Este documento describe la teoría del mecanizado de metales. Explica los conceptos clave como la formación de virutas, las fuerzas involucradas en el corte de metales, y las relaciones entre potencia, energía y temperatura en el mecanizado. Además, cubre temas como los diferentes tipos de operaciones de mecanizado como torneado, taladrado y fresado, así como las máquinas herramientas y condiciones de corte utilizadas.

1. TEORIA DEL MAQUINADO DE
METALES
1. Visión general de la tecnología de mecanizado
2. Teoría de la formación de viruta en el mecanizado de
metales.
• Modelo de corte ortogonal
• Formación real de la viruta
3. Las relaciones de la Fuerza y la ecuación Merchant
• Fuerzas en el corte de metales
• La Ecuación de Merchant
4. Relaciones entre potencia y energía en el Mecanizado
5. Temperatura de corte
• Métodos analíticos para el cálculo de la T de corte.
• Medición de la temperatura de corte

2. 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, con el fin de lograr la forma final que se desea.
• Maquinado convencional, en el cual una herramienta
de corte agudo, se utiliza para cortar mecánicamente el
material.
• Proceso abrasivo, El material se remueve de forma
mecánica, mediante la acción de partículas abrasivas
duras.
• Procesos no tradicionales, utilizan otras formas de
energía, aparte de la herramienta de corte agudo ó de
partículas abrasivas.

3. Los 3 procesos principales de maquinado son:
 El torneado
 El Taladrado
 El fresado
Las demás operaciones de maquinado son:
 El perfilado
 El cepillado
 El escariado
 El aserrado
Las demás procesos abrasivos son:
 Afilado
 Fundido
 Acabados

4. El Maquinado
• El maquinado se puede aplicar a una amplia variedad de
materiales de trabajo.
• Prácticamente todos los materiales sólidos se pueden maquinar.
(a) Sección transversal del proceso de maquinado, (b) Herramienta con
ángulo de inclinación negativo.

5. Las herramientas de corte
Una herramienta de corte tiene uno ó más filos
cortantes y está hecha de un material más duro
que el material de trabajo.
Angulo de inclinación (α), es sobre el cual se
orienta la cara inclinada que dirige el flujo de la
viruta resultante, se mide respecto a un plano
perpendicular a la superficie de trabajo.
El ángulo de inclinación puede ser positivo, como
en a) ó negativo como en b)

6. ¿Por qué es Importante el
Mecanizado?
• Por la variedad de materiales de trabajo que se
pueden mecanizar.
• Por su uso para cortar metales.
• Por la variedad de formas de piezas especiales con
características geométricas posibles, tales como:
 roscas de tornillo.
 Precisos agujeros redondos
 Bordes rectos
 Superficies con buena precisión dimensional y
acabado superficial.

7. Las formas de energía utilizadas en los procesos no tradicionales
son:
• Energía Mecánica
• Energía Electromecánica
• Energía Térmica
• Energía química
• Los plásticos y sus compuestos, se pueden cortar también por
maquinado.
• En el caso de los cerámicos, presentan dificultades, debido a su
alta dureza y fragilidad, sin embargo la gran mayoría se pueden
cortar mediante procesos de maquinado abrasivo.

8. Desventajas del Maquinado
• Desperdicio de material.
En el proceso de maquinado, la viruta que se genera es
material de desperdicio, aunque en la actualidad, se
puede reciclar, disminuyendo el desperdicio.
• Tiempo de consumo
Una operación de mecanizado generalmente lleva más
tiempo para dar forma a una pieza determinada, que
en los procesos alternos de conformación, tales como
la fundición, metalurgia de polvo, o forjado.

9. Maquinado y secuencia de
Manufactura
• Generalmente se realiza después de los procesos de
fabricación, tales como:
• fundición,
• forja,
• Deformación volumétrica
Otros procesos crean la forma general de la pieza y el
maquinado ofrece la forma final, dimensiones,
acabado y detalles geométricos especiales que otros
procesos no pueden crear.

10. Operaciones de maquinado
Para realizar la operación de maquinado, se
requiere, movimiento relativo entre la pieza ó
material de trabajo y la herramienta.
Este movimiento relativo, se logra por medio de
un movimiento primario conocido como,
• velocidad de corte.
y un movimiento secundario, conocido como,
• avance.

11. Torneado
Herramienta de corte elimina material de una pieza de
trabajo giratorio para formar una forma cilíndrica.
Los tres movimientos mas comunes del proceso de maquinado

12. Taladrado
Se utiliza para crear un agujero redondo, generalmente por medio
de una herramienta giratoria (broca) con dos bordes cortantes

13. Fresado
• Rotación múltiple de herramienta, a través del
trabajo para cortar un plano o superficie recta.
Dos formas: c) fresado periférico y d)fresado frontal

14. Herramientas de corte de formas complejas
Existen dos tipos básicos:
a) Herramienta de una sola punta, la cual tiene un filo cortante y se utiliza para
operaciones como el torneado, generalmente tiene una punta redondeada
llamada radio de la nariz.
b) Herramienta de múltiples filos cortantes, tiene más de un borde de corte y
generalmente realizan su movimiento respecto a la pieza de trabajo mediante
rotación. El Taladrado y el Fresado utilizan herramientas rotatorias de
múltiples filos cortantes.

15. Herramientas de corte
(a) Herramienta de una sola punta, que muestra la cara inclinada, el
flanco y la punta. (b) Una fresa helicoidal, representativa de las
herramientas con bordes cortantes múltiples.

16. Condiciones de corte
Estas son las tres dimensiones del proceso de
maquinado:
– Velocidad de corte v – movimiento primario.
– Avance f – movimientosecundario.
– Profundidad de corte d – penetración de la herramienta
de corte dentro de la superficie original de trabajo.
Para dichas operaciones, la tasa de remoción de
material viene dada por:
RMR = v f d
En donde, RMR = Tasa de remoción de material, mm3/s ó
(in3/min) = velocidad de corte, m/s ó (ft/min), la cual
debe convertirse a mm/s ó (in/min).

17. f = avance, mm ó (in)
d = profundidad de corte, mm ó (in)
Las unidades típicas usadas para la velocidad de corte son m/s ó
(ft/min).
El avance en torneado se expresa usualmente en mm/rev ó
(in/rev) y la profundidad de corte se expresa en mm ó (in).
En la operación de taladrado, la profundidad se interpreta
normalmente como la profundidad del agujero taladrado.

18. Condiciones de corte para el Torneado
Velocidad de corte v, avance f y profundidad de corte d, de una
operación de torneado.

19. Desbaste vs Acabado
Las operaciones de maquinado, se dividen
normalmente en dos categorías, distinguidas por el
propósito y las condiciones de corte:
 Cortes para desbaste primario, se usan para remover
grandes cantidades de material de la pieza, a fin de
producir una forma muy cercana a la requerida. Estas
operaciones se realizan a alta velocidad.
 Cortes de acabado, se usan para completar la pieza y
alcanzar las dimensiones finales, las tolerancias y el
acabado de superficie. Estas operaciones se realizan a
baja velocidad.

20. Máquinas herramientas
El término máquina herramienta, se aplica a
cualquier máquina accionada por fuerza motriz que
realice operaciones de maquinado, incluso el
esmerilado.
Máquinas herramientas más frecuentes:
– Tornos.
– Prensas taladradoras.
– Máquinas fresadoras.
Las máquinas herramientas modernas, realizan sus
procesos con un alto grado de automatización, CNC.

21. Corte Ortogonal
Aunque un proceso real es tridimensional, el
corte ortogonal tiene solo dos dimensiones.
Corte ortogonal: como un proceso tridimensional

22. 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. Esta
corresponde al espesor de la viruta antes de su
formación to , al formarse la viruta a lo largo del
plano de corte, incrementa su espesor a tc
La relación del grueso de la viruta ó relación de viruta r, viene dado por:
to
r
tc
Como el espesor de la viruta después del corte siempre es
mayor que el espesor antes del corte, la relación de viruta
siempre será menor a 1.0

23. Determinación del ángulo del plano de
corte
• Con base en los parámetros geométricos
conocidos, podemos determinar el ángulo del
plano de corte así: sea ls = longitud del
plano de corte, entonces….
Ls sen / Ls cos ( -α) = sen / cos ( -α)
Lo anterior puede agruparse a fin de determinar
el valor de , quedando:
r cos
tan
1 r sin

24. Deformación cortante durante la
formación de viruta
(a) Formación de viruta, representada por las placas paralelas, (b) una placa
aislada, y(c) triángulo de deformación cortante.

25. Deformación cortante
La deformación cortante para el corte de metales, se
reduce a la siguiente ecuación, basada en el modelo de
placas paralelas:
= tan( - ) + cot
En donde:
= deformación cortante,
= ángulo del plano de corte, y
= ángulo de inclinación de la herramienta de corte.

26. Ejemplo Corte Ortogonal
En una operación de maquinado que se aproxima al corte ortogonal,
La herramienta de corte tiene un ángulo de inclinación de 10o.
El espesor de la viruta antes del corte es 0.50 mm y el espesor de la viruta
Después del corte es 1.125 mm. Calcule el plano de corte y la deformación
Cortante de la operación.
La relación de espesor de la viruta, se determina por:
por lo tanto r = 0.50 / 1.25 = 0.444
El ángulo del plano de corte está dado por:
Por lo tanto, tang = 0.444 cos 10o / 1-0.444 sen 10o = 0.4738
= 25.4
La deformación cortante se calcula con la ecuación,
= tan( - ) + cot
= tan(25.4 - 10) + cot 25.4
= 0.275 + 2.111 = 2.386

27. Formación de viruta
Visión más realista de la formación de viruta, en la que se
muestra la zona de corte, y la zona secundaria de corte, como
resultado de la fricción herramienta-viruta.

28. Viruta Discontinua
• A bajas velocidades de
corte, la viruta se forma
en segmentos separados.
• Se forma una textura
irregular en la superficie
maquinada.
• Una alta fricción
herramienta-viruta
• Avances y profundidades
grandes promueven este
tipo de formación.

29. Viruta Continua
• Materiales dúctiles
• Velocidades altas
• Avances y profundidades
pequeños.
• Borde cortante bien afilado
• Baja fricción herramienta-
viruta
• Virutas continuas y largas.

30. Viruta Continua con acumulación
• Materiales dúctiles
• Baja a media velocidad de
corte.
• La fricción entre
herramienta-viruta, causa
adhesión de porciones de
material de trabajo.
• La formación de
acumulación en el borde es
naturaleza cíclica.

31. Viruta dentada
• Virutas Semicontinuas –
forma de diente de sierra.
• Formación cíclica de la
viruta de alta resistencia
al corte.
• Está asociada con metales
difíciles de
maquinar, como las
aleaciones de
Titanio, superaleaciones a
base de níquel y aceros
enoxidables austénicos.

32. Fuerzas que actúan sobre la viruta
• Fuerza de Fricción F y Fuerza Normal a la fricción N.
• Fuerza cortante Fs y Fuerza Normal a la cortante Fn
(a) fuerzas que actúan sobre la viruta en el corte ortogonal

33. Fuerzas Resultantes
• La suma vectorial de F y N = Fuerza resultante R
• La suma vectorial de Fs y Fn = Fuerza resultante R‘
Fs = fuerza cortante, que causa la deformación de corte
que ocurre en el plano de corte.
Fn = fuerza normal a la cortante, es normal a la fuerza
cortante.
• Las fuerzas que actúan sobre la viruta, deben estar
balanceadas:
– R' debe ser igual en magnitud a R
– R’ debe ser opuesta en dirección a R
– R’ debe ser contraria a R

34. Coeficiente de Fricción
Coeficiente de fricción entre la herramienta y la
viruta:
F
N
La fuerza de fricción y su fuerza normal, se
pueden sumar vectorialmente, para formar una
fuerza resultante R, la cual se orienta en un
ángulo , llamado ángulo de fricción.
El ángulo de fricción se relaciona con el
coeficiente de fricción de la siguiente manera:
tan

35. Esfuerzo cortante
La fuerza cortante Fs , es la fuerza que causa la deformación de
corte que ocurre en el plano de corte, por lo cual la fuerza normal
a la cortante será Fn.
Con base en la fuerza cortante, se define el esfuerzo
cortante que actúa a lo largo del plano de corte entre la
Fs
pieza de trabajo y la viruta como: S
As
t ow
En donde el área del plano de corte, As = As sin
w = ancho de la operación de corte ortogonal.

36. Fuerza de corte y fuerza de empuje
• F, N, Fs, and Fn , no pueden medirse directamente.
– Fuerza de corte Fc y fuerza de empuje Ft
(b) Fuerzas que actúan sobre la herramienta y pueden medirse

37. Fuerzas en el corte de metales
• Se pueden deducir ecuaciones para relacionar las cuatro fuerzas
componentes que no pueden medirse con las dos fuerzas que
pueden ser medidas:
F = Fc sin + Ft cos
N = Fc cos - Ft sin
Fs = Fc cos - Ft sin
Fn = Fc sin + Ft cos
• Si la fuerza de corte y la fuerza de empuje son conocidas, se
pueden utilizar estas 4 ecuaciones para calcular estimaciones de
la fuerza cortante, la fuerza de fricción y la fuerza normal a la
fricción, y con base en estos estimados, se puede determinar el
esfuerzo cortante y el coeficiente de fricción.

38. EJERCICIO Esfuerzo cortante en maquinado
Tomando como ejemplo el ejercicio de corte ortogonal, suponga que la
fuerza de corte y la fuerza de empuje se miden durante una operación
de corte ortogonal con valores de Fc = 1559 N y Ft = 1271 N. El ancho de
La operación de corte ortogonal, es w = 3.0 mm. Con base en éstos datos,
Determine la resistencia al corte del material de trabajo.

39. Solución
A partir del ejemplo de corte ortogonal, el ángulo inclinado es de
10o y el ángulo del plano de corte es 25.4o .
La fuerza cortante, se calcula a partir de: Fs = Fc cos - Ft sin
: Fs = 1559N cos 25.4o - 1271N sen 25.4o = 863 N
El área del plano de corte, está determinada por: A t ow
s
sin
= (0.50 mm) (3.0 mm) = 3.497 mm2
sen 25.4o
por lo tanto, el esfuerzo cortante que iguala la resistencia al corte
Del material de trabajo es:
Fs
S = 863 N = 247 N/ mm2 = 247 Mpa
As 3.497 mm2