Estudio de la energía específica consumida en el rectificado

Abstract

To contribute in the increase of the productivity and to the energetic saving in companies, the present thesis focuses the investigation on the process of grinding. The energetic efficiency grinding one depends on the suitable selection of different aspects, such as the cutting conditions, the characteristics of the grinding wheel and the material to cut. Consequently, a good indicator to evaluate the energy saving is the estimation of the specific energy consumption SEC. In this study, a strategy is developed to estimate the SEC in the plane surface grinding. This strategy consists on developing a model of the material removal rate Qw, by measuring the power consumption P during grinding of different materials and characterizing the grinding wheel. In particular, this model calculates material removal rate by considering the instantaneous position of the abrasive grains, the cutting parameters and the grain density of the wheel. Finally, the model is developed from the definition of the thickness of chip removed and is compared with other models presented by previous investigations. On the other hand, the experimental measurement of the power consumption by the electric motor is carried out for different cutting conditions and during successive grinding passes. To process the experimental data, subroutines are created that make the interpretation of the results feasible. It is also allow to identify the three phenomena associated to the powers dissipation which characterize this metal cutting process: friction, plastic deformation and chip formation. The grinding wheel topography was measured with laser technology and in the conventional way with diamond cuttings tools, to detached grains and, then measure the average of the grain diameter. Finally, the simulation of the SEC for different depths of cut and feed rate of the piece is carried out. The value obtained from the specific energy consumption in the formation of the chip is similar to that described by other authors, which allows to validate the model and the experiments. The fundamental contribution of this thesis is the development of the mathematical model based on the estimation of the specific energy consumption and that allows to simulate the grinding process. The results obtained with the application of the model have allowed to analyze the correlation between the characteristics of the wheel, the cutting parameters and the behavior of the specific energy consumption. The knowledge of the Qw, will allow to analyze in a future, the flow of heat necessary to harden the piece. This makes it feasible to propose a range of values for the cutting parameters and predict the effects they have on the energy consumption. In addition, obtaining the grinding model for the manufacture of parts, helps to meet the indications on the creation of virtual machines, which proposes the Industry 4.0 philosophy.

Con la finalidad de contribuir al aumento de la productividad de las empresas y al ahorro energético, la tesis aquí expuesta dedica la investigación al proceso de rectificado. La eficiencia energética del rectificado depende de la adecuada selección de diferentes factores, entre ellos las condiciones de corte, las características de la muela y el material de la pieza. Un buen indicador para la evaluación de la energía es la estimación de la energía específica consumida SEC. En este estudio se desarrolla una estrategia para estimar la SEC en el rectificado superficial plano. Dicha estrategia, consiste en desarrollar el modelo de la tasa de material removido Qw, medir la potencia consumida durante el rectificado de distintos materiales y caracterizar la muela de rectificar. Dicho modelo, calcula la tasa de material removido considerando la posición instantánea de los granos abrasivos, los parámetros de corte y la densidad de granos de la muela. El modelo es desarrollado a partir de la definición del espesor de viruta arrancada y fue comparado con los modelos presentados por otras investigaciones. Por otra parte, la medición experimental de la potencia consumida por el motor eléctrico se realiza para distintas condiciones de corte y durante sucesivas pasadas de rectificado. Para procesar los datos experimentales se crean subrutinas que hacen viable la interpretación de los resultados y que permiten identificar las potencias disipadas por los tres fenómenos que caracterizan a este proceso: el rozamiento, la deformación plástica y la formación de la viruta. Para obtener las características de la muela se midió su topografía mediante tecnología láser y se realizaron diversos diamantados, de cuyos granos desprendidos se utilizaron para medir el diámetro medio del grano. Finalmente, se realiza la simulación de la energía específica para diferentes profundidades de corte y velocidad de avance de la pieza. El valor obtenido de la energía específica consumida en la formación de la viruta es similar a la descrita por otros autores, lo que permite validar el modelo y los experimentos. La aportación fundamental de esta tesis, es el desarrollo del modelo matemático basado en la estimación de la energía específica consumida que permite simular el proceso de rectificado. Los resultados obtenidos con la aplicación del modelo, han permitido analizar la correlación entre las características de la muela, los parámetros de corte y el comportamiento de la energía específica consumida. Esto hace factible, proponer un rango de valores para los parámetros de corte y predecir los efectos que estos tienen sobre el consumo de energía. Por lo tanto, la obtención del modelo de rectificado para la fabricación de piezas, contribuye a satisfacer las indicaciones sobre la creación de máquinas virtuales, que propone la filosofía de la Industry 4.0. Además, este modelo sienta las bases para en un futuro, determinar el flujo de calor necesario para conseguir el endurecimiento superficial de la pieza, Nguyen[1].