HERRAMIENTAS DE CORTE MAQUINADO

Los procesos de maquinado se realizan usando herramientas de corte. Las altas fuerzas y temperaturas durante el maquinado crean un ambiente muy agresivo para la herramienta. Las fuerzas de corte demasiado grandes fracturan la herramienta. Si la temperatura de corte se eleva demasiado, el material de la herramienta se ablanda y falla; con respecto a la temperatura, en el proceso de maquinado con herramientas tradicionales la temperatura presenta un comportamiento del tipo:

En cambio con las herramientas avanzadas se ha logrado concentrar la temperatura en la viruta.

Fuerzas de corte 

Las fuerzas que actúan sobre la herramienta de corte son la fuerza de corte Fc, la cual actúa en la dirección de la velocidad de corte V, y suministra la energía necesaria para cortar. La fuerza de empuje, Ft, actúa en una dirección normal a la velocidad de corte, esto es, perpendicular a la pieza. Estas dos fuerzas producen la fuerza resultante R.

En los procesos de maquinado con formación de viruta, la fuerza resultante Fr aplicada a la viruta por la herramienta, actúa en un plano que es perpendicular al filo de la herramienta Ver Figura. Componentes de la Fuerza resultante Fr. Esta fuerza se determina usualmente, en trabajo experimental, a partir de la medición de dos componentes ortogonales: una en la dirección de corte conocida como la fuerza de corte Fc, que generalmente es vertical y., la otra normal a la dirección de corte, conocida como la fuerza de empuje Ft. 

El corte de materiales se logra por medio de herramientas con la forma adecuada. Una herramienta sin filos o ángulos bien seleccionados ocasionará gastos excesivos y pérdidas de tiempo.

En casi todas las herramientas existen de manera definida: superficies, ángulos filos. 

Las superficies son: 

• Superficie de ataque. Parte por la que la viruta sale de la herramienta. 
• Superficie de incidencia. Es la cara del útil que se dirige en contra de la superficie de corte de la pieza. 

Los ángulos son: 

• Ángulo de incidencia α (alfa). Es el que se forma con la tangente de la pieza y la superficie de incidencia del útil. Sirve para disminuir la fricción entre la pieza y la herramienta. 
• Ángulo de filo β (beta). Es el que se forma con las superficies de incidencia y ataque del útil. Establece qué tan punzante es la herramienta y al mismo tiempo que tan débil es. 
• Ángulo de ataque γ (gama). Es el ángulo que se forma entre la línea radial de la pieza y la superficie de ataque del útil. Sirve para el desalojo de la viruta, por lo que también disminuye la fricción de esta con la herramienta. 

Es importante, tener en cuenta que la suma de los ángulos alfa, beta y gama siempre es igual a 90°

Ángulo de corte δ (delta). Es el formado por la tangente de la pieza y la superficie de ataque del útil. Define el ángulo de la fuerza resultante que actúa sobre el buril.

• Ángulo de punta ε (épsilon). Se forma en la punta del útil por lo regular por el filo primario y el secundario. Permite definir el ancho de la viruta obtenida. 
• Ángulo de posición χ (xi). Se obtiene por el filo principal del la herramienta y el eje de simetría de la pieza. Aumenta o disminuye la acción del filo principal de la herramienta. 
• Ángulo de posición λ (lambda). Es el que se forma con el eje de la herramienta y la radial de la pieza. Permite dan inclinación a la herramienta con respecto de la pieza.

Filos de la herramienta 

Filo principal. Es el que se encuentra en contacto con la superficie desbastada y trabajada. 

Filo secundario. Por lo regular se encuentra junto al filo primario y se utiliza para evitar la fricción de la herramienta con la pieza.

De manera simplificada se puede decir que actúan en una herramienta tres fuerzas: 

• Fuerza radial, Fr. Se origina por la acción de la penetración de la herramienta para generar el corte y como su nombre lo señala actúa en el eje radial de la pieza. 
• Fuera longitudinal, Fl. Es la que se produce por el avance de la herramienta y su actuación es sobre el eje longitudinal de la pieza. 
• Fuerza tangencial, Ft. Es la fuerza más importante en el corte y se produce por la acción de la pieza sobre la herramienta en la tangente de la pieza. 

La contribución de las tres fuerzas como componentes de las resultante total es:

Producto de acción de las tres fuerzas de corte se tiene una resultante que es la que deberá soportar la herramienta. Se debe tener en consideración que como las fuerzas son cantidades vectoriales es muy importante su magnitud, dirección, posición y punto de apoyo.

Para la definición de los valores de los ángulos se han establecido tablas producto de la experimentación. A continuación se muestra una tabla de los ángulos alfa, beta y gama. Es recomendable hacer observaciones comparativas entre los diferentes materiales a trabajar y la relación correspondiente entre los ángulos. 

Del mismo modo, la tecnología de las herramientas de corte tiene dos aspectos principales: el material de la herramienta y la geometría de la herramienta.

El primer aspecto se refiere al desarrollo de materiales que puedan soportar las fuerzas, las temperaturas y la acción de desgaste en el proceso de maquinado. En la tabla que aparece a continuación, se presentan algunas características y utilización de las herramientas de corte dependiendo del material en el que sean fabricadas:

El segundo aspecto, se ocupa de optimizar la geometría de la herramienta de corte para el material de la herramienta y para una operación dada. 

Así mismo existen criterios de selección de la herramienta, los cuales dependen directamente de: el material de la herramienta de corte, área de trabajo y material de la pieza de trabajo. 

En la tabla 10 se presentan algunos de los buriles y cuchilla más comerciales.

Vida de la herramienta de corte 

La vida de la herramienta se define como la longitud de tiempo de corte en el cual se puede usar la herramienta.

• Una herramienta puede perder capacidad de corte por varias razones y por lo tanto su vida útil también, a saber.
• Temperatura: la dureza y resistencia de los metales disminuyen con la temperatura. Si la temperatura de corte es demasiado elevada para la herramienta, se pierde la dureza y por lo tanto la capacidad de corte. Se manifiesta de forma instantánea y generalmente es consecuencia de exceso de velocidad. 
• Rotura: como consecuencia del alto grado de dureza, las herramientas suelen ser frágiles. Cuando las fuerzas de corte superan un determinado umbral empiezan a desprenderse partículas de la arista de corte o a veces un trozo importante de la herramienta. Las elevadas fuerzas que producen este tipo de rotura no corresponden a régimen permanente, sino a variaciones transitorias como por ejemplo vibraciones.

Los dos mecanismos de desgaste anteriores suelen producir daños en la superficie mecanizada y son indeseables. 

• Desgaste progresivo: ocurre cuando la herramienta se utiliza adecuadamente; se produce una pérdida de forma de la herramienta y reducción de su eficiencia de corte. A partir de un determinado instante se produce un desgaste acelerado y la falla total de la herramienta. 

Del mismo modo, de acuerdo con estudios realizados, en la alta velocidad hay coincidencia en la preferencia de corte en oposición, especialmente en la mecanización de materiales duros. Está comprobado experimentalmente que la vida de la herramienta es mucho más larga si se trabaja en oposición en estos tipos de materiales.