Principios del Corte Ortogonal: Geometría, Viruta y Fluidos de Mecanizado

Corte Ortogonal

En el corte ortogonal, el Plano de Trabajo (Ptrab) es paralelo al Plano de Medida (Pmedida).

Condiciones para el Desprendimiento de Viruta

Para que haya desprendimiento de viruta, se necesitan tres condiciones fundamentales:

• Velocidad relativa de corte (Vc) entre la herramienta y la pieza.
• Dureza relativa (tenacidad) adecuada: la herramienta debe ser más dura y tenaz que el material a cortar en las condiciones de corte.
• Existencia de una arista de corte afilada.

Factores que Afectan la Calidad Superficial

La calidad superficial resultante del mecanizado depende principalmente de:

• Vc (Velocidad de corte): Influye en la temperatura, el acabado y la formación del filo recrecido.
• Movimiento principal de corte (Mc): Determina mayoritariamente la potencia requerida en el mecanismo.
• Va (Velocidad de avance): Afecta directamente la rugosidad superficial.
• Movimiento de avance (Ma): Asegura el corte continuo y la generación de la superficie mecanizada.

Planos de Referencia en el Corte

• Plano de Referencia (Pref): Perpendicular (⊥) a la dirección de la Velocidad de corte (Vc) y paralelo (//) al Plano base (Pb). Los planos Pref y Pc son ortogonales entre sí.
• Plano de Medida (Pmedida): Perpendicular (⊥) al Plano de corte (Pc) y perpendicular (⊥) al Plano de referencia (Pref).
• Plano de Trabajo (Ptrab): Perpendicular (⊥) al Plano de referencia (Pref). Contiene los vectores de Velocidad de corte (Vc) y Velocidad de avance (Va).
• Plano de Corte (Pc): Plano que contiene el filo de corte y la dirección de la velocidad de corte. Contiene el punto de referencia de la herramienta.

Ángulos de la Herramienta de Corte

Ángulo de Incidencia (α)

Formado entre el Plano de Corte (Pc) y la superficie de incidencia de la herramienta, medido en el plano de medida. Evita el rozamiento entre la herramienta y la superficie mecanizada.

Ángulo de Cuña (β)

Formado por la Superficie de Desprendimiento de Viruta (SDV) y la Superficie de Incidencia (SI). Relacionado con la robustez de la arista de corte.

Ángulo de Desprendimiento de Viruta (Γ)

Formado entre el Plano de Referencia (Pr) y la Superficie de Desprendimiento de Viruta (SDV). Determina el tipo de formación de viruta y afecta la potencia de corte. Al aumentar Γ, generalmente disminuye el esfuerzo de corte y mejora el flujo de viruta, pero debilita el filo. Para facilitar el corte, se busca optimizar este ángulo según el material y aumentar la tenacidad de la herramienta.

Ángulo de Vértice (ε)

Formado por la proyección del filo principal y el filo secundario sobre el plano de referencia. Influye en la tenacidad de la punta de la herramienta y en su accesibilidad a ciertas zonas de la pieza.

Radio de Punta

Radio que une el filo principal y el secundario. Si es muy pequeño, la punta es frágil. Si es muy alto, puede aumentar la Fuerza de corte (Fc) y la tendencia a la vibración, aunque mejora el acabado superficial.

Ángulo de Posición Principal (κ)

Formado por el plano de trabajo y el filo principal de corte. Medido en el plano de referencia.

Influencia de κ:

• Hace que la entrada y la salida de la herramienta en el material se realicen de forma gradual, reduciendo el impacto.
• Modifica las dimensiones (espesor y anchura) de la viruta no deformada.
• Modifica la dirección y magnitud de la Fuerza de corte (Fc) y sus componentes.

Ángulo de Posición Secundario (κ')

Formado por el plano de avance y el filo secundario de corte. Controla el acabado superficial al influir en la rugosidad teórica.

Influencia de la Velocidad en la Temperatura y Vida Útil

• Un aumento de la Velocidad de avance (Va) incrementa moderadamente la Temperatura (Tº) e influye en la vida útil de la herramienta y la rugosidad.
• Un aumento de la Velocidad de corte (Vc) incrementa significativamente la Temperatura (Tº) en la zona de corte. Temperaturas excesivas pueden llevar a una disminución (↓) de la dureza de la herramienta y acelerar su desgaste.

Tipos de Viruta

Viruta Discontinua o Segmentada

Se produce típicamente en:

• Materiales frágiles (ej. fundición gris), que no soportan grandes deformaciones plásticas antes de la fractura.
• Materiales dúctiles mecanizados a baja Velocidad de corte (Vc) y/o alto avance.
• Materiales no metálicos.
• Condiciones con una superficie de contacto herramienta-viruta muy reducida.
• Uso de ángulos de desprendimiento (Γ) negativos o muy bajos.

Viruta Continua

Se produce típicamente en:

• Materiales tenaces y dúctiles (ej. aceros de bajo carbono, aluminio) mecanizados a alta Velocidad de corte (Vc) y bajo avance.
• Condiciones con ángulos de desprendimiento (Γ) positivos y adecuados para el material.
• Puede generar buen acabado superficial, pero su manejo puede ser problemático si es muy larga.

Fluidos de Corte

Los fluidos de corte (también llamados taladrinas o aceites de corte) se utilizan para:

• Aumentar (↑) la vida útil de la herramienta (hta).
• Mejorar la calidad superficial de la pieza mecanizada.
• Disminuir (↓) la fuerza y la potencia requeridas para el mecanizado.
• Facilitar la evacuación de la viruta.

Funciones del Fluido de Corte

• Lubricación: Reduce la fricción entre la viruta, la herramienta y la pieza, disminuyendo el desgaste y la fuerza de corte. Esencial a bajas velocidades.
• Refrigeración: Disipa el calor generado en la zona de corte, crucial a altas velocidades para mantener la dureza de la herramienta y evitar daños térmicos en la pieza.
• Evacuación de la viruta: Ayuda a arrastrar y limpiar la viruta de la zona de corte.
• Eliminación del filo recrecido (filo postizo): Previene o reduce la adhesión de material del mecanizado al filo de la herramienta.
• Protección: Evita la oxidación y corrosión de la pieza y de los componentes de la máquina herramienta.

Nota: Altas temperaturas (Tº) en el corte reducen drásticamente la vida de la herramienta y pueden afectar negativamente las propiedades del material mecanizado. La lubricación reduce el esfuerzo de corte y el desgaste por fricción, mientras que la refrigeración controla la temperatura y el desgaste térmico.

Tipos de Fluidos de Corte (FC)

• Líquidos:
  • Aceites puros: Minerales o sintéticos, con o sin aditivos (EP - Extrema Presión). Ofrecen excelente lubricación.
  • Emulsiones (Aceites solubles): Mezclas de aceite mineral, emulsionantes y agua. Forman una emulsión lechosa. Buen equilibrio entre lubricación y refrigeración.
  • Soluciones (Fluidos sintéticos): Libres de aceite mineral, forman soluciones transparentes con agua. Excelente refrigeración y limpieza.
  • Fluidos semisintéticos: Mezcla de emulsión y solución, bajo contenido en aceite. Transparentes o translúcidos.
• Gaseosos: Aire a presión (para refrigeración y evacuación de viruta), nieblas de aceite (MQL - Mínima Cantidad de Lubricante).
• Sólidos: Grafito, disulfuro de molibdeno (MoS2), azufre, plomo (usados como aditivos en aceites o en aplicaciones especiales como el mecanizado de ciertos materiales).

Selección del Fluido de Corte

La elección del fluido adecuado depende de múltiples factores:

• Tipo de operación de mecanizado (torneado, fresado, taladrado, rectificado, etc.).
• Material de la pieza de trabajo.
• Material de la herramienta de corte.
• Velocidades y avances de corte.
• Calidad superficial y tolerancias dimensionales requeridas.
• Máquina herramienta utilizada y su sistema de aplicación y filtrado de fluidos.
• Consideraciones de seguridad, salud y medio ambiente (toxicidad, inflamabilidad, biodegradabilidad).
• Costo total (compra, preparación, mantenimiento, control, gestión de residuos).
• Tamaño y tipo de producción (lotes pequeños, producción en masa).

Tipos Comunes de Emulsiones y Soluciones

• Emulsiones Lechosas (Blancas): Alto contenido de aceite (5-15%). Buenas propiedades lubricantes. Usadas comúnmente en taladrado, fresado, torneado de aceros al carbono y fundiciones. Generalmente no ideales para aceros inoxidables y algunas aleaciones no ferrosas (pueden causar manchas o corrosión).
• Fluidos Semisintéticos (Translúcidos): Menor contenido de aceite (2-8%). Buen balance lubricación-refrigeración, mayor limpieza y resistencia a bacterias que las emulsiones. Amplio rango de aplicaciones.
• Soluciones Sintéticas (Transparentes): Sin aceite mineral. Excelentes propiedades refrigerantes, detergentes y de decantación. Ideales para rectificado y mecanizado de alta velocidad, especialmente en fundición, aceros inoxidables y aleaciones no ferrosas.
• Fluidos con Aditivos de Presión Moderada/Extrema (EP): Pueden ser emulsiones, semisintéticos o sintéticos. Contienen aditivos (azufre, cloro, fósforo) para mejorar la lubricación bajo altas cargas y prevenir el microsoldado. Necesarios para mecanizados severos, materiales difíciles (aceros aleados, inoxidables) y operaciones como roscado o brochado.