Efecto de la deformación del material en la dirección del filo en simulaciones numéricas 3D de procesos de corte ortogonal

摘要

Los modelos numéricos representan una alternativa en el estudio de los procesos de mecanizado que permiten determinar variables difíciles de medir experimentalmente. En concreto, los modelos de procesos de corte basados en el Método de Elementos Finitos presentan un gran interés, pero requieren una gran capacidad de cálculo. Por ello, generalmente se desarrollan modelos de 2 dimensiones que consideran condiciones de deformación plana (el material únicamente puede deformarse en planos perpendiculares al filo de corte). Esta simplificación tiene una influencia generalmente pequeña en los resultados obtenidos en simulaciones de procesos de corte ortogonal. Sin embargo, en ciertas condiciones, como mecanizados con herramientas poco afiladas, o con profundidades de pasada pequeñas en relación con el avance, los errores sí pueden ser significativos. Con objeto de determinar qué error puede introducir en la determinación de las fuerzas de mecanizado las condiciones de deformación plana establecidas en los modelos 2D se desarrollaron modelos numéricos 3D correspondientes a redondeos de filo 0,02mm y 0,08mm, empleando el código DEFORM 3Dv.6.1. Las condiciones empleadas en los modelos se establecieron en base a ensayos y modelos 2D descritos en las referencias [1,2,3]: corte ortogonal en seco de acero inoxidable AISI 3J6L, velocidad de corte 120 m/min y avance 0,1 mm/rev. Para ambas geometrías de arista de corte se realizaron 2 simulaciones 3D: Una con condiciones de contorno convencionales y otra imponiendo que el material situado en los laterales de la pieza no pudiera desplazarse lateralmente (en la dirección del filo). Estas últimas condiciones son similares a las correspondientes a los modelos 2D. El análisis realizado indica que impedir las deformaciones laterales del material (modelos 2D) no afecta a los resultados de Fe (se obtuvieron los mismos valores con los modelos con y sin limitación de desplazamientos laterales). Con respecto a la fuerza en la dirección del avance (Fa), ambos modelos dieron los mismos resultados para la herramienta con redondeo de filo 0,02mm. Sin embargo, se ha determinado que los modelos 2D con herramienta con redondeo de filo 0,08mm predicen un valor de Fa un 5% mayor que el que se obtiene al permitir los desplazamientos laterales del material. Estas diferencias explican en parte los errores que en general presentan los modelos numéricos 2D a la hora de cuantificar la influencia del redondeo de filo en la fuerza de avance.