6. Los procesos de remoción de material son una familia de operaciones de formado en las
que el material sobrante es removido de una pieza de trabajo inicial de tal manera que lo
que queda es la forma final que se desea conseguir.
La rama más importante de la familia es el maquinado convencional, en el que una
herramienta aguda de corte se utiliza para cortar mecánicamente el material y así alcanzar
la forma deseada.
Los tres procesos principales de maquinado son el torneado, el taladrado y el fresado. Las
“otras operaciones de maquinado” incluyen el perfilado, el cepillado, el escariado y el
aserrado.
Otro grupo de procesos de remoción de material es el proceso abrasivo, que de forma
mecánica remueve el material mediante la acción de partículas abrasivas duras. Este
grupo de procesos, dentro del cual se encuentra el molido.
Los “demás procesos abrasivos” son afilado, fundido y superacabado.
Por último, se encuentran los procesos no tradicionales, que utilizan otras formas de
energía aparte de la herramienta de corte agudo o de partículas abrasivas para remover el
material.
Las formas de energía incluyen la mecánica, la electromecánica, la térmica y la química.
El maquinado tiene como objetivo generar la forma de la pieza de trabajo partiendo de
un cuerpo sólido, o mejorar las tolerancias y el acabado superficial de una pieza de
trabajo previamente formada, al retirar el material en exceso en forma de virutas. El
maquinado es capaz de crear configuraciones geométricas, tolerancias y acabados
superficiales a menudo no obtenibles por cualquier otra técnica.
7. El maquinado se aplica más frecuentemente para formar metales.
El maquinado es uno de los procesos de manufactura más importantes.
La Revolución Industrial y el crecimiento de las economías basadas en la manufactura
de todo el mundo se pueden describir en gran parte por el desarrollo de varias
operaciones de maquinado.
Las siguientes razones explican la importancia de las operaciones de
maquinado desde el punto de vista comercial y tecnológico.
Amplia gama de materiales de trabajo El maquinado se puede aplicar a una amplia
variedad de materiales de trabajo. Prácticamente todos los metales sólidos se pueden
maquinar. Los plásticos y los compuestos plásticos se pueden cortar también por
maquinado.
Las cerámicas presentan dificultades debido a su alta dureza y fragilidad; sin embargo,
la mayoría de las cerámicas se pueden cortar exitosamente mediante procesos de
maquinado abrasivo
Variedad de formas y características geométricas. El maquinado se puede usar para
generar cualquier forma geométrica regular, como superficies planas, agujeros
redondos y cilindros. Mediante la introducción de variaciones en las trayectorias y
formas de las herramientas, se puede crear formas geométricas irregulares, como
cuerdas de tornillos y ranuras T. Combinando varias operaciones de maquinado en
secuencia, se puede producir formas de complejidad y variedad ilimitada.
8.
9. EXISTEN CIERTAS DESVENTAJAS ASOCIADAS CON EL MAQUINADO Y OTROS
PROCESOS DE REMOCIÓN DE MATERIAL
Desperdicio de material. El maquinado es inherentemente un desperdicio de material.
La viruta que se genera en la operación de maquinado es material de desperdicio.
Aunque, en general, esta viruta puede reciclarse, en términos de la operación unitaria,
el material que se remueve significa desperdicio.
Consumo de tiempo. Una operación de maquinado, en general, toma más tiempo en
formar una pieza determinada que los procesos de formado alternos como el fundido
o el forjado.
Debido a sus características, el maquinado se realiza generalmente después de otros
procesos de manufactura, como fundición o deformación volumétrica (por ejemplo,
forjado y estirado de barras).
Otros procesos crean la forma general de la pieza y el maquinado produce la forma
final, las dimensiones y el acabado.
10.
11. Se ilustran algunos de estos procesos:
• Cilindrado, en el que se gira la pieza de trabajo y una herramienta de corte retira
una capa de material al moverse hacia la izquierda, como en la figura 21.1a.
• Tronzado, donde una herramienta de corte se desplaza radialmente hacia dentro y
separa la pieza de la derecha de la masa de la pieza en bruto.
• La operación de fresado de careado, en la que una herramienta de corte retira una
capa de material de la superficie de la pieza de trabajo.
• La operación de fresado frontal, en la que un cortador giratorio se desplaza con
cierta profundidad a lo largo de la pieza de trabajo y produce una cavidad.
13. • Movimiento de penetración (Mp). Define la
profundidad del corte y que se realiza al comienzo de
cada pasada que se realice en el mecanizado.
MOVIMIENTOSFUNDAMENTALES
• Movimiento de corte (Mc). Permite que la
herramienta penetre en el material produciendo viruta.
Se identifica mediante el parámetro de velocidad de
corte. (primario).
• Movimiento de avance (Ma). Desplazamiento
relativo de la pieza respecto a la herramienta. Se
identifica mediante el parámetro de velocidad de
avance. (secundario).
15. Mc rectilíneo (traslación)
PROCESO Mc Ma
Limado herramienta Pieza
Mortajado herramienta pieza
Cepillado herramienta pieza
Brochado herramienta pieza
Mc circular (rotación)
PROCESO Mc Ma
Torneado Pieza herramienta
Taladrado herramienta herramienta
Fresado herramienta pieza
Mandrinado herramienta herramienta o pieza
Rectificado herramienta Herramienta y pieza
16. Máquinas
herramientas
Movimiento circular
Herramienta
La herramienta gira mientras la
pieza se desplaza linealmente
FRESADORA, RECTIFICADORA,
MANDRINADORA
Pieza
La pieza gira mientras la
Herramienta se desplaza lineal
mente
TORNO
Movimiento lineal
La herramienta se desplaza a lo
largo de la pieza
CEPILLADORA, MORTAJADORA,
BROCHADORA
Movimiento Combinado
La herramienta gira y se desplaza
TALADRADORA
La herramienta gira y se desplaza mientras
la pieza gira
RECTIFICADORA CILÍNDRICA
17. PARÁMETROS DE CORTE
Tres parámetros básicos del proceso de mecanizado
son:
Velocidad de corte (𝑽𝒄). Movimiento primario.
Velocidad de avance (𝑽𝒂). Movimiento secundario.
Profundidad de corte (𝐩). Penetración de la
herramienta de corte dentro de la superficie de
trabajo.
18. 1) VELOCIDAD DE CORTE (Vc)
Es la velocidad con que se produce el movimiento de corte y por lo
tanto la velocidad a la que se realiza el corte.
PARÁMETROS DE CORTE
b) En máquinas con movimiento rectilíneo:
𝐕𝐜 =
𝐋
𝐓
(m/min o ft/min)
𝐋 = Longitud de corte, en metros o pies
𝐓 = Tiempo en minutos
a) En máquinas con movimiento circular:
𝐕𝐜= 𝛑. 𝐃 𝐦𝐦 . 𝐍(𝐫𝐩𝐦) (m/min o ft/min)
𝐃 = Diámetro de la pieza (m o ft)
𝐍 = número de revoluciones por minuto a que gira la herramienta
o la pieza.
19. Factores de la velocidadde corte
Entre los factores que influyen en la velocidad de corte están:
1. Material de la pieza. En general, los materiales blandos se
mecanizan con mayores velocidades de corte.
2. Material de la herramienta. El útil de corte debe ser duro,
plástico, resistente al recocido y al desgaste.
3. Sección de la viruta. Las secciones grandes de viruta, se
obtienen con velocidades pequeñas de corte.
4. Refrigeración y lubricación del filo de la herramienta. Para
disminuir el calentamiento por rozamiento y aumentar la velocidad
de corte.
5. Duración de la herramienta. Se considera como el intervalo que
transcurre entre dos afilados consecutivos. Aumentando la
velocidad de corte disminuye la vida útil de la herramienta.
20. HSS: Aceros rápidos. Además de carbono contienen cromo y vanadio. Cortes a altas
velocidades afectan poco el filo de la herramienta. Resistentes a corrosión.
Carburo: WC, carburo de tungsteno o widia. Otros: TiC, TaC, NbC. Alta dureza y
resistencia al desgaste.
21. 2) AVANCE Y VELOCIDADDE AVANCE
El movimiento de avance se puede estudiar desde su velocidad o desde
su magnitud.
Velocidad de avance en
torno paralelo
Magnitud de avance en
torno paralelo
Avance (magnitud) (a): Es el camino recorrido por la herramienta
respecto a la pieza o por la pieza respecto a la herramienta en una
vuelta o en una pasada (mm).
Velocidad de avance (Va): Longitud de desplazamiento de la
herramienta respecto a la pieza o viceversa, en la unidad de tiempo
(generalmente en un minuto).
22. AVANCE Y VELOCIDADDE AVANCE
En ciertas máquinas-herramientas no es posible programar la
magnitud del avance, por lo que se hace necesario programar la
velocidad de dicho avance. La magnitud del avance se relaciona
con la velocidad de avance a través de la velocidad de giro:
𝒂 =
𝑽𝒂
𝐍
(mm)
𝑽𝒂 = 𝒂. 𝑵 (mm/min)
Donde:
𝒂 = avance por vuelta o carrera (mm).
𝑽𝒂 = avance por minuto (mm/min): Velocidad de avance
𝑵 = velocidad de giro en rpm (rev/min = 1/min).
El avance cuando se trata de un fresado
se puede expresar de tres maneras:
- 𝑽𝒂 : Avance por minuto
- 𝐚𝐯 : Avance por vuelta
- 𝐚𝐳: Avance por diente
𝐚𝐯 = 𝐚𝐳 . 𝒁
𝒂𝒎𝒊𝒏 = 𝐚𝐯 . N = 𝐚𝐳 . 𝒁 . 𝑵
𝒁 = número de dientes
cortantes de la fresa
23. a) En operaciones en superficies cilíndricas:
𝒅 =
𝑫𝒊 − 𝑫𝒇
𝟐
(𝒎𝒎)
𝐷𝑓 = diámetro final de la pieza (mm, in)
𝐷𝑖 = diámetro inicial de la pieza (mm, in)
b) En operaciones en superficies planas:
𝒅 = 𝑬𝒊 − 𝑬𝒇 𝒎𝒎
E = espesor inicial de la pieza (mm, in)
𝐸𝑓 = espesor final de la pieza (mm, in)
3) PROFUNDIDAD DE CORTE
Es la profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza
en una pasada de la herramienta. Se mide en milímetros o
pulgadas, en sentido perpendicular. Es la profundidad de la capa
arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de la
herramienta.
24. PARÁMETROS DE CORTE
Tasa de remoción de material (volumen de
material removido por unidad de tiempo)
Para la mayoría de operaciones con herramientas monofilo se
utiliza la fórmula:
𝑍 = 𝑆𝑐 × 𝑉
𝑐 = 𝑎 × 𝑝 × 𝑉
𝑐 = 𝜋 × 𝐷 × 𝑁 × 𝑎 × 𝑝
𝑍 = tasa de remoción de material. (mm3/s ), (in3/min)
𝑉𝑐= velocidad de corte. (m/s), (ft/min)
𝑎= avance. (mm/rev), (in/rev)
Va = velocidad de avance (mm/min; ft/min)
𝑝 = profundidad de corte, mm (in)
D = diámetro de la pieza (mm, ft)
25. Tiempo de mecanizado
𝒕 =
𝒍
𝒂𝒎𝒊𝒏
(𝒎𝒊𝒏)
𝒕 = tiempo de mecanizado de la pieza (min, seg)
𝒍 = longitud de la pieza de trabajo (mm, )
Va = 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆 (
𝒎𝒎
𝒎𝒊𝒏
;
𝒇𝒕
𝒎𝒊𝒏
)
Va = 𝒂. 𝑵
𝒂 = avance (mm, ft)/rev o carrera
𝑵 = 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆𝒍 𝒉𝒖𝒔𝒊𝒍𝒍𝒐 (𝒓𝒑𝒎)
PARÁMETROS DE CORTE
26. MODELOCORTEORTOGONAL
Para poder explicar el proceso de la formación de la viruta
en el maquinado de metales, se hace uso del modelo de
CORTE ORTOGONAL.
Aunque el proceso de maquinado es tridimensional, este
modelo solo considera dos dimensiones para su análisis.
27. MODELOCORTEORTOGONAL
Cuando la herramienta se presiona contra la pieza de
trabajo por deformación cortante se forma la viruta a lo
largo del plano de corte y se desprende de la pieza.
Este modelo asume que la herramienta de corte tiene
forma de cuña, y el borde cortante es perpendicular a
la velocidad de corte.
28.
29. Corte ortogonal:
a) Como un proceso tridimensional, y
b) Tal como se reduce a dos dimensiones en una vista
lateral.
MODELOCORTEORTOGONAL
30.
31. Relación de viruta
Durante el corte, el borde cortante de la herramienta se coloca a
cierta distancia por debajo de la superficie original del trabajo. Ésta
corresponde al espesor de la viruta antes de su formación to (mm), (in)
Al formarse la viruta a lo largo del plano de corte, incrementa su
espesor a tc (mm), (in).
La relación de to a tc se llama relación del grueso de la viruta (o
simplemente relación de viruta) 𝒓.
Como el espesor de la viruta después del corte siempre es
mayor que el espesor correspondiente antes del corte, la
relación de viruta siempre será menor a 1.0
𝒓 =
𝒕𝟎
𝒕𝒄
34. Deformación cortanteo cizallamiento
𝜸 = 𝒕𝒂𝒏 ∅ − 𝜶 + 𝐜𝐨𝐭 ∅
Donde:
𝜸 = deformación cortante del plano de corte
∅ = á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑜 𝑐𝑖𝑧𝑎𝑙𝑙𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
𝜶 = á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 ℎ𝑒𝑟𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎
El ángulo de cizallamiento tiene gran importancia en la mecánica de las
operaciones de corte, pues afecta los requisitos de fuerza y potencia, el
espesor de viruta y la temperatura.
∅ = 𝟒𝟓° +
𝜶
𝟐
+
𝜷
𝟐
Donde:
β= ángulo de fricción y esta relacionado con el coeficiente de
fricción μ entre la herramienta y viruta
μ =tan β
35. Problema de corte ortogonal
En una operación de mecanizado que se aproxima al
corte ortogonal, la herramienta de corte tiene un
ángulo de 10°; el espesor de la viruta antes del corte
es 0.50 mm y después del corte es de 1.125 mm.
Calcula el ángulo del plano de corte y la deformación
cortante de la operación.
Ejercicio 01
36. Relación de espesor de viruta: 𝐫 =
𝒕𝒐
𝒕𝒄
=
𝟎.𝟓𝟎
𝟏.𝟏𝟐𝟓
= 𝟎. 𝟒𝟒𝟒
Ángulo del plano de corte:
𝐭𝐚𝐧∅ =
𝒓. 𝒄𝒐𝒔 𝜶
𝟏 − 𝒓. 𝒔𝒆𝒏 𝜶
=
𝟎. 𝟒𝟒𝟒 𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟎°
𝟏 − 𝟎. 𝟒𝟒𝟒 𝒔𝒆𝒏 𝟏𝟎°
= 𝟎. 𝟒𝟕𝟑𝟕𝟖
Luego, ángulo de plano de corte: ∅ = 25.4°
La deformación cortante:
𝜸 = 𝒕𝒂𝒏 𝟐𝟓. 𝟒 − 𝟏𝟎 + 𝒄𝒐𝒕 𝟐𝟓. 𝟒
𝜸 = 𝟎. 𝟐𝟕𝟓 + 𝟐. 𝟏𝟎𝟔
𝜸 = 𝟐. 𝟑𝟖𝟏
Solución
37. FUERZASENELCORTE
Al producirse el corte es necesario el desprendimiento de
viruta y como consecuencia de éste la rotura de parte del
material; este material opone una resistencia a la rotura
que es necesario vencer para poder realizar el trabajo.
Las principales fuerzas son:
Suma vectorial de F y N =
Fuerza Resultante R
- Fuerza de Fricción (F)
- Fuerza Normal a la fricción (N)
Suma vectorial de Fc y Ft
= Fuerza Resultante R’’
- Fuerza de Corte (Fc)
- Fuerza de Empuje (Ft)
Suma vectorial de Fs y Fn
= Fuerza Resultante R’
- Fuerza Cortante (Fs)
- Fuerza Normal a la cortante (Fn)
38. FUERZASENELCORTE
Las fuerzas que actúan sobre la viruta, deben estar balanceadas;
es decir que R y R’ deben ser:
- De la misma magnitud,
- De la misma dirección,
- De sentido contrario.
39.
40. Diagrama de fuerzas
Muestra las relaciones geométricas de las fuerzas que
intervienen en el modelo de corte ortogonal.
41. FUERZASENELCORTE
Coeficiente de fricción
𝝁 =
𝑭
𝑵
= 𝒕𝒂𝒏 𝜷
𝝁 = Coeficiente de fricción
𝑭 = Fuerza de fricción (N), (lb)
𝑵 = Fuerza normal a la fricción (N), (lb)
𝜷 = Ángulo de fricción (ángulo de la resultante entre F y N)
42. 𝝉 =
𝑭𝒔
𝑨𝒔
t = Esfuerzo cortante en el plano de corte. [Pa] {PSI}
𝑭𝒔 = Fuerza cortante. (paralela al plano de corte) [N] {lb}
𝑨𝒔= Área del plano de corte. [m2] {in2}
S = resistencia cortante del material de trabajo bajo las
condiciones de corte. [Pa] {PSI}
Pa (Pascal) = N/m2
PSI = libra por pulgada2
Esfuerzo cortante
𝑨𝒔 =
𝒕𝟎 𝒘
𝒔𝒆𝒏∅
𝒘 = ancho de la operación de
corte ortogonal
𝝉 = 𝑺
43. FUERZASENELCORTE
F= Fuerza de fricción. [N] {lb}
N= Fuerza normal a la fricción.
[N] {lb}
Fc= Fuerza de corte. [N] {lb}
Ft= Fuerza de empuje. [N] {lb}
Fs= Fuerza cortante. [N] {lb}
Fn= Fuerza normal a la
cortante. [N] {lb}
Durante el maquinado, en algunos casos, es posible medir dos
fuerzas: fuerza de corte 𝑭𝒄 , (paralela a la superficie de la pieza) y la
fuerza de empuje 𝑭𝒕 (perpendicular a la superficie de la pieza).
Con estas dos fuerzas se pueden calcular otras (F, N, Fs, Fn, )que no
se pueden medir directamente.
𝑭 = 𝑭𝒄 𝒔𝒆𝒏 𝜶 + 𝑭𝒕 𝒄𝒐𝒔 𝜶
𝑵 = 𝑭𝒄 𝒄𝒐𝒔 𝜶 − 𝑭𝒕 𝒔𝒆𝒏 𝜶
𝑭𝒔 = 𝑭𝒄 𝒄𝒐𝒔 ∅ − 𝑭𝒕 𝒔𝒆𝒏 ∅
𝑭𝒏 = 𝑭𝒄 𝒔𝒆𝒏 ∅ + 𝑭𝒕 𝒄𝒐𝒔 ∅
𝜷 = ángulo de fricción
R = Resultante de 𝑭𝒄 𝒚 𝑭𝒕
𝑭 = 𝑹 𝒔𝒆𝒏 𝜷
𝑵 = 𝑹 𝒄𝒐𝒔 𝜷
45. F . sen ( - )
cos ( )
= s
c
F
F . sen ( - )
cos ( )
= s
t
F
Fs = Fuerza cortante (N), (lb)
Fc = Fuerza de corte (N), (lb)
Ft = Fuerza de empuje o de avance (N), (lb)
𝛼 = ángulo de inclinación
𝛽 = ángulo de fricción
𝜙 = ángulo del plano de corte
Fuerza de corte y fuerza de empuje
46. Calcular el ángulo de cizallamiento, el coeficiente de rozamiento
y el esfuerzo cortante para un proceso de mecanizado en el que
dan las siguientes condiciones:
Material Acero AISI 36
Velocidad de corte 0,5 m/s
Angulo de ataque 15°
Espesor de viruta no deformada 0,15 mm
Ancho de corte 4 mm
Longitud de la viruta no deformada 250 mm
Longitud de la viruta 110 mm
Fuerza de empuje 50 N
Fuerza colineal con la velocidad 100 N
47. Solución
Primero se debe hallar el ángulo de rozamiento, para la cual se
aplica la relación de geometría existentes los ángulos y las fuerzas
indicadas.
tan 𝛽 − 𝛼 =
𝐹𝑡
𝐹𝑐
=
50
100
𝛽 − 𝛼 = tan−1 0,5
𝛽 = 26,57° + 15 = 41,57°
48. Una vez determinado el ángulo de rozamiento, se calcula el
coeficiente de rozamiento.
μ =tan β= tan (41,57°) = 0,88≈ 0,9
Para calcular el ángulo de cizallamiento es necesario determinar
la relación de espesor de viruta, para lo cual se parte que el área
de corte de la viruta deformada es igual al área de corte de
viruta no deformada.
𝑙0 × 𝑡0 = 𝑙𝑐 × 𝑡𝑐
𝑡0
𝑡𝑐
=
𝑙𝑐
𝑙𝑜
=
110
250
= 0,44
Con la relación de espesor de viruta calculado, se puede calcular
el ángulo de cizallamiento
tan ∅ =
𝑟 × cos 𝛼
1 − 𝑟 × sin 𝛼
=
0,44 × cos 15°
1 − 0,44 × sin 15°
= 0,479 ≈ 0,48
∅ = tan−1 0,48 = 25,65°
52. TEMPERATURADECORTE
La elevación de la temperatura en la interfaz herramienta-
viruta durante el maquinado se puede calcular según la
ecuación de Cook :
∆𝑻 =
𝟎.𝟒∗𝑼
𝝆𝑪
∗
𝒗∗𝒕𝟎
𝑲
𝟎.𝟑𝟑𝟑
∆𝑻 = Incremento de la temperatura media en la interfaz herramienta-viruta
°C (°F),
𝑼 = Energía específica en la operación (N-m/mm3 o J/mm3 {in-lb/in 3}
𝝆𝑪 = Calor específico volumétrico del material de trabajo (J/mm3 - °C)
{in-lb/in3 - °F}
𝒗 = Velocidad de corte, {m/s} (in/s),
𝒕𝟎 = Espesor de la viruta antes del corte,
𝑲 = Difusividad térmica del material de trabajo, {m2/s} (in2/s).
Difusividad térmica: Rapidez con que se difunde el calor a través de un material
53. TEMPERATURADECORTE
Para calcular la temperatura en la interfaz herramienta-
viruta, en forma experimental Trigger propuso la ecuación:
𝑻 = temperatura medida en la interfaz herramienta-viruta.
𝑽𝒄= velocidad de corte.
𝑲 y 𝒎 = constantes que dependen de las condiciones de
corte (diferentes a 𝒗) y del material de trabajo.
𝑻 = 𝑲. 𝑽𝒄
𝒎
Una temperatura excesiva afecta negativamente la
resistencia, dureza y desgaste de la herramienta de corte.
54. Referencias bibliográficas
Groover, M. (2007). Fundamentos de manufactura moderna:
materiales, procesos y sistemas (3a. ed.). España: McGraw-Hill.
Escalona, I. (2009). Máquinas: herramientas por arranque de viruta.
Argentina: El Cid Editor | apuntes.
Cabrero, J. (2012). Proceso de mecanización por arranque de viruta:
mecanizado por arranque de viruta. Argentina: IC Editorial.
Montes de Oca y Pérez López (2002). Manual de Prácticas para la
asignatura MANUFACTURA INDUSTRIAL II, Ingeniería Industrial.
Editorial: UPIICSA – IPN.
Instituto Politécnico nacional. (2006). Selección y usos de los fluidos de
corte para operaciones de maquinado. México.