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Análisis termomecánico de la influencia del desgaste geométrico de las herramientas en procesos de corte ortogonal de aceros

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2010-12
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2010-12-14
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Esta Tesis se centra en el análisis termomecánico del efecto del desgaste geométrico de herramienta en el torneado en seco de aceros inoxidables austeníticos. Estos materiales son ampliamente utilizados en aplicaciones de elevada responsabilidad en diferentes sectores industriales. La información obtenida de este análisis puede ser aplicada en la mejora de distintos aspectos del mecanizado como la monitorización del estado de desgaste, el establecimiento de criterios de sustitución de herramienta o el control de daño debido al mecanizado con herramientas desgastadas. La metodología empleada se ha basado en técnicas experimentales y de modelización mediante elementos finitos. Se han analizado varias geometrías de herramienta relacionadas con todos los tipos de desgaste, así como geometrías mixtas flanco-redondeo y flanco-chaflán. Se han realizado ensayos de corte con herramientas con las geometrías indicadas, correspondientes a distintos tipos y niveles de desgaste, y en diferentes condiciones de corte. En estos ensayos se determinaron las componentes de las fuerzas de mecanizado y las tensiones residuales producidas por el proceso de corte. Se ha desarrollado un modelo numérico del proceso objeto de estudio, que incorpora como aportaciones novedosas, el fenómeno de acomodación de filo, así como una ley de fricción híbrido-variable en el contacto herramienta-viruta. El modelo ha sido validado experimentalmente para todos los tipos de desgaste no combinados. Adicionalmente se han realizado estudios relativos a la simulación numérica de pasadas sucesivas, y al efecto de las condiciones de deformación plana en los modelos bidimensionales. El análisis de estos estudios, considerando distintas geometrías de herramienta, constituye otra de las aportaciones de esta Tesis. A diferencia de los trabajos realizados previamente por otros autores, en esta Tesis se han obtenido resultados experimentales y numéricos válidos para todos los tipos de desgaste de herramienta y varias condiciones de proceso. Esto ha permitido extraer conclusiones relativas a la influencia de cualquier tipo de desgaste geométrico de la herramienta sobre las magnitudes termomecánicas asociadas al proceso de mecanizado.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
This Doctoral Thesis focuses on the thermomechanical analysis of the effect of tool wear in dry machining of austenitic stainless steels, commonly used in high responsibility applications in different industrial sectors. Results obtained in this research work could be used in different industrial applications such as the in process control of wear evolution, the statement of end of tool life criteria or the control of surface integrity of the machined workpiece. The methodology involved both experimental and numerical approaches to the study of cutting. All types of worn geometries were analyzed: crater and flank wear, rounded cutting edge, built up edge and chamfer. Also simultaneous types of wear flank-rounded cutting edge and rounded edge-chamfer were studied. Different levels of wear and several cutting parameters were tested. Cutting forces during process and machining induced residual stresses were measured, with the aim of validating the models and to determine the dependence of these variables with tool wear. It was developed a numerical model validated for several types and levels of wear. The model accounts for cutting edge effects and also implements a new friction law at the interface chip-tool. The model was applied to the study of the effect of subsequent passes and the influence of the assumption of plane strain on two dimensional modeling. Better accuracy of the model was found when the effect of the previous cut was accounted. Also extensive experimental work was carried out for all worn geometries and several process parameters. Numerical and experimental results have been applied to extract conclusions about the influence of any geometrical tool wear on the thermomechanical variables analyzed.
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Keywords
Ensayo de materiales, Desgaste de las herramientas, Análisis termomecánico, Aceros inoxidables austeníticos
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