Mecánica de corte

14-MECANICA DE CORTE
Julio Alberto Aguilar Schafer
MECANICA DE CORTE
Julio Alberto Aguilar Schafer
MAQUINABILIDAD
La maquinabilidad de un material, se define
en función de:
1. Acabado e integridad superficial de la parte
maquinada
2. Duración de la herramiente
3. Requerimiento de fuerza y potencia
4. Control de viruta
EVOLUCIÓN EN LA PRODUCCIÓN DE VIRUTA A TRAVÉS DEL
TIEMPO, CON EL USO DE NUEVOS MATERIALES DE CORTE
MECÁNICA DE CORTE
Julio Aguilar
FUNDAMENTOS DEL MECANIZADO
MECÁNICA DEL CORTE
Objetivos
Conocer los principios básicos
de la formación de la viruta y
su influencia en las fuerzas de
corte y el desgaste de la
herramienta
Introducir el mecanizado de
alta velocidad
MECÁNICA DEL CORTE
 Corte ortogonal vs corte oblicuo.
 Mecánica de formación de viruta  Tipos de viruta.
 Cinemática y Dinámica del corte ortogonal.
 Balance energético en el mecanizado.
 Desgaste de herramienta.
 Refrigeración y lubricación.
 Mecanizado de alta velocidad (MAV o HSM).
Mecánica del corte
Corte ortogonal vs Corte oblicuo
Corte ortogonal
 El filo de la herramienta (OF) es perpendicular a velocidad de corte (v).
Corte oblicuo
 El filo de la herramienta (OF) y la velocidad de corte (v) no forman
un ángulo recto, sino l0 (inclinación del filo) y/o X 90 (posición).
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal
Modelos de formación de la viruta
Z
MODELO DE
PIJSPANEN
Plano de cizallamiento
X=90º; l=0º
Mat. Pieza maleable
Hta rígida
Régimen estacionario
Flujo continuo
de viruta
Y
Fotografia de formación de la revava
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal
Parámetros geométricos
 Ángulo de
cizallamiento, 
 Formado por el plano de cizallamiento con la superficie a mecanizar.
 Depende de: material de pieza y conds de corte.
 Formación de viruta: proceso de
deformación plástica.
 Disminuye la longitud y aumenta el
espesor de la viruta.
 Causas para una mayor deformación:
• menor , y
• menor  (mayor s).
Z
Y
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal
Parámetros geométricos
 Factor
de recalcado,  ( c)
  es la relación entre la long de viruta formada y la del mat. equivalente
(o espesor no deformado y espesor de viruta tras el corte): (entre 0.2 y 1)
lv h
OA.sen
 e     deformación
 
1
lm e OA. cos(   )
 Relación entre factor de recalcado y ángulo de cizallamiento: (entre 10 y
60º)
 . cos 
tg 
1   .sen
 Factores influyentes:
•  tenacidad pieza   
•  calidad de hrrta   
•
•
 Efectos de   ( e):
•  velocidad salida de viruta.
•  Pc y Tª.
 
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal
Parámetros geométricos
 Deformación, 
s
 2  2 . cos   1
   lim
 cot   tg (   ) 
x 0 x
 .sen
cos 
 
sen . cos(   )
 Para un  dado, la deformación es mínima si:


4


2
 =1 e=h
 La relación de estos parámetros es:
• Para un , si  ( e)   deformación ().
• Para un  (e=cte), si     deformación ().
Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal
Longitud de contacto de la viruta
 Cuando dejen de actuar sobre la viruta esfuerzos de compresión normales
a la cara de desprendimiento  no habrá contacto con la herramienta.
 Longitud de contacto de la viruta con la herramienta:
sen
l  OB  BC  h.
 e1  tg (   )
sen . cos(     )


4
 

Mecánica del corte
Viruta en el Corte Oblicuo
 La viruta no fluye sobre la cara de desprendimiento de la hrrta en
dirección perpendicular al filo  forma un ángulo  con la normal.
 Aplicando principios de tª de plasticidad:
l
 Se puede aplicar fórmulas de corte
ortogonal, teniendo en cuenta que:
•   e
sen e  sen2l  sen . cos 2 l
Corte ortogonal y oblicuo
Sección de la viruta
S  p.a  b.h
p  b.sen
a
h
sen
Corte ortogonal y oblicuo
Sección de la viruta
mat. no arrancado  necesidad de filo secundario
 Espesor de viruta equivalente:
he = área sección viruta / long filo
cortante
p . a = l . he
Mecánica del corte
Tipos de Viruta
 Totalmente discontinua:




Mats. frágiles (no soportan tensión de cizallamiento)
Mats. dúctiles (vc, avance); No metálicos.
Superf. de contacto muy reducida.
 bajo o negativo ( ); mec. en seco;  rigidez máquina
 Parcialmente segmentada:
 Compuesta de elementos parcialmente unidos
y ligados entre sí.
Si rigidez no adecuada, como Fc varía continuamente,
aparecen vibraciones  calidad superficial y precisión dimensional
 Continua:
 Mats. tenaces y dúctiles (vc, a).
  grandes ( ).
Mecánica del corte
Tipos de Viruta
 Ondulada:
 Existencia de vibraciones.
 Continua con filo de aportación (recrecido):
 Se forman capas de viruta debido al rozamiento
en la superf de contacto viruta-herramienta, y se
quedan adheridas a hrrta.
 Filo aportado crece hasta que rompe bruscamente.
 Consecuencias:  acabado superf. y  vida hrta.
Mecánica del corte
Cinemática del corte ortogonal
 v, veloc. de corte: relativa entre hrrta y pieza, debida
al mov. de corte.
 vs, veloc. de deslizamiento de la viruta respecto pieza.
 vc, veloc. de deslizamiento de la viruta respecto hrrta.
 Velocidad de deformación muy elevada:  = vs/y = 102
106 s-1 (ensayos de fluencia 10-2; choque 102)  ? Usar
características comunes de materiales  ensayos propios
(y cte separación de planos de deslizamiento 0.0180.18 mm)
vs
v
v
 c 
cos  sen cos(   )
h
sen
vc  v   .v  v
e
cos(   )
cos 
vs  v
cos(   )
 la max velocidad a la que
puede fluir la viruta sobre la
sup desprendimiento de hrrta
es v (velocidad de corte).
Dinámica del corte
Análisis de las fuerzas de corte ortogonal
En corte ortogonal, la fuerza total F está contenida en el plano
normal al filo de la herramienta.
F se descompone según 3 sist. de fuerzas (círculo de Merchant):
 Dirección del mov pral de corte y avance: Ft (Fc) y Fn (Fa).
Ft  Fc  F cos(   )
 ó    Fa/Fc = tg(-)
Fn  Fa  Fsen(   )
 Plano de cizalladura y normal: Fs y Fsn
Fs  F cos(     )
Fsn  Fsen(     )
 Superf. de hrrta y normal: F y Fn
F  Fsen
Fn  F cos 
siendo coef. fricción  roz  tg 
F
Fn
Dinámica del corte
Tensiones en el corte ortogonal
Tensiones actuantes en el plano de cizallamiento:
 Tensión dinámica de cizallamiento:
Fs F
s 
 sen cos(     )
As A
As 
Fs  F cos(     )
1
sen . cos(     )
cos(   )
Ft  Fc  A s
sen . cos(     )
sen(   )
Fn  Fa  A s
sen . cos(     )
F  A s
 Tensión normal al plano de cizallamiento:
Fsn F
s 
 sen .sen(     )
As
A
A
sen
Dinámica del corte
Modelos de mecanizado en corte ortogonal
 , ,  no se pueden relacionar geométricamente, pero sí con teorías de
plasticidad y consideraciones energéticas  Modelos de mecanizado.

- 
 Conclusiones:
 Relaciones lineales.
 Para un  determinado,    y  As (As = A / sin  )
 Como resist. media de mat. en zona cizallado es cte, si  As   Fc
 Para un  determinado,      Fc
Dinámica del corte
Corte oblicuo
F  F F F
2
a
2
p
2
c
P  Fc .v  Fa .va  Fp .v p  Fc .v
Fa 
Fc
Fp 
Fc
5
3
Dinámica del corte
Presión específica de corte, ps
 Estudio del arranque de viruta y cálculo de fuerzas de corte y potencia 
presión de corte, ps o ks.
F
ps  k s  c
A
Fuerza de corte
Sección de viruta
Cuando A = 1 mm2, se tiene la presión específica de corte, kso.
 Potencia específica de corte, Psp: potencia necesaria para arrancar un
volumen unitario de material en la unidad de tiempo.
P  Fc .vc
Q  A.vc
Fc .vc Fc
Psp 

A.vc
A
Vol de material arrancado en 1 min
Dinámica del corte
Presión específica de corte, ks
Factores de los que depende ks:
 Características del material a mecanizar:  dureza pz   ks
 Mat. y geometría de hrrta:  HTA/PZA   ks
    ks
 kr, X   ks
En fresado:
ps = ps TABLA . k
 1º    ks 1%
Dinámica del corte
Presión específica de corte, ks
 Sección y espesor de viruta.  h, A   ks
 Velocidad de corte.
 V   ks
Dinámica del corte
Presión específica de corte, ks
 Lubricación y refrigeración: modifican rozamiento pieza-hrrta.
 Desgaste de la herramienta: modifica la hrrta   ks.
Cálculo de ks:
ps  k s 
Fc
F
 c
A hm .bm
Fc  k b h
y x
so m m
y 1
z  1 x
k so 
ks
hm(1 x )
 k s .hm z
kso y z dependen del mat de pieza y mat. y
geometría de hrrta.
En catálogos de fresado: ps hm, = ps TABLA . k . khm
Dinámica del corte
Presión específica de corte, ks
Mecánica del corte
Fuentes de calor en el mecanizado
 Energía absorbida en el proceso de corte se utiliza en:
 Deformación elástica: se devuelve sin producir calor.
 Deformación plástica: no se devuelve (romper enlaces atómicos con
desprendimiento de calor).
 Pérdidas por rozamiento.
P = Ps + Pr + Parr = Fc.vc
Arrollamiento viruta
Def. plástica
Rozamiento
Cizallamiento
Rozamiento
Def. plástica y
rozamiento
Mecánica del corte
Temperatura en el corte
 La energía disipada se convierte en calor  incremento de Tª en zona de
corte.
 Las mayores Tªs se alcanzan con: mat pieza muy duro, alta vc y ap. Si el mat
pieza tiene alto calor específico y conductividad térmica, la Tª no es tan alta.
vc
vc
Mecánica del corte
Filo recrecido
 Debido a la existencia de rozamiento entre viruta y hrrta  alcanzar límite
de cizalladura en el interior de viruta antes que deslice sobre hrrta  zona
de cizalladura secundaria.
 Variación de geometría de viruta y conds de corte, ya que hay un añadido
al filo cortante y un aumento de e (provoca  Fc).
 Filo adherido es inestable  desgaste de la cara de desprendimiento y
perjudica el acabado.
 Menor incidencia de filo recrecido si vc, ya que al Tª, el mat se ablanda
e inhibe su formación.
Mecánica del corte
Desgaste de la herramienta
 Tipos de
desgaste
 En el corte, la hrrta está sometida a: grandes tensiones mecánicas, alta Tª
y efectos corrosivos del refrigerante  desgaste progresivo o fallo
prematuro.
 Fallo prematuro provocado por: deformación plástica del filo, fatiga y
rotura frágil (tensiones y baja tenacidad).
 Desgaste progresivo no puede ser evitado, pero sí controlado.
 Mecanismos de
desgaste progresivo
Desgaste de la Herramienta
Tipos de desgaste
Desgaste de la Herramienta
Remedios al desgaste
Mecánica del corte
Refrigerantes/Lubricantes
 Tipos
 Aceites de corte: minerales + aditivos; vegetales (capa lubricante); mixtos.
 Fluidos base agua: emulsiones (aceite mineral + agua (directas (90%) / indirectas) +
emulsionante = taladrina); soluciones (sintéticas y semisintéticas).
 Funciones
 Refrigeración (enfriar eficazmente hrrta):  viscosidad, capacidad de mojar bien el
mat (contacto),  calor específico y  conductividad térmica.
 Lubricación:   facilita flujo viruta     y .
 Prevenir filo recrecido
 Proteger de corrosión
 Lubricar M-H
 Evacuar viruta
Mecánica del corte
Refrigerantes/Lubricantes
 Selección
 Tipo y mat de hrrta: acero al C (emulsiones), HSS (sg pieza), metal duro (emulsiones o en seco)
 Mat de pieza: aleac. no férreas ligeras y pesadas (en seco o aceites); aleac. Ni ( emulsiones); fundición
(en seco); aceros (aceites)
 Conds. de mecanizado: cond extremas y delicadas ( aceites); cond ligeras (emulsiones)
 Tipo de mecanizado: rectificado (emulsiones); taladrado (aceites puros de baja viscosidad)
 Reciclaje y mantenimiento
 Forma de
aplicación
 Fluido: riego a 10225 l/min. Localización próxima a la zona de corte.
 Neblina: para acceder a zonas difíciles y mejorar visibilidad pieza. En rectificado, a
1080 psi de presión, con emulsiones.
 Alta presión: 800 5000 psi. Actúa como rompevirutas. Mayor evacuación de calor en
procesos de elevada velocidad y potencia de corte.
Mecánica del corte
Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)
 Definición:
optimización del mecanizado con las limitaciones existentes
pieza/material/máquina-herramienta. Puede suponer mecanizar a
velocidades de corte entre 5 y 10 veces superiores a las que se utilizan de
manera convencional “para cada material”. (no implica necesariamente 
rpm)
 Causas
de su aparición: desarrollo de mat de hrrta, desarrollo de M-H
(componentes y sistemas de control) y conocimientos del mecanismo de
formación de viruta y desgaste de hrrta.  optimización y proceso
diferenciado.
Mecánica del corte
Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)
 HSM
como proceso diferenciado:
 Fenómenos físicos asociados al corte: mats responden a la hipótesis de Salomon
 Fenómenos difusión asociados al desgaste de hrrta: capas de recubrimiento contra
el desgaste por difusión.
Mecánica del corte
Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)
 Efectos
del incremento de vc:
 Mat. dúctil: zona de deformación primaria tiende al plano de cizallamiento, de forma
que        deformación   Fc
   entre viruta y hrrta
 Desaparece filo recrecido   calidad superficial
 Casi la totalidad del calor se evacua por la viruta
  Frecuencia de excitación dinámica  alejada de frecuencia crítica de M-H.
 Consecuencias:
 Mayores gastos
de inversión (25 veces): formación,
infraestructuras, herramientas, controles, CAD/CAM;
cambio de mentalidad y distribución del tiempo.
 calidad superficial,  tp
mecanizado (30% en fresado),  operaciones acabado
(pulido),  dinero en consumo de htas y  seguridad.
 Mayores beneficios:
Mecánica del corte
Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)
 Campos de aplicación (Solución no general)
Cilindrado con diferente tipo de inserto
Los tres componentes principales en un ingerto son:
Los insertos pueden ser de diferentes formas y tamaños
Diferentes filos producen diferentes acabados
Acabado burdo
Acabado fino
PORTA PASTILLAS
Fijación de insertos en una torre
Propiedades importantes en los ingertos
Las herramientas de corte de carburos tienen
clasificación ISO
La configuración de los ingertos determinan la
forma de la viruta
Ejemplos de la forma como la revarva se pude quebrar
Sumario:
Tipos de fracturas en los ingertos
Algunas consideraciones sobre las
herramientas de corte