Desarrollo de modelos térmicos analíticos para la predicción de temperaturas en procesos de fricción y corte ortogonal

Resumen

Para un mejor entendimiento de los procesos de fabricación, la modelización y predicción de variables de proceso tales como las temperaturas, las distorsiones geométricas, las tensiones residuales o las fuerzas juega un papel significativo. La modelización de los procesos de fabricación es una línea de trabajo que tiene gran importancia por ser una herramienta fundamental de la denominada fabricación virtual. La fabricación virtual consiste en simular y predecir el comportamiento de los procesos de fabricación con objeto de optimizar las condiciones de trabajo y la selección y diseño de herramientas, sin tener que recurrir al método de prueba y error y a la realización de laboriosas medidas experimentales que representan un elevado coste. La predicción de la temperatura en sólidos sometidos a fuentes de calor fijas o móviles presenta un gran interés debido a los problemas derivados de la generación de calor (integridad superficial, daño térmico, tensiones residuales y distorsiones) en procesos de fabricación tales como el mecanizado, el rectificado, la soldadura, la fricción entre componentes mecánicos, la tribología, etc. Por ello, el desarrollo de modelos térmicos es una herramienta de gran utilidad para la predicción de temperaturas en los procesos de fabricación. En esta tesis, se desarrollan modelos térmicos analíticos para predecir las temperaturas en procesos de fricción y de corte ortogonal. Los modelos térmicos analíticos presentan limitaciones debidas a las simplificaciones que se suelen considerar. Entre esas simplificaciones se encuentra la de considerar la conductividad térmica de los materiales como constantes con la temperatura. Esta suposición no es siempre realista en procesos de corte y de fricción debido a la existencia de elevados gradientes de temperatura. En esta tesis se desarrollan modelos térmicos analíticos para procesos de fricción y de corte, que consideran una variación lineal de la conductividad térmica de los materiales con la temperatura. Estos modelos permiten predecir el coeficiente de reparto de calor entre los sólidos en contacto y los campos de temperatura generados en dichos procesos.