1. 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

2. 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).

3. 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 λ≠0 (inclinación del filo) y/o X ≠90 (posición).

4. Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal
Modelos de formación de la viruta
Z
MODELO DE
PIJSPANEN
Plano de cizallamiento
X=90º; λ=0º
Mat. Pieza maleable
Hta rígida
Régimen estacionario
Flujo continuo Y
de viruta

5. Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal
Parámetros geométricos
Ángulo de cizallamiento, φ

 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: Z
• menor γ, y
• menor φ (mayor ∆s).
Y

6. Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal
Parámetros geométricos
 Factor de recalcado, ζ (≡ c)
 ζ 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.senφ ↑ e  ↓ζ  ↑ deformación
ζ = = = ≤1
lm e OA. cos(φ − γ )
 Relación entre factor de recalcado y ángulo de cizallamiento: (entre 10 y
60º)
ζ . cos γ
tgφ =
1 − ζ .senγ
 Factores influyentes:
• ↑ tenacidad pieza  ↑ ζ
• ↑ calidad de hrrta  ↓ ζ
•↑γ↓ζ
•↓φ↓ζ
 Efectos de ↓ ζ (↑ e):
• ↓ velocidad salida de viruta.
• ↑ Pc y Tª.

7. Mecánica de formación de viruta en corte ortogonal
Parámetros geométricos
 Deformación, ε γ
∆s ζ 2 − 2ζ . cos γ + 1
ε γ = lim = cot φ + tg (φ − γ ) =
∆x →0 ∆x ζ .senγ
cos γ
εγ =
senφ . cos(φ − γ )
 Para un γ dado, la deformación es mínima si:
π γ
φ= + ⇒ ζ=1⇒ e=h
4 2
 La relación de estos parámetros es:
• Para un γ, si ↑ζ (↓ e) ⇒ ↓ deformación (ε).
• Para un ζ (e=cte), si ↑ γ ⇒ ↓ deformación (ε).

8. 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:
senθ
l = OB + BC = h. = e[1 + tg (φ − γ )]
senφ . cos(θ + γ − φ )
π
θ = +φ −γ
4
θ

9. 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 η con la normal.
 Aplicando principios de tª de plasticidad:
η≈λ
 Se puede aplicar fórmulas de corte ortogonal,
teniendo en cuenta que:
• γ → γe
senγ e = sen 2 λ + senγ . cos 2 λ

10. Corte ortogonal y oblicuo
Sección de la viruta
S = p.a = b.h
p = b.senχ
h
a=
senχ

11. 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

12. 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.
 γ bajo o negativo (↓↓ γ); 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).
 γ grandes (↑↑ γ).

13. 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.

14. 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: εγ = 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 γ senφ cos(φ − γ )
h senφ
vc = v = ζ .v = v → la max velocidad a la que
e cos(φ − γ )
puede fluir la viruta sobre la
cos γ sup desprendimiento de hrrta
vs = v
cos(φ − γ ) es v (velocidad de corte).

15. 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(τ − γ )
↑γ ó ↓τ ⇒ ↓ Fa/Fc = tg(τ-γ)
Fn = Fa = Fsen(τ − γ )
 Plano de cizalladura y normal: Fs y Fsn
Fs = F cos(φ + τ − γ )
Fsn = Fsen(φ + τ − γ )
 Superf. de hrrta y normal: Fγ y Fγn
Fγ = Fsenτ
Fγn = F cosτ
Fγ
siendo coef. fricción µ roz = tgτ =
Fγn

16. Dinámica del corte
Tensiones en el corte ortogonal
Tensiones actuantes en el plano de cizallamiento:
 Tensión dinámica de cizallamiento: A
Fs F As =
τs = = senφ cos(φ + τ − γ ) senφ
As A Fs = F cos(φ + τ − γ )
1
F = Aτ s
senφ . cos(φ + τ − γ )
cos(τ − γ )
Ft = Fc = Aτ s
senφ . cos(φ + τ − γ )
sen(τ − γ )
Fn = Fa = Aτ s
senφ . cos(φ + τ − γ )
 Tensión normal al plano de cizallamiento:
Fsn F
σs = = senφ .sen(φ + τ − γ )
As A

17. Dinámica del corte
Modelos de mecanizado en corte ortogonal
 φ, γ, τ no se pueden relacionar geométricamente, pero sí con teorías de
plasticidad y consideraciones energéticas ⇒ Modelos de mecanizado.
φ
τ- γ
 Conclusiones:
 Relaciones lineales.
 Para un γ determinado, ↓τ ⇒ ↑φ y ↓ As (As = A / sin φ )
 Como resist. media de mat. en zona cizallado es cte, si ↓ As ⇒ ↓ Fc
 Para un τ determinado, ↑γ ⇒ ↑φ ⇒ ↓ F

18. Dinámica del corte
Corte oblicuo
Fc
Fa =
F = F +F +F
a
2 2
p c
2
5
Fc
Fp =
3
P = Fc .v + Fa .va + Fp .v p ≈ Fc .v

19. 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 Fuerza de corte
ps = k s = c
A Sección de viruta
Cuando A = 1 mm2, se tiene la presión específica de corte, k so.
 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 Vol de material arrancado en 1 min
Fc .vc Fc
Psp = =
A.vc A

20. 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: ↑ µHTA/PZA ⇒ ↑ ks
↑ γ ⇒ ↓ ks
↑ k r, X ⇒ ↓ k s
En fresado:
psγ = ps TABLA . kγ
↑ 1º γ ⇒ ↓ ks 1%

21. Dinámica del corte
Presión específica de corte, ks
 Sección y espesor de viruta. ↓ h, A ⇒ ↑ ks
 Velocidad de corte. ↓ V ⇒ ↑ ks

22. 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:
Fc F
ps = k s = = c
A hm .bm
ks −
Fc = k b hy x
k so = = k s .hm z
so m m
hm1− x )
(
y =1
kso y z dependen del mat de pieza y mat. y
z = 1− x geometría de hrrta.
En catálogos de fresado: ps hm,γ = ps TABLA . kγ . khm

23. Dinámica del corte
Presión específica de corte, ks

24. 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
Def. plástica y
Def. plástica rozamiento
Arrollamiento viruta
Rozamiento
Cizallamiento
Rozamiento

25. 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

26. 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 γe (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.

27. 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

28. Desgaste de la Herramienta
Tipos de desgaste

29. Desgaste de la Herramienta
Remedios al desgaste

30. 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: ↓µ ⇒ facilita flujo viruta ⇒ ↓τ ⇒ ↑φ y ↑ζ.
 Prevenir filo recrecido
 Proteger de corrosión
 Lubricar M-H
 Evacuar viruta

31. 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.

32. 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.

33. 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.

34. 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 ↑ φ ⇒ ↑ ζ ⇒ ↓ deformación ⇒ ↓ Fc
 ↓ µ 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.
 Mayores beneficios: ↑ calidad superficial, ↓ tp
mecanizado (30% en fresado), ↓ operaciones acabado
(pulido), ↓ dinero en consumo de htas y ↑ seguridad.

35. Mecánica del corte
Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)
 Campos de aplicación (Solución no general)

36. Mecanizado Alta Velocidad (MAV o HSM)
 Análisis DAFO