Campo ocupacional
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PROBLEMA 1
En una operación de cilindrado se tienen los siguientes datos:
- Energía específca de corte del material de la pieza 1!"" #$mm% &
- 'i(metro de la pieza 1"" mm&- Pro)undidad de pasada * mm&
- +elocidad de corte recomendada ," m$min&
- Radio de punta de la erramienta ". mm&
/e pide:
1& 0alcular el aance m(2imo de modo 3ue se cumplan lassiguientes restricciones:
- La )uerza de corte m(2ima por riesgo de rotura )r(gil es de 1!""#&
- La potencia nominal del torno es de ! 45 6 su rendimiento del 7!8&
- La rugosidad media ser( como m(2imo de %" m&
Datos:
Di=100 mm
ps=1500N/ mm2
ap=3 mm
Vc= 80 m/min
r E= 0.4 mm
Lm=100 mm
Fcmax < 1500N
Pmaq.=5 kW
= 5!ɳ
"amax< 20#m
$ max=%
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Cálculos:
Sc= Fc ps
Sc= 1500 N
1500 N
mm2
Sc=1mm2
f max .=Scap
f max .=1mm
2
3mm
f max .=0.33mm
&a'c(') para *+ri$icar 'a "a
Ra= f max .
2
32r E
Ra= (0.33mm )2
32(0.4 mm)
Ra=8.5 µm
&)m) 8.5 µm < 20#m s+ as(m+ q(+ f max .=0.33mm
Putil= Pmaq .∗ɳ
Putil .=5kW ∗0.75=3.75 kW
Pc= Fc∗Vc
Pc=(1500 N ∗1min
60 seg
)∗(80
m
min
)
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Pc=2000W =2 kW
2. Con el avance calculado, determinar:
- El tiempo de mecanizado y el caudal de viruta suponiendo que la longitud
a cilindrar es de 100 mm y que la distancia de aproximación de laerramienta ser! de " mm.
Datos:
Lm=100 mm
,m =%
- =%
Cálculos:
Dm= Di+ Df
2
Dm=100+94
2 =97
N =Vc∗1000
Dm∗π
N =(80m
min )∗1000
97mm∗π
N =262.5 rpm
Tm= Lm
f ∗ N
Tm= 100mm
0.33mm∗262.5 rpm
Tm=1.15min
=Sc∗Vc
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=
(1mm2 )∗(80m
min )∗1000mm
1m
=80000 mm3
min
PROBLEMA %
#ara ciertas operaciones de re$rentado en torno, realizadas a velocidad decorte constante, se dispone de los siguientes datos y restricciones: - %amacontinua de velocidades del ca&ezal, de 0 a '000 rpm. - (erramienta:#laquitas róm&icas de lado 2) mm y de radio de punta de 0,* mm. -#ortaplaquitas con !ngulo de posición del +lo principal de 10". - istanciade aproximación de la erramienta: ' mm el re$rentado se llevar! a ca&o
desde la peri$eria acia el centro/. - uerza de corte m!xima por riesgo devi&raciones: 1"000 . - Espesor de corte m!ximo: *0 del radio de puntade la erramienta. - 3ncura de corte m!xima: 40 de la longitud del +lo. -Energ5a espec5+ca de corte del material a mecanizar: 2000 6mm2 . -7elocidad de corte recomendada: 80 m6min. 9e pide:
1. Calcular los valores m!ximos de la pro$undidad de pasada y del avance.
Datos:
N= 0 a 3000 rpm
L.$.a= 24 mm
r E= 0.8 mm
kr=105
Fcmax =15000 N
acmax= 80! r E
amax= 80! L.$.a
ps=2000N/ mm2
Vc=0 m/min
apmax=%
$ max= %
Cálculos :
acmax=0.8∗0.8mm=0.64 mm
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a ! max=0.6∗24mm=14.4 mm
f max= ac max
sinkr
f max=0.64mm
sin105 " =0.663mm
a pmax=a ! maxsin kr
a pmax=14.4mm∗sin 105"
a pmax=13.91mm
2. 9i se desea realizar un re$rentado completo de una pieza de '00 mm dedi!metro, con una pro$undidad de pasada de 10 mm, cu!l ser5a elm5nimo tiempo de mecanizado;.
Datos:
Di=300 mm
D$=0
Lm=150 mm
ap=10 mm
,m=%
Cálculos :
Dm= Di+ Df
2
Dm=300+0
2 =150
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N =Vc∗1000
Dm∗π
N =(
90m
min
)∗1000
1500mm∗π
N =190.986rpm
Tm= Lm
f ∗ N
Tm= 150mm
0..663mm∗190.986rpm
Tm=1.185 min
#ara compro&ar calculare la c con los datos anteriores.
Fc=f sin
kr∗ap
sin kr ∗ ps
Fc=0.663mm∗10mm∗2000 N
mm2
Fc=13260 N
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PROBLEMA *
9e desea cilindrar una serie de piezas desde un di!metro inicial de "0 mmasta aun di!metro +nal de 20mm, seg<n la +gura. =a operación se lleva aca&o en un torno con gama continua de velocidades de rotación, potencianormal de 8>? y un rendimiento de @A0,*"
=a energ5a espec5+ca de corte del material de pieza viene dada por unaexpresión.
ps=1568ac−0,39
Con ac en mm y ps en 6mm2
9e pide
1.-Bepresentar esquem!ticamente el modo de amarre de la pieza en eltorno, de manera que se asegure la m!xima rigidez a exión de la piezadurante el mecanizado. Ddenti+car so&re el esquema los elementos que seutilizan para el amarre.
2.- =a operación de cilindrado se lleva a ca&o en tres pasadas de igualpro$undidad, manteniendo en todas ellas el mismo avance una velocidad decorte de 20" m6min. =a erramienta puede tra&aar en un rango de avances
entre 0.0" y 0.2mm6rev. Feniendo en cuenta las caracter5sticas de lam!quina y del material de pieza, calcular el avance que ace el m5nimotiempo de mecanizado.
atos
o A "0mm
$ A20mm
#nA8>?
GA0.*"
ps=1568ac−0,39
acAmm
psA6mm2
7c A 20"m6min
' pasadas de " mm
0,0"H $ H0,02 mm6rev
#ie
#unt
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maxA ;
Pc= Fc .Vc
Pc=Vc.ps.Sc
Pc=Vc . ps. ac .a!
Pc=Vc .1568 ac−0.39
ac ap
sen#r
Pc=Vc .1568 . ac0.61 ap
sen#r
Pc=Vc .1568 . f 0.61sen #r0.61 apsen#r
Pc=Vc .1568 . f 0.61
sen #r−0.39
ap
f 0.61=
Pc
(3.41) (sen60 )−0.39(5)(1568)
f =
0.61
√ 7650
(3.41) (sen60 )−0.39(5)(1568)
f =0.117 mm
'.- de acuerdo con la in$ormación $acilitada por el $a&ricante de laerramienta, se sa&e que cuando se utiliza una velocidad de corte de1*0m6min la vida esperada de la erramienta es de '0min, mientras que a22"m6min la vida es de 10min Cu!l ser! la vida esperada de la
erramienta &ao las condiciones del corte de aparato 2;
Vc T n= # Vc T
n= #
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0
3¿¿0
1¿¿
(180)¿
0
3¿¿0
1¿¿
(180)¿
180
225=10n
30n
ln 4
5=nln
1
3
−0.223=−1.098n
n=0.2
k =356.6
).- utilizando una velocidad de corte de 1*0 m6min, a la que correspondeuna vida <til esperada de erramienta de '0min y manteniendo el resto depar!metros de operación en los valores utilizados en el aparatado2Cu!ntas piezas podr5an realizarse antes del cam&io de erramienta;
7cA1*0m6min
Fvida A'0min
N pie$as A ;
D1=45mm
D 2=35 mm
D3=25mm
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N pie$as= T%i&a
Tmc$&
N =Vc .1000
π . D m
N 1=180.1000
π .(45) N =
180.1000
π .35 N =
180.1000
π .25
N 1=1273.23
N 2=1637.02
N 3=2291.83
Tmc$&= Lme
f . N
T 1mc$&= 400
(0.11 ) . (1273.23)
T 2mc$&= 400
(0.11) .(1637.02)
2291.83
(0.11) .¿
T 3mc$&=400¿
T 1
mc$& A2.*4
T 2mc$&=2.22Tmc$&=6.66
T 3 mc$&=1.58
N pie$as= 30
6.66
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N pie$as=4.5=¿5
".- tras la <ltima pasada, la rugosidad resultante en la super+cie de la piezaes de Ba "Im so&re quJ varia&les se podr5a actuar y en quJ sentidoaumentar o disminuir/ si nuestro cliente exige reducir dica rugosidad;
Como conclusión se tiene que la rugosidad depende del avance y del radiode punta de la erramienta por ende se recomienda que para reducir esnecesario disminuir el avance y tra&aar con radios de mayor radio depunta.
PROBLEMA .
9e desea realizar una operación de cilindrado exterior en un redondo deacero templado, cuya energ5a espec5+ca de corte es de 2.""0 6mm2. #ararealizar la operación se a seleccionado el porta-plaquitas unto con laplaquita que se muestra en la +gura 1. En la ta&la 1 se muestran lasvelocidades de corte a utilizar para la plaquita dada en $unción de lapro$undidad de pasada de la operación y el avance. El di!metro de partidadel redondo es de 210mm y el resultado de la operación de&e disminuir estedi!metro asta 180mm. 9e tomar! como valor de la distancia deaproximación "mm.9e dispone en el taller de dos tipos de tornos, am&os con un rendimiento
del ,!8:
9e pide:1. Con los datos dados, calcular el tiempo de la operación de mecanizadoque se o&tendr5a realizando el m5nimo n<mero de pasadas y minimizando eltiempo por pasada.
2. 9eleccionar, razonando la respuesta, el tipo de torno en el que serealizar5a la operación.'. K&tener el ancura de viruta y el espesor de viruta utilizados para laoperación de+nida.
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). En la +gura 2 se presenta la proyección so&re el plano de re$erencia Pr deuna operación de cilindrado exterior. Bepresentar la sección 3-3 y localizarso&re Jsta el desgaste de anco.Dndicar el par!metro que se utiliza para medirlo y di&uar tam&iJn laevolución a lo largo del tiempo de este desgaste.
". En caso de que se desee aumentar la vida de la erramienta indicar,razonando la respuesta, que acción se de&er5a tomar.
/OL90;#:
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#sA 2""0 6mm2
iA 210mm
$A180mmA 0.*"
Forno 3 7m!x A2"00 rpm #m!x A 12>? Forno L 7m!x A1400 rpm #m!x A 2'>?
1.- #ara determinar un n<mero m5nimo de pasadas seleccionamos de lata&la 1. apA " $A0.) mm6Bev. y 7c A 142m6min
tm1= lm
f ∗ N =
350mm
0.4∗251.5rpm=3.478538103 min
N 1=Vc∗1000
π ∗ Dm
N 1= 162m∗1000
min∗π ∗205mm
N 1=251.5424466 rpm
tm2= lm
f ∗ N =
350mm
0.4∗257.83rpm=3.393995768 min
N 2=Vc∗1000
π ∗ Dm
N 2= 162m∗1000
min∗π ∗200mm
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N 2=257.8310078 rpm
tm=tm1+tm2
tm=6.8722 min
2.- Escoger5a el torno L ya que de la $ormula en donde se relaciona 3vance,#otencia de corte y 7elocidad de corte
f = Pc1
ap∗ ps∗Vc
El avance es directamente proporcional la #otencia de Corte einversamente proporcional a la 7elocidad de Corte es decir si 7c aumenta el
$ disminuye y si la #c aumenta $ aumenta. e esta manera al seleccionar el Forno L estamos aciendo m5nimo el tiempo de mecanizado.
'.-
a!= ap
senkr
a!= 5mm
sen75 '
a!=5.17mm
ac=f ∗senkr
ac=0.4∗sen75 '
ac=
0.386 m m
).-
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PROBLEMA !
En el caso que se desee aumentar la vida de la erramienta se de&er5areducirla 7elocidad de corte de acuerdo a la Ecuación de Faylor querelaciona la 7c con F vida de la erramienta se dice que a mayor 7c menorser5a la vida de la erramienta y viceversa
#BKL=EM3 " 9e desea mecanizar una tirada de 2"0.000 ees como el que semuestra en la igura1. 9e parte de &arra de di!metro inicial 2"mm, que sedesea cilindrar asta un di!metro +nal de 1"mm. =as condiciones de corteóptimas para la erramienta elegida para la operación vienen dadas por lasiguiente ta&la, en la que aparece la velocidad de corte en m6min para cada
com&inación posi&le de avance y pro$undidad de pasada.
F
7& mm/
esgaste de
anco
7ilo secundario
#unta de la
ilo principal
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=a ecuación de Faylor para la erramienta elegida viene dada por lasiguiente expresión: ''0 0,2 7c ⋅ F = e&ido al elevado n<mero de piezasque ay que realizar, de&er!n elegirse las condiciones de corte queaseguran un tiempo m5nimo de mecanizado. 9e pide: 1. Calcular el radio depunta que de&e tener la erramienta para o&tener una rugosidad teó- rica
BaA',"Nm. 2. Bepresentar la geometr5a de la erramienta con la que sellevar! a ca&o la operación, acotando el !ngulo de posición del +lo principaly el radio de punta de la misma. '. Calcular el tiempo de mecanizado porpieza. ). Calcular cada cu!ntas piezas de&er! cam&iarse la erramienta. ".Explicar detalladamente quJ c!lculos a&r5a que realizar y quJ datos nopresentes en el enunciado ser5an necesarios para determinar la potencia deltorno en el que podr! realizarse la operación.
+ pi6+7
1. Calcular el radio de punta que debe tener la herramienta para obtener una
rugosidad teórica Ra=3,5m.
Ra= f
2
32∗r E
r E= (0.35mm)2
32∗(3.5∗10−3
mm)
r E=1.094mm
!. Representar la geometr"a de la herramienta con la que se lle#ará a cabo la
operación, acotando el ángulo de posición del $ilo principal % el radio de punta de
la misma.
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1 Calcular el tiempo de mecani&ado por pie&a.
N =V c∗1000
π ∗ Dm
N =170
mm
min∗1000
π ∗20mm
N =2705.634 rpm
t m= Lm
f ∗ N
t m= 150mm
0.35mm∗2705.634 rpm
t m=0.158min
! Calcular cada cuántas pie&as deberá cambiarse la herramienta.
V c∗T 0.2=330
T 0.2=
330
170 m
min
T =0.2
√330
170=27.563min
¿&e pie$as= T T m
¿&e pie$as=27.563min
0.158min =174.45=175
PROBLEMA <
9e desea re$rentar asta el centro un redondo de 200 mm de di!metro verigura 1/ para quitarle la cascarilla procedente de la laminación. #ara ello,se emplear! un torno CC con gama continua de velocidades de usilloprincipal el del ca&ezal/ comprendida entre 0 y 2000rpm y con gamacontinua de velocidades de carros O, P, comprendidas entre 0 y 10 m6min.=a potencia m!xima del torno es de "0QR, siendo su rendimiento del *0.9e recomienda tra&aar con velocidad de corte constante de 12" m6minrecomendaciones del $a&ricante de la erramienta/. El material de pieza esacero y tiene una energ5a espec5+ca de corte de 2200 6mm2. =a rugosidadBa de la pieza de&e ser como m!ximo de S Nm. =a distancia deaproximación es de 2mm. =a erramienta de&e ser seleccionada entre lasque se muestran en la igura 2 y se de&e considerar un aprovecamiento
m!ximo.
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9e pide:
1/ 9eleccionar, de $orma razonada, la erramienta a emplear entre lasopciones dadas para una m!xima productividad.
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Datos:
Di=200mm
D$=0
Lm=100mm
N= 0 a 2000 rpm
Vcar.x Vcar.9 =0 a 10m/min
Pmaq.=15 kW
=80!ɳ
Vc=125 m/min
ps=2200N/ mm2
"a < #m
Ra&onamiento:
1.: D+;i6) a 'a pr)6(ci*i6a6 6+' m+cani9a6) s+ 6+;+ +sc)+r 'a +rrami+na q(+ m+
p+rmia r+a'i9ar') +n (na s)'a )p+racin +s 6+cir 'a q(+ m+ p+rmia );+n+r (n ap =
10mm +s p)r +sa ra9n q(+ +n prim+r '(ar 6+scar) 'as +rrami+na > " a q(+n) m+ pr)p)rci)nan 'a pr)$(n6i6a6 6+ pasa6a r+q(+ri6a.
2.: Para c(mp'ir 'as r+sricci)n+s q(+ m+ imp)n+ +' m+cani9a6) r+sp+c) a 'a r()si6a6
6+;) r+a'i9ar+ +' si(i+n+ c?'c(')7
f max .=√ Ra∗32r E
f max .=√ 7 x10−3
mm∗32(1.6mm )
f max .=0.599mm
Las +rrami+nas >" @" c(mp'+n 6ica r+sriccin p+r) para (na m+A)r
pr)6(ci*i6a6 +c)n)mBa +sc)+rC 'a +rrami+na >" 6+;i6) aq(+ m+ pr)p)rci)na
ma)r pr)6(ci*i6a6 6+;i6) a q(+ p)s++ 6);'+ cara.
2/ Calcular el tiempo de re$rentado, sa&iendo que Jste de&e ser el m5nimoque permitan las restricciones.
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N =Vc∗1000
Dm∗π
N =(
125m
min
)∗1000
100mm∗π
N =397.887rpm
Tm= Lm
f ∗ N
Tm= 100mm
0.59mm∗397.88 rpm
Tm=0.43 min
'/ i&uar las gr!+cas de , 7O, 7C, #C en $unción del di!metro de la piezapara el torno CC.
PROBLEMA 7
En un torno se realizarán operaciones de cilindrado y refrentado con una
misma herramienta y su plaquita se muestran en la figura siguiente. Laherramienta está amarrada en l torreta portaherramientas con su mangoparalelo al eje X del torno.
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Las características y restricciones que deben tenerse en cuenta a la hora dedefinir las operaciones son las siguientes:
-El torno tiene una potencia nominal de !" #$ y un rendimiento del
%&'
-La energía específica de corte del material de la pieza es de !&&()mm!.
-En todas las operaciones la profundidad de pasada será la má*ima queadmita la herramienta.
-+ara una buena formaci,n y flujo de la iruta se recomienda que elespesor de la iruta sea igual o inferior a !)/ del radio de punta y que lalongitud má*ima de filo comprometida en el corte 0que en este caso coincide
con el ancho de iruta1 sea igual o inferior tambi2n a !)/ de la longitud de laarista de corte.
-+or las características de los materiales de pieza y herramienta laelocidad de corte estará limitada entre /3& y "/& m)min.
-Las operaciones a realizar son de gran desbaste sin embargo larugosidad media te,rica está limitada a un má*imo de /4&-/ m por motiosespeciales.
-5inalmente por razones de productiidad la ida de la herramienta debe
ser cercana a "min. Las constantes de la ecuaci,n de 6aylor para el casopresente son n7&!/ y #78&&.
9e pide:
epresentar en dos dimensiones y sobre el plano del moimiento deaance 0o plano de referencia1 ambas operaciones en un instanteintermedio de su ejecuci,n. +ara las dos operaciones representar elector elocidad de aance y acotar el ángulo de posici,n del filoprincipal con su alor concreto.
! ;alcular el aance má*imo posible en cada una de las operaciones.
(ota: ecordar que la rugosidad media te,rica es a70)/!10f !)r E1.
CD=DB3K
3 Representar, en dos dimensiones % sobre el plano del mo#imiento de a#ance 'o
plano de re$erencia(, ambas operaciones, en un instante intermedio de su
e)ecución. *ara las dos operaciones, representar el #ector #elocidad de a#ance %
acotar el ángulo de posición del $ilo principal, con su #alor concreto.
0ilindrad Re)renta
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+ Calcular el a#ance máimo posible en cada una de las operaciones.
N)a7 "+c)r6ar q(+ 'a r()si6a6 m+6ia +rica +s "a=1/32$ 2/r E.
#ara el Cilindrado
f = Rr E
sen ( # r)
f =(2
3)(0.8)
sen(95)
$A0."'" mm
#ara el Be$rentado
f = Rr E
sen( # r)
f =(2
3)(0.8)
sen(105)
$A0.""2 mm
PROBLEMA ,
9e de&e realizar un re$rentado completo, en torno, de una pieza cuyoextremo a re$rentar es cil5ndrico y macizo, de 40 mm de di!metro. =apro$undidad de pasada ser! de " mm y el !ngulo de posición del +lo
principal de la erramienta, de )"T. El radio de punta de la erramienta esde 0,) mm. =a rugosidad media de la super+cie resultante de&e ser in$erior
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o igual a 2 Im. El espesor de viruta no de&e superar el *" del radio depunta. =a $uerza de corte ser! igual o in$erior a 1000 . =a energ5aespec5+ca de corte del material de la pieza se estima en 1"00 6mm2. #araun &uen comportamiento de la erramienta, la velocidad de corte puedeoscilar entre 1"0 y 2"0 m6min. El torno es de control numJrico, con gamacontinua de velocidades. 9u potencia nominal es de 1" >? y el rendimiento,del S". =a velocidad m!xima de ca&ezal es de 4000 rpm. =as constantesde la ecuación de Faylor para la vida de la erramienta, en las condicionesde esta operación, se estiman en: exponente, n A 0,12"U velocidad de cortepara vida de 1 min, )00 m6min. #ara esta operación, se programa unadistancia de aproximación de la erramienta de 1 mm. #or razones deproductividad, interesa minimizar el tiempo de mecanizado. 9e pide:
1. Bepresentar, con un di&uo conveniente en dos dimensiones, un instanteintermedio de la operación, acotando las magnitudes anteriores.
2. Cada cu!ntas piezas de&e reemplazarse la erramienta;
Datos:
Di=0mm
D$=0
Lm=30mm
ap=5mm
kr=45
r E= 0.4mm
"a= 2#m
acmax= 85! r E
Fc < 1000 N
ps=1500N/ mm2
Vc=150 a 250m/min
Pmaq.=15 kW
=5!ɳ
N=000rpm
,m=%
*ara la ecuación de -a%lor
Vc∗T n= # (
n=0.125
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Vc= 400 m/min
,=1min
=%
Cálculos :
Putil= Pmaq .∗ɳ
Putil .=15kW ∗0.75=11.25kW
f max .=√ Ra∗32r E
f max .=√ 2 x 10−3
mm∗32 (0.4mm )
f max .=0.16mm
Paraf max .
ac= f ∗sinkr
ac=0.16 mm∗sin 45" =0.113mm
a!= ap
sin kr
a!= 5mm
sin 45" =7.071mm
Fc= ps∗ac∗a!
Fc=( 1500 N
mm2 )∗0.113mm∗7.071mm
Fc=1199.98 N );r+pasa 'a $(+r9a r+c)m+n6a6a
Para c(mp'ir 'as r+sricci)n+s ra;aAar+ c)n (na Fc= 00N (na Vc=250 m/min
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ac= Fc
ps∗a!
ac= 900 N
(1500
N mm
2
) (7.071mm )
ac=0.084 mm
f = ac
sinkr
f =0.084mm
sin 45" =0.12mm
Dm= Di+ Df
2
Dm=60+0
2 =30
N =Vc∗1000
Dm∗π
N =(250m
min )∗1000
30mm∗π
N =2652.582 rpm
Tm= Lm
f ∗ N
Tm= 30mm
0.12mm∗2652.58 rpm
Tm=0.0943min
# =Vc∗T n
# =(400m
min )∗(1min )0.125
=400
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T =n
√Vc
#
T =0.125
√
400
250m /min
=42.95
¿&e pie$as= T
Tm
¿&e pie$as=42.9469min
0.0943min
¿&e pie$as=455 pie$as