Modelos de desgaste de herramientas: sobre la hipótesis de modelización

Tool wear models: on the modeling hypothesis

En este trabajo, se llevó a cabo una revisión exhaustiva de los modelos de desgaste de herramientas más significativos desarrollados en los últimos setenta años. Se realizó un análisis crítico de las hipótesis de modelización de estos modelos en relación con las características experimentales de las curvas de desgaste. Como resultado de este análisis, se demostró que los modelos que tienen en cuenta la tasa de desgaste como una variable en función del tiempo se ajustan mejor a las observaciones experimentales. Se observó que la mayoría de los modelos estudiados no incorporan esta hipótesis en sus formulaciones, lo que podría ser una limitación importante en su capacidad para predecir con precisión el desgaste de las herramientas en situaciones del mundo real.

INTRODUCCIÓN

Los procesos de fabricación por arranque de viruta son parte fundamental en la industria, y participan de forma directa o indirecta en la producción de todos los artículos de uso diario [1]. Estos procesos implican el uso de herramientas de corte que han sido desarrolladas bajo amplios criterios de diseño y según los materiales que van a ser cortados. El desgaste de dichas herramientas se estima que representa entre el 18 y el 30% del coste total del proceso de producción. Todo esto ha hecho de la investigación acerca del desgaste de herramientas una línea de intensa actividad investigativa alrededor del mundo [2, 3].

La Figura 1a muestra los tipos de desgaste en la herramienta de corte y las variables para su medición. Los parámetros más usuales para estimar el desgaste son el desgaste de flanco (VB) y el de cráter (KT). La evolución del desgaste de herramienta para cráter y flanco comprende tres fases definidas tal y como se muestra en la Figura 1b:

• 1-2: Primera fase o desgaste inicial,
• 2-3: Segunda fase o de estabilización y
• 3-∞: Tercera fase o desgaste severo.
  

La fase inicial se caracteriza por una violenta interacción de tipo mecánico y el aumento de temperatura en la interfaz de contacto. En esta fase se ha observado la aparición súbita de desgaste de flanco que, en el caso de mecanizado de acero al carbono con herramienta de carburo, tiene un promedio de 50 μm aproximadamente. La vida útil de la herramienta termina durante la fase de estabilización (antes del punto 3, Figura 1b) [4].

La correcta estimación de la vida útil de la herramienta permite el recambio oportuno de plaquita de corte o el reafilado. De este modo se previenen daños superficiales y la desviación dimensional en la pieza terminada [5].

El estudio de la vida de la herramienta y su estimación se remontan a inicios del siglo XX. Frederick W. Taylor observó la correlación existente entre la vida útil de la herramienta y la temperatura que alcanza la herramienta durante el proceso de corte. A su vez, notó que uno de los parámetros de corte que más afectaba la temperatura de herramienta era la velocidad de corte.