En la anterior entrada, que puede leer aquí si no lo ha hecho, hablábamos de forma somera y distendida sobre las principales características del mecanizado mediante láser. Surgían algunas peguntas sin respuesta y otras muchas que sí la tienen. En esta entrada nos introduciremos en la formulación analítica del problema del mecanizado de piezas metálicas mediante láser. El tratamiento analítico del mecanizado láser se inicia a mediados del siglo XX de la mano de algunos autores relevantes como William Hilbert, Francois Hamilton y Friedrich Wilhelm Robertson. Este tratamiento analítico puede extenderse al efecto termodinámico del láser en las chapas o láminas metálicas. Esto incluye, evidentemente, la consideración del calor como una fuente no inagotable de energía. Ya que los problemas de calor evolucionan con el tiempo y el mecanizado afecta al sustrato, la ley de calor de Fourier puede usarse para formular la situación del calor. La ecuación que gobierna la transferencia transitoria de calor puede aproximarse como una línea de calor que se mueve a velocidad constante en el eje X en un plato fino superficial. Podemos escribir de este modo: La ecuación anterior es la solución de la distribución de temperatura en un solido infinito debido a la cantidad de calor Q generada instantáneamente en t=0 en el punto (x',y',z'). De cualquier modo, la ecuación puede reducirse a una fuente instantánea de calor en una sustancia que se encuentra en el plano Z=0. EN este caso, en ausencia de calor perdido por radiación en la superficie, la ecuación puede convertirse en: donde D es la profundidad del metal que queremos mecanizar e igual al espesor de la pieza con la que trabajaremos. Un programa de computación se puede desarrollar fácilmente utilizando los parámetros asociados a la fundición del metal. El análisis de estrés asociado con el mecanizado láser puede describirse en la línea de otros estudios [1]. Volviendo a la profundidad de la penetración del láser, podemos afirmar que ésta está sujeta a la evaporación debida a irradiación. Ya que la situación de calor se vuelve difícil, la evaporación debe tratarse aquí después de considerar la fuente de calor volumétrico. Esto puede escribirse así: Otra opción es considerar que el láser es un punto en el espacio que se mueve debido a la acción de un campo térmico, uniforme o no, que a su vez es generado por las propias excitaciones del campo. Si lo consideramos de este modo las ecuaciones anteriores no son aplicables, pero existen otros métodos analíticos que sí estarían permitidos. También son conocidas numerosas ecuaciones empíricas, obtenidas en laboratorio mediante distintos tratamientos de series, las cuales se pueden siempre aproximar como el sumatorio de infinitos armónicos. EN este caso, la analogía del armónico encuentra su validez siempre que consideremos que todo punto del metal sólido es a su vez punto de frontera con el láser. Esto tendría sentido si se tratara de métodos de contacto, pero en verdad existe una fina capa de aire entre las dos partes del proceso. Esto dificulta sobremanera el tratamiento analítico. Como ejemplo, en la siguiente ecuación [2] mostramos la solución estacionaria de la ecuación de calor para una barra hexagonal mecanizada por láser: Finalmente decir que si nos interesan las propiedades macroscópicas del mecanizado láser y no tantos sus implicaciones microscópicas, podemos utilizar otro tipo de aproximaciones que se encuentran explicadas en sendos volúmenes [3]. Investigaciones recientes concluyen que los métodos tradicionales de mecanizado láser son iguales o mejores que los actuales, lo cual nos sitúa ante una situación francamente pesimista. De cualquier modo, el avance de le ciencia y la tecnología en el futuro seguro que deparará nuevos y ambiciosos retos con respecto al mecanizado láser. Referencias
[1] G. Dearden y Edwardson, Algunos avances recientes en el mecanizado láser en dos y tres dimensiones para aplicaciones 'micro' y 'macro'. Revista internacional de Óptica Pura y Aplicada, 5:S8. (2003) [2] M. Geiger y F. Vollertsen, El mecanismo del mecanizado láser. Anales de la física de láseres y su aplicación al mecanizado, 24, Vol 37 (2001) [3] H. Shen, Yao Lu, Shin Pen gu y Rau Chen, Métodos analíticos y numéricos para el mecanizado láser de piezas hexagonales bajo esfuerzos no viscosos de cizalla pura e impura, Revista Moderna del Láser, Vol 78, 45-72, (2017)
0 Comentarios
Deja una respuesta. |
Details
Categorías |