OpositaFP_MMM_TEMA_27 PDF

opositafp.com ©2025 TEMA 27. Tecnología del corte por arranque de viruta: el fenómeno de la formación de viruta en cada tipo de mecanizado. Parámetros que lo definen, relación entre ellos y los defectos en la formación de la viruta. Tiempos de mecanizado. Fuerzas de corte....

opositafp.com ©2025 TEMA 27. Tecnología del corte por arranque de viruta: el fenómeno de la formación de viruta en cada tipo de mecanizado. Parámetros que lo definen, relación entre ellos y los defectos en la formación de la viruta. Tiempos de mecanizado. Fuerzas de corte. Índice 1. Introducción................................................................................................................. 2 2. Formación de viruta en cada tipo de mecanizado.......................................................... 2 2.1. Tipos de viruta según aplicación................................................................................... 2 2.2. Tipos de viruta según su morfología............................................................................. 2 3. Parámetros que definen el corte por arranque de viruta............................................... 4 3.1. Velocidad de Corte (Vc)................................................................................................. 4 3.2. Avance (f)...................................................................................................................... 4 3.3. Profundidad de corte (Ap)............................................................................................. 5 3.4. Caudal de viruta (Q)...................................................................................................... 5 3.5. Fórmula de Taylor para la vida útil de la herramienta.................................................. 5 3.6. Fórmula del rendimiento constante en mecanizado (Dennis)...................................... 6 4. Relación entre los parámetros y los defectos de la formación de la viruta...................... 7 4.1. Avance elevado............................................................................................................. 7 4.2. Profundidad de corte excesiva...................................................................................... 7 4.3. Viruta mínima................................................................................................................ 7 4.4. Filo recrecido................................................................................................................. 8 4.5. Viruta quemada............................................................................................................. 8 5. Tiempos de mecanizado............................................................................................... 8 6. Fuerzas de corte........................................................................................................... 9 7. Conclusión................................................................................................................. 10 8. Bibliografía................................................................................................................ 10 a) Bibliografía...................................................................................................................... 10 b) Webgrafía........................................................................................................................ 10 1 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 1. Introducción El corte por arranque de viruta es un proceso mecánico que permite eliminar material de una pieza mediante una herramienta de corte, generando virutas que se desprenden del material base. Este proceso es clave en la fabricación de componentes mecánicos, permitiendo obtener piezas de precisión en una amplia variedad de formas. La calidad del proceso de mecanizado depende de factores como la correcta formación de la viruta, los parámetros de corte, el tiempo de mecanizado y las fuerzas generadas durante el proceso. A continuación, abordaremos estos conceptos con detalle, incluyendo fórmulas matemáticas y ejemplos gráficos que ayudarán a ilustrar los aspectos clave.,... 2. Formación de viruta en cada tipo de mecanizado La formación de virutas es un fenómeno complejo que depende de la geometría de la herramienta, el material de la pieza y los parámetros de corte. En general, se conoce que la viruta se forma debido a la acción de cizallamiento en la zona primaria de corte pero los últimos estudios indican que la viruta no se separa de una manera simple, sino por la combinación de, al menos, estos cuatro procesos: 1º) Compresión 2º) Cortadura 3º) Arranque 4º) Fluencia 2.1. Tipos de viruta según aplicación Una primera clasificación de los tipos de viruta es la producida según la aplicación que la genera. Viruta continua: el torneado convencional a baja velocidad y con herramientas de cobalto suele producir virutas continuas, aunque cada vez se busca menos por los problemas que da esa viruta larga. Viruta discontinua: presente en el fresado a causa de los diversos filos de corte. También en el aserrado. Viruta helicoidal: presente en operaciones de taladrado y en operaciones de roscado con macho de ranuras helicoidales. 2.2. Tipos de viruta según su morfología Hace muchos años Gallowey clasificó la viruta en tres grandes categorías atendiendo a morfología. 2 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 Viruta continua de bordes lisos, presente en mecanizados de materiales dúctiles con pequeños avances y grandes Vc, filo de herramienta agudo, superficie de desprendimiento pulida, abundante refrigeración,... Viruta continua de caras irregulares, presente en mecanizados de materiales dúctiles con grandes avances y pequeñas Vc. Viruta discontinua, presente en mecanizados de materiales duros o quebradizos con pequeñas Vc y ángulos de afilado pequeños. Una reciente publicación (septiembre de 2024) del Instituto de Tecnología de Fabricación y Máquinas Herramienta (IFV), de Hannover, demuestra que la producción de viruta puede ser diferente tan solo modificando la profundidad de corte, y manteniendo el resto de parámetros intactos. En el vídeo se puede ver el mecanizado de bronce para diferentes espesores de viruta (h). Podemos observar la transición de la formación continua de virutas a la formación de virutas por cizallamiento y, en casos extremos, también a la formación de virutas por desgarro, dependiendo del espesor de la viruta. 3 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 Por tanto, podemos simplificar el estudio de Gallowey argumentando las siguientes afirmaciones: Viruta continua: Se genera en materiales dúctiles, bajo condiciones de corte adecuadas. Este tipo de viruta favorece un buen acabado superficial. Viruta discontinua: Ocurre principalmente en materiales frágiles o cuando las condiciones de corte no son óptimas, lo que puede resultar en un acabado superficial irregular. Viruta en forma de cizalla: Este tipo de viruta aparece cuando la velocidad de corte es elevada y el material tiene una tendencia a la deformación plástica rápida. 3. Parámetros que definen el corte por arranque de viruta Los principales parámetros que controlan el corte por arranque de viruta son: 3.1. Velocidad de Corte (Vc) La velocidad de corte (Vc) es uno de los factores más importantes y se define como la velocidad tangencial a la cual la herramienta corta el material. Se calcula mediante la fórmula: π·D·N 𝑉𝑐 = 1000 Donde: - Vc = Velocidad de corte (m/min) - D = Diámetro de la pieza o de la herramienta (mm) - N = Velocidad de rotación (rpm) Un ejemplo ilustrativo sería en el caso del torneado de una pieza cilíndrica de acero con un diámetro de 100 mm y una velocidad de 500 rpm. Aplicando la fórmula: π · 100 · 500 𝑉𝑐 = = 157,08 m/min 1000 3.2. Avance (f) El avance determina cuánto material se elimina por revolución (Fv), o por diente de la herramienta (Fz). Un avance mayor aumenta el grosor de la viruta y, por lo tanto, las fuerzas de corte. La elección del avance afecta tanto a la productividad como a la calidad superficial. 4 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 3.3. Profundidad de corte (Ap) La profundidad de corte es el grosor de la capa de material que se elimina en cada pasada. Afecta directamente al volumen de material cortado y, por lo tanto, a las fuerzas de corte y el tiempo de mecanizado. 3.4. Caudal de viruta (Q) El caudal de viruta es el volumen de material que se mecaniza por unidad de tiempo. Normalmente se expresa en mm³/min. Para poder calcularlo se utilizan los tres parámetros anteriores. La fórmula es la siguiente: 𝑄 = 𝑓 · 𝐴𝑝 · 𝑉𝑐 Donde: - Q = Volumen de material removido (mm³/min) - f = Avance (mm/rev) - Ap = Profundidad de corte (mm) - Vc = Velocidad de corte (m/min) Por ejemplo, si en una operación de fresado se usa un avance de 0.2 mm/rev, una profundidad de corte de 2 mm, y una velocidad de corte de 150 m/min, el caudal de viruta por minuto es: 𝑄 = 0.2 · 2 · 150 = 60 𝑚𝑚³/𝑚𝑖𝑛 3.5. Fórmula de Taylor para la vida útil de la herramienta La fórmula de Taylor es una ecuación utilizada en mecanizado para estimar la vida útil de una herramienta de corte. Esta vida útil se mide en función de la velocidad de corte Vc, la cual influye directamente en el desgaste del filo de la herramienta. La fórmula básica de Taylor es: 𝑉𝑐 · 𝑇 𝑛 = 𝐶 Donde: - Vc = Velocidad de corte (m/min) - T = Vida útil de la herramienta (minutos) - n = Exponente de desgaste, que depende del material de la herramienta y del material de la pieza. - C = Constante que depende de las condiciones de corte, material de la herramienta y material de la pieza Ejemplo aplicado a una vida útil de 20 minutos: Se puede determinar la velocidad de corte óptima para maximizar el rendimiento sin que la herramienta se desgaste rápidamente. Por ejemplo, si n=0.25 y C=600, entonces para una vida útil de 20 minutos, se calcula la velocidad de corte Vc como: 5 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 C 600 𝑉𝑐 = = = 283 𝑚/𝑚𝑖𝑛 𝑇 𝑛 200.25 Esto significa que, para garantizar una vida útil de 20 minutos, la herramienta deberá trabajar a una velocidad de corte de aproximadamente 283 m/min. Si, por el contrario, queremos que la herramienta tenga una vida útil de 60 minutos mecanizando el mismo material, la Vc sería la siguiente: C 600 𝑉𝑐 = = = 215 𝑚/𝑚𝑖𝑛 𝑇 𝑛 600.25 Con esto deducimos que, disminuyendo un 24% la Vc, podemos triplicar la vida útil de una herramienta. 3.6. Fórmula del rendimiento constante en mecanizado (Dennis) El rendimiento constante en mecanizado se basa en maximizar la productividad asegurando que los factores como el avance (f), la profundidad de corte (Ap) y la velocidad de corte (Vc) se optimicen para obtener el mejor balance entre vida útil de la herramienta y tiempo de mecanizado. El concepto de rendimiento constante implica mantener constante la tasa de eliminación de material o productividad a lo largo del ciclo de vida de la herramienta. Es decir, mantener constante el caudal de viruta (Q). Vc3 · f 2 · Ap = C Esta idea se basa en ajustar los parámetros de corte para que, si uno de ellos cambia (por ejemplo, el avance), los otros se ajusten proporcionalmente para mantener un rendimiento constante. Esto está en línea con la fórmula de Taylor, ya que cualquier cambio en la velocidad de corte afecta la vida útil de la herramienta, y para mantener un rendimiento constante, se deben realizar ajustes en los otros parámetros (avance o profundidad de corte). A la vista de la fórmula de Dennis se deduce rápidamente que, una ligera disminución en la Vc, o el avance, nos permitirá aumentar mucho más la profundidad de corte, ya que la Vc y el avance afectan al rendimiento de manera exponencial y, la profundidad de corte afecta de manera directa. Vc13 · f12 · Ap1 = Vc23 · f22 · Ap2 6 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 4. Relación entre los parámetros y los defectos de la formación de la viruta Cuando el mecanizado por arranque de viruta se realiza de forma óptima, el calor producido en la zona del corte se disipa en la viruta desprendida y, tanto la herramienta como la pieza no deben calentarse excesivamente. La combinación adecuada de velocidad de corte, avance, profundidad y refrigeración conlleva a un mecanizado de calidad. Pero, en ocasiones, la interacción inadecuada entre los parámetros de corte puede influir directamente en la calidad del mecanizado, generando diversos defectos. Por ejemplo: 4.1. Avance elevado Un aumento excesivo del avance puede generar virutas demasiado grandes, aumentando las fuerzas de corte y reduciendo la vida útil de la herramienta. El avance máximo recomendado para conseguir un buen acabado superficial debe ser la mitad del radio de punta de la herramienta. 4.2. Profundidad de corte excesiva Si la profundidad de corte es muy alta, las fuerzas de corte aumentan exponencialmente, lo que puede causar vibraciones, deformaciones y desgaste prematuro de la herramienta. Esto suele ocasionar lo que se conoce como “superficies recalcadas”. 4.3. Viruta mínima El radio de punta de la herramienta condiciona el espesor mínimo a cortar, ya que los esfuerzos de corte tienden a separar la herramienta de la pieza si no se respeta la profundidad idónea. Se recomienda que la profundidad de corte sea igual o mayor que el radio de punta para evitar vibraciones durante el corte. En caso contrario, no se garantiza que el material cortado sea el mismo que la profundidad de corte introducida. Obsérvese el vector axial y radial. 7 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 4.4. Filo recrecido El filo recrecido es el fenómeno por el cual se adhiere material cortado en el filo de la herramienta debido a que la temperatura en la zona de corte es demasiado baja. Esto provoca desgaste prematuro de la herramienta, error dimensional en la pieza y elevada rugosidad superficial en la zona mecanizada. Suele aparecer con velocidades de corte bajas. 4.5. Viruta quemada La viruta aparece quemada cuando se genera demasiado calor en la zona de corte. Esto puede ser debido a una elevada velocidad de corte, un avance demasiado lento, refrigeración insuficiente, recubrimiento de la herramienta desgastado, etc. 5. Tiempos de mecanizado Los tiempos que se consideran en el proceso de fabricación de cualquier componente son los siguientes: a. Tiempo de preparación (Tp): es el tiempo empleado a la preparación de la máquina y su utillaje. Suele ser mayor un tiempo conocido y prefijado en función de la preparación que necesite la máquina (30 ó 60 minutos). b. Tiempo de corte (Tc): es el tiempo de corte real de la herramienta. Actualmente existen programas informáticos, como el programa TEMPO de la empresa CuttingTools, que sirve para realizar presupuestos a clientes introduciendo todos los datos de las pasadas que necesitará la pieza. Para calcular el tiempo de corte (𝑇c), se utiliza la fórmula: 8 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 L 𝑇𝑐 = 𝑓·𝑁 Donde: - L = Longitud mecanizada (mm) - f = Avance (mm/rev) - N = Velocidad de rotación (rpm) c. Tiempo de maniobra (Tm): es el tiempo empleado en realizar retrocesos antes de realizar otra pasada de mecanizado. d. Tiempo imprevisto (Ti): es el tiempo secundario que se estima para hacer frente al gasto fijo de la empresa. Por tanto, el tiempo total (Tt) será la suma de todos los tiempos anteriores: 𝑇𝑡 = 𝑇𝑝 + 𝑇𝑐 + 𝑇𝑚 + 𝑇𝑖 Los programas de CAM proporcionan una estimación del tiempo de corte (Tc) y del tiempo de maniobra (Tm) empleado cuando se realiza la simulación virtual del mecanizado, pero en ocasiones difieren bastante de la realidad porque no consideran la velocidad de lectura del control ni las inercias de arrancada y parada de los carros. Un control viejo no podrá leer con rapidez la nube de puntos que proporciona un programa CNC realizado con CAM. Y, una máquina vieja o pesada, no se moverá a las velocidades de retroceso que suele calcular un programa CAM y, si lo hiciesen, seguramente tendrían unas rampas de aceleración y deceleración importantes difíciles de estimar por el programa CAM. 6. Fuerzas de corte Las fuerzas de corte son las fuerzas que se generan durante el proceso de mecanizado, y su magnitud depende de los parámetros de corte y del material de la pieza. La fuerza de corte total es la suma vectorial de las siguientes tres componentes: 𝐹 = Fc2 + Fa2 + Fr2 - Fuerza de reacción al corte (Fc): Es la fuerza más importante (tangente a la superficie). Responsable de vencer la resistencia del material al corte. Le afecta mucho la sección de viruta cortada y la geometría de corte, sobre todo el ángulo de desprendimiento y la arista principal. - Fuerza de reacción al avance (Fa): Actúa a lo largo del eje de la herramienta, afectando la estabilidad y la precisión del proceso. Suele estimarse en un 33% de la Fc. 9 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 - Fuerza de reacción a la profundidad de pasada radial (Fr): Se orienta perpendicularmente a la dirección de corte y puede generar vibraciones indeseadas si no se controla adecuadamente. Suele despreciarse en el cálculo, o estimarse en un 20% de la Fc. Es fundamental calcular y controlar estas fuerzas, ya que un exceso puede ocasionar fallos en la herramienta, defectos en la pieza o incluso daños en la máquina. 7. Conclusión El mecanizado por arranque de viruta es un proceso altamente técnico que requiere un control preciso de los parámetros de corte, tiempos y fuerzas generadas. Comprender el fenómeno de la formación de la viruta y ajustar los parámetros de manera óptima garantiza un proceso eficiente, rentable y con alta calidad superficial. 8. Bibliografía a) Bibliografía Departamento de ciencia de materiales de la UPV. Jose Mª Lasheras. Tecnología Mecánica y Metrotecnia. Kalpakjian, S. y Schmid, SR. Ingeniería y Tecnología de Fabricación. Educación Pearson. Groover, MP. Fundamentos de la fabricación moderna: materiales, procesos y sistemas. Wiley. DeGarmo, EP, Black, JT y Kohser, RA. Materiales y Procesos en la Fabricación. John Wiley e hijos. b) Webgrafía Hoffmann Group. Catálogo de herramientas de corte. Mitsubishi Materials. Catálogo de herramientas de corte. Mitsubishi Materials Spain. Webinar "Cutting Tools Introduction". Sandvik Iberia. Webinar "Como maximizar el caudal de viruta". Sandvik Coromant. Trayectoria de corte y formación de viruta en el fresado. Sandvik Coromant. Fórmulas y definiciones de mecanizado. 10 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas