Teoría de corte y recubrimientos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN
ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA,
ELECTRÓNICA, INFORMÁTICA Y MECÁNICA
E.P: INGENIERÍA MECÁNICA
TEORÍA DE CORTE Y RECUBRIMIENTO
DE MATERIALES
ASIGNATURA: Procesos de Manufactura I
CUSCO - PERÚ
2021

II
ÍNDICE
ÍNDICE DE IMÁGENES............................................................................................................. III
GENERALIDADES....................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................... 1
OBJETIVOS ................................................................................................................................... 2
CAPÍTULO I .................................................................................................................................. 3
1. MARCO TEÓRICO................................................................................................................. 3
1.1. Variables que Intervienen en la Producción.......................................................................... 3
1.2. Clasificación de las Herramientas de Corte .......................................................................... 3
1.3. Variables Básicas de Decisión para Escoger la Herramienta................................................ 4
1.4. Materiales según la Norma ISO ............................................................................................ 5
1.5. Recomendaciones en Herramientas Sólidas.......................................................................... 7
1.5.1. Fresas Verticales ................................................................................................................ 7
1.5.2. Herramientas para Aluminio .............................................................................................. 8
1.5.3. Fresas de Desbaste ............................................................................................................. 8
1.6. Recubrimientos...................................................................................................................... 9
1.6.1. Tipos de Recubrimiento ................................................................................................... 11
1.6.2. Recubrimiento por Deposición Química de Vapor CVD (Chemical Vapor Deposition) 11
1.6.3. Recubrimientos por Deposición Física de Vapor PVD (physical vapor deposition)....... 12
1.7. Tipos de Desgaste................................................................................................................ 12
1.8. Economía del Mecanizado .................................................................................................. 13
1.9. Control de Herramientas ..................................................................................................... 14
1.10. Parámetros de Mecanizado................................................................................................ 14
1.10.1. Velocidad de Corte......................................................................................................... 14
1.10.2. Revoluciones (RPM)...................................................................................................... 15
1.10.3. Avance por Diente.......................................................................................................... 15

III
1.10.4. Avance de Mesa ............................................................................................................. 16
1.11. Refrigeración..................................................................................................................... 16
1.12. Sujeción de la Pieza de Trabajo ........................................................................................ 17
CONCLUSIONES........................................................................................................................ 18
RECOMENDACIONES............................................................................................................... 18
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 18
ÍNDICE DE IMÁGENES
Figura 1. Aplicaciones de los porta insertos para torneado ........................................................... 4
Figura 2. Nomenclatura y colores usados para cada material según la norma ISO....................... 5
Figura 3. Tipos de viruta generado en el mecanizado para cada material según la norma ISO .... 6
Figura 4. Fresas verticales de dos y cuatro filos............................................................................ 8
Figura 5. Fresa de desbaste............................................................................................................ 9
Figura 6. Adherencia al material mecanizado por falta de recubrimiento en la herramienta ...... 10
Figura 7. Comparación entre el corte de una herramienta sin recubrimiento y con recubrimiento
....................................................................................................................................................... 10
Figura 8. Recubrimiento por CVD .............................................................................................. 11
Figura 9. Recubrimiento por PVD............................................................................................... 12
Figura 10. Tipos de desgaste por abrasión, difusión, Oxidación y adhesión respectivamente.... 13

1
GENERALIDADES
INTRODUCCIÓN
Ya desde tiempos antiguos los seres humanos han utilizado diferentes materiales para dar
forma a otros de menor dureza y resistencia. Antiguamente los trabajos en metal eran demasiado
laboriosos, ya que la tecnología metal mecánica era aún muy precaria.
Actualmente para mecanizar piezas metálicas se utilizan diferentes tipos de máquinas y
herramientas de corte que permiten un mejor acabado y calidad en la pieza final. Existen diferentes
tipos de mecanizado según la forma geométrica requerida al final del proceso, como el taladrado,
fresado torneado, etc.
Los recubrimientos en herramientas de corte permiten un adecuado trabajo al momento de
eliminar material en el proceso de mecanizado. El tipo de recubrimiento dependerá de material de
la herramienta y el trabajo que realizará en algún proceso de mecanizado ya que las herramientas
de corte cuentan con varias formás y disposiciones según la aplicación que se va a realizar.
En el proceso de corte se manejan diferentes parámetros como la velocidad de corte,
velocidad de mesa, velocidad en RPM del husillo, etc. Es importante manejar adecuadamente
todos los parámetros del proceso de mecanizado, también se debe seleccionar adecuadamente el
tipo de proceso, la máquina y la herramienta con la que se mecanizarán las piezas para obtener
calidad en la forma final de la pieza mecanizada.

2
OBJETIVOS
Objetivo general
✓ Estudiar de forma general la teoría de corte
Objetivos específicos
✓ Estudiar algunos parámetros importantes que intervienen en la teoría de corte
✓ Estudiar los tipos de recubrimiento aplicados a las herramientas de corte

3
CAPÍTULO I
1. MARCO TEÓRICO
1.1. Variables que Intervienen en la Producción
Las herramientas de Corte, son elementos de material resistente de diferentes formas según
al trabajo a realizar, pueden estar hechos de carburo de tungsteno, acero rápido, etc. Las
herramientas de corte se escogen según al material a mecanizar y el tipo de operación que se va a
realizar dependiendo de las formas geométricas que se quiere obtener después del mecanizado.
El material, es una variable previamente definida y que no puede cambiarse ya que cada
material posee propiedades físicas, mecánicas y químicas particulares.
La maquinaria usada es importante y estas pueden ser máquinas convencionales o de
control numérico que pueden realizar un proceso o más de uno.
La mano de obra, comprende al personal capacitado que pueda operar adecuadamente las
máquinas y herramientas. Esto implica el dominio de software que permite diseñar y realizar las
diferentes operaciones por medio del control numérico.
Las instalaciones, son todo el espacio en el que se ubican las máquinas y herramientas. Es
el lugar de trabajo que debe contar con todos los protocolos de seguridad y elementos de protección
para un adecuado funcionamiento de las máquinas y trabajo adecuado del personal.
1.2. Clasificación de las Herramientas de Corte
a) Herramientas Solidas: Son herramientas que están fabricadas de un solo material en
toda su estructura, aunque el recubrimiento puede ser de un diferente material. Entre
estas herramientas tenemos a los escariadores, los buriles, los machuelos, las terrajas,
etc. Tienen un menor rango de parámetros de ajuste, estos parámetros pueden tener
hasta un 5 % de desviación.
b) Herramientas intercambiables: Son herramientas donde la pastilla o inserto está
hecho de un diferente material al que realiza el corte, éste último puede estar hecho de
carburo de tungsteno con recubrimiento que va sujeto a un porta herramientas, o mango
que están fabricados de material diferente que puede ser acero de alta resistencia. Estás
herramientas tienen tamaños variado, diferentes filos y geometrías diferentes. Tienen

4
un mayor rango de parámetros de ajuste que las sólidas, sus parámetros pueden tener
hasta 15 % de desviación.
1.3. Variables Básicas de Decisión para Escoger la Herramienta
a) Operación de mecanizado a realizar: Por ejemplo, planeado o facing, mecanizado,
taladrado torneado fresado, etc.
b) Máquina - material, tipo de máquina, sus características, su capacidad, su recorrido, el
tipo de material que se va a mecanizar. También debemos tomar en cuenta las
dimensiones de la pieza.
Figura 1
Aplicaciones de los porta insertos para torneado
Nota: HERRATEC. (2015, 18 septiembre). Optimización en el manejo de las herramientas de
corte. YouTube. Recuperado 18 de noviembre de 2021, de
https://www.youtube.com/watch?v=9I_vg1XuidA&ab_channel=HERRATEC
En las operaciones de fresado, tenemos las siguientes.

5
a) Copiado o copyning: Sigue una superficie para ello se usa herramientas de punta
redonda.
b) Planeado o facing: Poner a un mismo nivel una superficie mediante la eliminación de
material.
c) Slotting: Es hacer un ranurado donde la herramienta trabaja en contacto de todas sus
superficies para mecanizar por lo que es de un difícil control.
d) Ramping: Se usa mucho para la entrada de la herramienta, se genera cuando trabajan
dos ejes (Z y X o Z y Y) protegen más el filo de la herramienta.
e) Helical Cutting: Trabaja con los tres ejes y protege la herramienta ya que hay
distribución de fuerzas de corte uniforme en todas las superficies de la herramienta.
f) Sistema de refrigeración: Muy importante ya que los materiales al ser mecanizados
generan calor debido a la fricción.
1.4. Materiales según la Norma ISO
La figura siguiente muestran las nomenclaturas y colores usados para cada material
Figura 2
Nomenclatura y colores usados para cada material según la norma ISO
Nota: HERRATEC. (2015, 18 septiembre). Optimización en el manejo de las
herramientas de corte. YouTube. Recuperado 18 de noviembre de 2021, de

6
La imagen siguiente muestra el tipo de formación de viruta en el material mecanizado, de
acuerdo a la geometría de la herramienta y el tipo de material.
Figura 3
Tipos de viruta generado en el mecanizado para cada material según la norma ISO
Es importante tomar en cuenta la viruta del material a mecanizar debido a la conductividad
térmica del material mecanizado ya que en el proceso de mecanizado se produce calor y este debe
disiparse a través de la viruta o la herramienta. Si la herramienta o la pieza mecanizada no tienen
buena conductividad térmica no habrá disipación de calor y se produciría deformaciones plásticas
en el filo de corte de la herramienta. Esto se reduce usando refrigerantes, pero aumenta el costo de
operación o del mecanizado.
Para el caso del acero la viruta del material es larga, el control de la viruta es relativamente
fácil y uniforme. El acero de bajo contenido de carbono es pastoso y requiere filos agudos. La
fuerza de corte específica para el acero esta entre un kc: 1500 – 3000 N/mm2
.

7
El acero inoxidable presenta una viruta larga, el control de viruta es regular en el ferrítico
y llega a ser difícil en el austenítico. En el mecanizado genera elevadas fuerzas de corte, filo de
aportación y superficies con endurecimiento térmico y mecánico. La fuerza de corte específica
está en el rango de 1800 – 2850 N/mm2
.
La fundición presenta una viruta corta, el control de la viruta es de un control óptimo. El
mecanizado a alta velocidad genera desgaste por abrasión y las fuerzas de corte son moderadas, la
fuerza de corte específica está entre 790 – 1350 N/mm2
.
Los materiales no ferrosos presentan viruta larga, el control de viruta es relativamente fácil,
si está aleado. El aluminio es pastoso y requiere filos agudos, la fuerza de corte y la potencia
requerida para mecanizar materiales no ferrosos permanecen dentro de un margen limitado. La
fuerza de corte específica esta entre 350 – 1350 N/mm2
.
Las superaleaciones termorresistentes están hechas a base de hierro, níquel, cobalto o
titanio, presentan una viruta larga y el control de viruta es difícil ya que la viruta es segmentada.
Requieren un ángulo de desprendimiento negativo si se utiliza cerámica y positivo si se utiliza
metal duro, las fuerzas de corte y potencia requerida son muy elevadas. La fuerza de corte
específica está entre 2400 – 3100 N/mm2
para HRSA (superaleaciones termorresistentes) y
1300 – 1400 N/mm2
para el titanio.
1.5. Recomendaciones en Herramientas Sólidas
1.5.1. Fresas Verticales
En estas herramientas tenemos por ejemplo a los escariadores que pueden ser: de dos filos
que presentan mejor y mayor capacidad de evacuación de viruta, recomendado en operaciones de
ranurado y mecanizado de aluminio; y de cuatro filos que permite mayor avance y estabilidad
recomendado para el acabado de superficies.

8
Figura 4
Fresas verticales de dos y cuatro filos
1.5.2. Herramientas para Aluminio
Las técnicas modernas de mecanizado se caracterizan por las máximas velocidades de corte
y de avance, que permiten eliminar mayor cantidad de material por unidad de tiempo. En el fresado
por ejemplo se requiere un filo de corte pulido adecuado para el mecanizado de Aluminio que
aseguran un excelente rendimiento. En el caso del torneado se requiere un alto ángulo de ataque y
baja resistencia al corte que asegura largo tiempo de vida del inserto en corte continuo.
Para el mecanizado a altas velocidades del Aluminio, y otros materiales no ferrosos se
requiere escariadores especiales que presentan un ángulo de hélice de 45° y un afilado especial
que mejora el acabado y la evacuación de viruta
1.5.3. Fresas de Desbaste
Permite la eliminación de grandes cantidades de material, utiliza una forma de dientes de
corte ondulado en la periferia además producen pequeñas virutas y reducen la vibración.

9
Figura 5
Fresa de desbaste
1.6. Recubrimientos
Un recubrimiento de herramienta es una película delgada de protección en la superficie de
la herramienta que permite alargar la vida útil.
Los recubrimientos PVD (physical vapor deposition) presentan espesores de entre 0.5 a 4
micrómetros, mientras que un cabello humano presenta un diámetro entre 50 a 100 micrómetros.
En el proceso de fresado por ejemplo, si los escariadores no tuvieran recubrimientos en el
momento del mecanizado el filo de la herramienta entra en contacto con la superficie a mecanizar,
y en este proceso parte del material cortado se adhiere al filo de la herramienta debido al calor
generado por la fricción en el punto de contacto, esto produce acumulación de material en el filo
y con el tiempo se pierde la geometría original del filo, además genera oxidación del material
acumulado en el filo debido a la presencia de oxígeno. Todos estos efectos negativos son
solucionados gracias al recubrimiento que se le pone a la herramienta permitiendo un trabajo
adecuado.

10
Figura 6
Adherencia al material mecanizado por falta de recubrimiento en la herramienta
Los propósitos principales del recubrimiento son la resistencia a la adhesión, resistencia al
desgaste, resistencia a la oxidación en altas temperaturas, todo esto permite que la herramienta
tenga mayor vida útil.
Figura 7
Comparación entre el corte de una herramienta sin recubrimiento y con recubrimiento

11
1.6.1. Tipos de Recubrimiento
1.6.2. Recubrimiento por Deposición Química de Vapor CVD (Chemical Vapor
Deposition)
Presenta un mayor espesor en comparación a recubrimientos por PVD ya que generalmente
se aplican a herramientas cuyo material de fabricación presentan un tamaño de grano más grande
que las herramientas en las que se usa recubrimientos por PVD.
Figura 8
Recubrimiento por CVD
Este recubrimiento es mayormente usado para cortes continuos y para el proceso de
torneado, pero no es adecuado para el proceso de fresado ya que se desprendería con facilidad. Es
más usado para cubrir materiales de baja dureza o bajo contenido de carbono, puede usarse también
en materiales duros, pero esto dependerá de otros parámetros como el rompe viruta.

12
1.6.3. Recubrimientos por Deposición Física de Vapor PVD (physical vapor deposition)
Este recubrimiento se aplica a materiales cuyo tamaño de grano es más homogéneo y más
compacto en consecuencia de mayor dureza. Por ello el recubrimiento aplicado a este tipo de
herramientas es de menor espesor que los recubrimientos QVD.
Figura 9
Recubrimiento por PVD
1.7. Tipos de Desgaste
a) Desgaste por Abrasión: Se produce por contacto directo entre los materiales, donde el
material más duro que el material del que está hecho la herramienta. Esto produce
rayado y desgaste en la herramienta.
b) Desgaste por Difusión: Se genera debido al aumento de temperatura de la herramienta.
La difusión se produce entre las redes cristalinas de la pieza y la herramienta,
debilitando la superficie de la herramienta.

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c) Desgaste por Oxidación: Se generan en el extremo de la zona de contacto del filo con
la viruta, donde la temperatura de la herramienta es elevada y está en contacto con el
oxígeno de la atmósfera.
d) Desgaste por Adhesión: Se presenta cuando hay alta temperatura en la zona de corte, y
los materiales de la herramienta y de la pieza se sueldan y al separarse parte de la
herramienta se desprende.
Figura 10
Tipos de desgaste por abrasión, difusión, Oxidación y adhesión respectivamente
1.8. Economía del Mecanizado
En este aspecto debemos tomar en cuenta las siguientes consideraciones.
a) Precio de la Herramienta: Cuando se busca una herramienta y le reducen el costo en un
30%, solo se reduciría el costo total por componente en un 1%.
b) Vida de la Herramienta: Si incrementamos la vida de la herramienta en un 50%
controlando distintos parámetros en el proceso de mecanizado, el costo total por
componente se reduce en un 1%.
c) Tiempo de Mecanizado: Si incrementamos los parámetros de corte en un 20%, el costo
total por componente se reduce en un 15%.

14
1.9. Control de Herramientas
En este aspecto tomaremos en cuenta las siguientes consideraciones.
a) El 30% a 60% del inventario está fuera de control, siempre que no tenemos información
sobre la aplicación de cada máquina y el tipo de herramientas utilizada en cada proceso
de mecanizado.
b) El 16 % de los trabajos programados se retrasan por falta de herramientas, siempre que
no se cuente con un inventario de máquinas y herramientas que permitan realizar el
proceso de mecanizado requerido.
c) El 20% del tiempo del operario es destinado en buscar herramientas. Para evitar este
inconveniente es necesario tener ya un inventario sobre el proceso, la máquina y la
herramienta que se va a usar en el proceso de mecanizado desde el diseño de la pieza.
d) El 40% a 80% del tiempo de supervisión se pierde buscando herramienta. Por este
motivo es necesario que el diseño de la pieza y el proceso de producción sean
considerados al mismo tiempo para conseguir de antemano las máquinas y
herramientas que se van a usar en el proceso de mecanizado.
1.10. Parámetros de Mecanizado
a) Variables en el torneado: En este caso consideramos a la velocidad de corte, la
velocidad de giro y el avance final.
b) Variables en el Fresado: En este proceso consideramos a la velocidad de corte,
velocidad de giro, avance por diente y avance final.
1.10.1. Velocidad de Corte
Para esta variable debemos identificar un valor de velocidad adecuado para cada material,
esto se verifica aplicando de siguiente fórmula.
𝑉
𝑐 =
𝜋𝑥𝐷𝑥𝑛
1000
Donde:
𝑉
𝑐= Velocidad de corte [m/min]
D=Diámetro [mm]
n=RPM [𝑚𝑖𝑛−1
]

15
Para realizar la comparación tenemos un rango de velocidades aproximado para cada
material.
Para aceros en general la velocidad de corte está entre 100 – 250 m/min
Para materiales inoxidables la velocidad de corte está entre 50 – 100 m/min
Para fundiciones la velocidad de corte está entre 120 – 400 m/min
Para Aluminio la velocidad de corte está entre 150 – 300 m/min
1.10.2. Revoluciones (RPM)
Para esta variable la sabemos que la velocidad de corte es constante, en consecuencia, las
RPM del husillo o herramienta de corte se puede calcular aplicando la fórmula siguiente:
𝑅𝑃𝑀 =
𝑉𝐶𝑥1000
𝜋𝑥𝐷
Donde:
VC= Velocidad de corte [m/min]
D=Diámetro [mm]
Esta variable es muy importante, por ejemplo, en el torneado para tornos convencionales
se calcula con un diámetro promedio entre el diámetro del material al principio y el diámetro final
luego del mecanizado.
Para el caso del tronzado las RPM son altas al final, y es recomendable trabajar al inicio
con una RPM alta, luego para evitar que se queme el inserto se puede trabajar con picoteo
(aumentar o disminuir la velocidad en tramos cortos de tiempo mientras dura el mecanizado) y ya
en la parte final podemos mantener las RPM constante pero siempre usando revoluciones altas,
para evitar efectos negativos en la herramienta o en el proceso de mecanizado. En caso de
Maquinas por CNC este proceso es más fácil ya el sistema regula las RPM según se requiera para
una determinada aplicación.
1.10.3. Avance por Diente
Esta variable ya está viene determinada en los catálogos según el tipo de inserto que se va
a usar, sus dimensiones generalmente son los milímetros. En el caso del fresado debemos tener en
cuenta el número de insertos, ya que si hay más insertos en la herramienta el avance será mayor y
las RPM serán de menor valor. El avance por diente se calcula aplicando la formula siguiente.

16
𝑓𝑧 =
𝑉𝑓
𝑛𝑥𝑍
Donde:
𝑓𝑧=Avance por diente [mm]
𝑉𝑓= Velocidad de mesa [mm/min]
𝑛=RPM [min−1
]
Z=Número de dientes [Adimensional]
1.10.4. Avance de Mesa
Como cada inserto tiene un avance por diente predeterminado por el fabricante que viene
dado en catálogos, para calcular la velocidad de avance de mesa debemos multiplicar el valor
unitario de avance por la cantidad de insertos o dientes que se tiene en la herramienta y luego se
multiplica por el valor de las RPM. Esto lo calculamos con la fórmula que sigue.
𝑉𝑓 = 𝑛𝑥𝑍𝑥𝑓𝑧
Donde:
𝑉𝑓= Velocidad de mesa [mm/min]
𝑛=RPM [min−1
]
Z= Número de dientes [Adimensional]
𝑓𝑧= Avance por diente [mm]
1.11. Refrigeración
Si controlamos todos los parámetros y no tomamos en cuenta la refrigeración, todo el
proceso tendrá resultados negativos. Tomando en cuenta la fricción y la temperatura generada en
el mecanizado debemos analizar si es o no conveniente aplicar refrigeración en el proceso de
mecanizado para tener un trabajo óptimo. Si las temperaturas son altas es necesario refrigerar la
zona de corte, para este propósito se usan chorros de agua u otros líquidos que ayudan a que el
mecanizado sea adecuado y de calidad

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1.12. Sujeción de la Pieza de Trabajo
La sujeción de la pieza es importante, debido a que los desniveles en las superficies de
trabajo que pueden generarse en el proceso de mecanizado debido a una mala sujeción impiden el
correcto funcionamiento de las máquinas y herramientas de cortes pudiendo estropearse o
romperse en el caso de las herramientas.
La correcta sujeción de la pieza de trabajo permite mejor perforación de alto rendimiento
de empuje y fuerza de corte horizontal.

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CONCLUSIONES
1. En teoría de corte debemos considerar parámetros como, tipo de máquina, tipo de
mecanizado, tipos de herramienta, refrigeración, velocidad de corte, velocidad del husillo
en RPM y velocidad de avance; para la adecuada realización del proceso de mecanizado.
2. El recubrimiento que se aplica a una herramienta depende del tipo de material del que este
fabricado, tamaño de grano, propiedades físicas y mecánicas, por último, la aplicación que
va a realizar la herramienta.
RECOMENDACIONES
1. Verificar las fórmulas descritas en la fuente principal para su correcta interpretación.
2. Corroborar toda la información descrita en el documento con la fuente principal y otras
fuentes.
BIBLIOGRAFÍA
1. HERRATEC. (2015, 18 septiembre). Optimización en el manejo de las herramientas de

Teoría de corte y recubrimientos

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