Procesos de Mecanizado Convencional: Corte y Formación de Viruta

TEMA 2: Procesos de Mecanizado Convencionales

Corte del Material por Herramienta Rígida

El mecanizado convencional implica el corte del material utilizando una herramienta rígida. Este proceso se caracteriza por la interacción entre la herramienta y el material, lo que da lugar a la formación de viruta, fuerzas de corte, gradientes de temperatura, desgaste de la herramienta, rozamiento, acabado superficial y la maquinabilidad del material.

Modelo Bidimensional de Corte (Modelo de Merchant)

Este modelo simplificado estudia el corte en dos dimensiones, considerando:

• Herramienta en movimiento con velocidad v y profundidad t0.
• Producción de viruta por deformación plástica y cizallamiento continuo del material a lo largo del plano de corte.
• Posibilidad de un plano de cizallamiento bien definido o no definido.

Mecánica del Proceso de Corte

Las variables independientes en el proceso de corte incluyen:

• Material y recubrimientos de la herramienta.
• Forma, acabado superficial y filo de la herramienta.
• Material y condiciones de trabajo del material.
• Parámetros de corte (v, f, d).
• Fluidos de corte.
• Características de la máquina-herramienta.
• Utillaje de sujeción y soportes de pieza.

Las variables dependientes son:

• Tipo de viruta.
• Fuerza y energía disipada.
• Temperatura de trabajo (material, pieza y herramienta).
• Desgaste y falla de la herramienta.
• Acabado superficial.

Modelo de M.E. Marchant (1940)

Este modelo bidimensional de corte ortogonal considera fuerzas perpendiculares entre sí y una herramienta de corte con ángulo de ataque positivo. El corte se produce por cizallamiento del material en la zona de cizallamiento (plano de cizallamiento), con un ángulo de cizallamiento f. La cara de ataque o desprendimiento facilita el deslizamiento y orientación de la viruta.

El espesor d varía entre 10^-2 y 10^-3 mm. La profundidad de corte t0 y el ancho de viruta deformada tc, junto con el ángulo de ataque a, permiten determinar el ángulo de cizallamiento f, que influye en la fuerza de corte, la potencia mecánica, el espesor de la viruta y la temperatura.

Tipología de la Viruta

Viruta Continua

Se forma en materiales dúctiles a altas velocidades y con ángulos elevados de ataque. No son deseables en máquinas CNC debido a que pueden enrollarse alrededor del portaherramientas. Se pueden evitar con rompevirutas, condiciones de corte adecuadas o fluidos de corte.

Viruta con Filo Recrecido

Resulta de deposiciones de material en el filo de la herramienta. Se evita aumentando la velocidad de corte, disminuyendo la profundidad de pasada, aumentando el ángulo de ataque, usando herramientas afiladas, fluidos de corte y seleccionando materiales adecuados.

Viruta Segmentada o Aserrada

Es una viruta semicontinua con zonas de alta y baja deformación cortante. Aparece en metales con baja conductividad térmica y resistencia.

Viruta Discontinua

Formada por segmentos sueltos o unidos. Se presenta en materiales frágiles, no homogéneos, a velocidades de corte extremas, grandes profundidades de pasada, bajos ángulos de ataque y sin fluidos de corte adecuados.

Rompevirutas

Las virutas largas y continuas son indeseables. Los rompevirutas, mecanizados en las plaquitas, ayudan a romper y orientar la viruta, especialmente en materiales dúctiles y blandos.

Fuerzas y Potencia de Corte

El conocimiento de las fuerzas y la potencia de corte es crucial para el diseño de máquinas-herramienta, la selección de herramientas y utillajes, y la precisión dimensional.

• Fuerza de corte (Fc): Actúa en la dirección de la velocidad de corte.
• Fuerza de empuje (Ft): Actúa perpendicular a la velocidad de corte.
• Fuerza resultante (R): Resultante de Fc y Ft.
• Fuerza de fricción (F): Actúa en la dirección de deslizamiento de la viruta.
• Fuerza normal (N): Perpendicular a F.

Temperaturas en el Corte

La elevación de temperatura se debe a la deformación plástica y la energía disipada. Una temperatura excesiva reduce la resistencia y dureza de la herramienta y afecta las propiedades del material mecanizado.

Acabado e Integridad Superficial

El acabado superficial influye en la precisión dimensional y el funcionamiento en servicio. La integridad superficial se refiere a las propiedades del material como la resistencia a la fatiga y la corrosión.

Maquinabilidad

La maquinabilidad se define por la vida útil de la herramienta, la velocidad de corte, el acabado superficial, la fuerza y potencia de corte, y el control de la viruta. Un buen índice de maquinabilidad indica una buena capacidad para ser mecanizado.