienta, el ángulo de desprendimiento suele seleccionarse entre 5° y 15°.
Este artículo selecciona los aleación dura (ángulo de retroceso 0°) de herramientas de corte de 8 empresas con una elevada cuota de mercado en el mercado actual (Mitsubishi, Kyocera, Sumitomo, Dege, Sandvik, Kennametal, Tungaloy y Walter). Basándose en sus formas geométricas, a continuación se resumen y analizan 9 tipos básicos de ranuras y sus características de diseño.
Tipo lineal
Típico herramienta de corte con una estructura recta y de fondo plano.
El ángulo de desprendimiento negativo y la sección recta en el centro garantizan la resistencia del filo de corte, permitiendo un mayor ángulo frontal.
Típica herramienta de corte con punta recta y fondo plano.
El ángulo frontal suele ser menor para garantizar la resistencia del filo de corte. La altura del filo de corte es suficiente para romper fácilmente las virutas.
Típica herramienta de corte con estructura de doble ranura recta.
La estructura de doble ranura se utiliza para el torneado de contornos.
Tipo de arco circular
Típica herramienta de corte con una sola estructura de arco circular.
La estructura de arco circular ordena el ángulo frontal de grande a pequeño, al tiempo que garantiza la resistencia del filo de corte.
Típica herramienta de corte con estructura de doble arco circular.
La estructura de arco circular. La superficie convexa en la parte posterior de la ranura proporciona una rotura elástica de la viruta, lo que permite una mayor velocidad de avance en comparación con la rotura rígida de la viruta.
Tipo de arco lineal
Típica herramienta de corte con estructura recta-circular-recta.
El ángulo de desprendimiento negativo aumenta la resistencia del filo de corte, mientras que un ángulo frontal mayor garantiza la nitidez pero puede no favorecer la rotura de virutas. Cuando el ángulo frontal, la anchura de la ranura y la altura del filo de corte son constantes, una mayor relación anchura-profundidad facilita la rotura de virutas.
Típica herramienta de corte con estructura recta-circular.
Ángulo de desprendimiento negativo, ángulo frontal grande. Cuando el ángulo frontal, la anchura de la ranura y la altura del filo de corte son constantes, una mayor relación anchura-profundidad facilita la rotura de la viruta.
Típica herramienta de corte con estructura circular-recta.
El extremo delantero de la ranura está diseñado para ser circular, garantizando al mismo tiempo la resistencia del filo de corte.
Típica herramienta de corte con estructura recto-circular (doble ranura).
El diseño convexo posterior de la ranura proporciona una rotura elástica de la viruta, lo que permite una mayor velocidad de avance en comparación con la rotura rígida de la viruta. La estructura de doble ranura se utiliza para el mecanizado de contornos y suele emplearse en el mecanizado de precisión.
De los 9 tipos básicos de ranuras enumerados en la tabla anterior, 4 estructuras de ranura se han modificado a partir de diseños anteriores para mejorar el rendimiento de rotura de virutas. Las 4 estructuras de ranura típicas se muestran en la siguiente figura, con un ejemplo clásico de cada tipo de ranura enumerado:
a) El tipo de ranura de la figura A es una estructura recto-circular (ranura doble). En comparación con la ranura recta-circular de superficie curva cóncava tradicional, esta estructura retranquea simétricamente la parte de arco circular de la ranura, utilizándola como anillo elástico convexo de rotura de virutas, lo que permite una mayor velocidad de avance en comparación con la rotura rígida de virutas.
Utilizando este tipo de ranura, el área de contacto entre las virutas y la ranura rompevirutas en la dirección transversal es menor. Además, en comparación con la ranura rompevirutas tradicional de superficie curva cóncava, el radio de curvatura de la viruta es menor, lo que facilita la rotura de las virutas.
Además, la superficie convexa puede aumentar la curvatura lateral de las virutas, lo que provoca una mayor deformación de las mismas y facilita su rotura.
b) El tipo de ranura de la figura B es una estructura de doble arco circular. La característica de la estructura de arco circular doble es que un pequeño anillo elástico convexo de rotura de virutas se coloca en el extremo de la parte posterior de la ranura, y el extremo frontal del tipo de ranura de estructura de arco circular organiza el ángulo frontal de grande a pequeño.
En comparación con la estructura recta, considerando que un ángulo frontal pequeño aumentará la deformación de las virutas y facilitará la rotura del corte, la estructura de arco circular en el extremo frontal del tipo ranura es más propicia para la rotura de virutas. Por lo tanto, no es necesario establecer un gran anillo elástico convexo de rotura de virutas en la parte trasera de la ranura. Colocando una pequeña superficie convexa en el extremo se pueden conseguir efectos similares.
c) El tipo de ranura de la figura C es una estructura de fondo plano recto. La estructura tradicional de fondo recto concentra la tensión en la parte inferior, lo que afecta a la resistencia del filo de corte. Cambiándola por una estructura de fondo plano se puede superar el problema de la baja resistencia del filo de corte.
Además, al tratarse de una estructura de fondo plano, se puede establecer un ángulo frontal mayor, reduciendo así las fuerzas de corte y las temperaturas de corte. Por lo tanto, esta estructura es más adecuada para cortar materiales plásticos.
d) El tipo de ranura de la figura D es una estructura de ranura recta doble. La estructura de ranura recta doble tiene dos ranuras y pertenece a una estructura de ranura doble.
Teniendo en cuenta que en el mecanizado de desbaste se requiere una gran velocidad de avance y profundidad de corte para garantizar la eficacia, mientras que en el mecanizado de precisión se requiere una anchura de ranura pequeña y una profundidad de ranura adecuada para garantizar una buena precisión de mecanizado, la estructura de doble ranura se diseña de forma que las virutas se rompan en la primera ranura profunda en el mecanizado de precisión y en la segunda ranura en el mecanizado de desbaste.
La ventaja de esta estructura es su estructura compuesta, que proporciona un mayor rango de mecanizado.
Además de los diseños mencionados, existen muchos diseños de tipo ranura con estructuras especiales. Además, se pueden añadir más diseños más adecuados para situaciones específicas basados en formas de ranura tradicionales para hacerlos más fabricables.
Por ejemplo, en el diseño de un tipo de ranura tridimensional de rotura de virutas, el filo de corte puede diseñarse como una curva o una forma de onda (como la ranura de rotura de virutas tipo 37 de Toshiba y la ranura de rotura de virutas tipo PF de Sandvik).
Alternativamente, la tradicional ranura rompevirutas de superficie curva cóncava puede cambiarse por una superficie convexa (como la ranura rompevirutas tipo GH de Sumitomo y la ranura rompevirutas tipo MM de Sandvik) para lograr el propósito de romper elásticamente la viruta y reducir la rotura de viruta durante grandes velocidades de avance. También se pueden utilizar estructuras de reducción de la fricción en el diseño.
Este artículo proporciona dos tipos típicos de ranura de rotura de viruta con diseños especiales, como se muestra en la figura siguiente.
El radio de curvatura de las virutas es una medida universal del efecto de rotura de las virutas.
El curvado de virutas puede adoptar la forma de curvado 2D o 3D, consistiendo el curvado 2D principalmente en curvado hacia arriba y curvado lateral. En la actualidad, se ha investigado mucho sobre la teoría del curvado ascendente 2D.
Por ejemplo, se examinó el radio de curvatura previsto de las ranuras para virutas de tipo recto y de tipo arco recto. La curvatura de la ranura de tipo recto se ilustra en el diagrama siguiente:
El curvado de virutas para una ranura de superficie convexa se ilustra en el siguiente diagrama de la izquierda, y el curvado de virutas para una ranura de tipo arco recto se ilustra en el diagrama de la derecha.
La fórmula para calcular el radio de curvatura de las virutas es muy compleja y no se explicará aquí en detalle.
La ranura de la viruta se basa en cambiar el radio de curvatura de la viruta para mejorar el rendimiento de la viruta cuando se utiliza el radio de curvatura de la viruta para medir el rendimiento de la viruta.
Tras compararlo con las fórmulas empíricas resumidas por investigadores anteriores, el texto original concluye que el radio de curvatura de las virutas es proporcional a la anchura de la ranura e inversamente proporcional al ángulo frontal, es decir, que anchuras de ranura menores y ángulos frontales mayores son ventajosos para la rotura de virutas.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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