Formación de Virutas Explicada: Diagramas, Tipos y Factores Influyentes

¿Qué son las virutas?

La viruta es un subproducto del corte mecánico de materiales con equipos como fresadoras, tornos y sierras. La Segunda Guerra Mundial y la introducción de herramientas de corte más rápidas y potentes, especialmente cortadores de acero de alta velocidad para el corte de metales, motivaron la investigación sobre la formación de virutas. Tanto Franz (1958) como Kivima (1952) realizaron investigaciones pioneras en esta área.

¿Cómo se forman las virutas?

Cuando una herramienta de corte (como un torno, sierra o fresadora) interactúa con una pieza de trabajo, el filo de corte de la herramienta deforma el material, provocando que se cizalle y se separe, lo que resulta en la formación de virutas.

Tipos de virutas

En el mecanizado, el tipo de viruta producido depende de factores como el material de la pieza, la velocidad de corte, la tasa de avance y la geometría de la herramienta. Los principales tipos de virutas en mecanizado son:

Viruta continua

Las virutas continuas forman una bobina en forma de cinta con el mismo espesor. El corte de materiales dúctiles como acero de bajo carbono, cobre, latón y aleaciones de aluminio a altas velocidades de corte y presión del filo de corte en compresión y cizallamiento forma este tipo de viruta. Esto coloca material frente al filo de la herramienta. La formación de virutas también se ve favorecida por filos de corte afilados y baja fricción herramienta-viruta.

Antes del filo de corte se encuentra la zona principal de deformación. El material de la pieza se deforma en la zona secundaria de deformación debido a la fricción en el contacto herramienta-viruta. El espesor de esta zona está relacionado con la fricción. La distorsión superficial surge al cortar metales blandos a baja velocidad y ángulos de ataque. Produce malos resultados en el mecanizado de metales blandos.

Las virutas continuas producen un corte suave y una calidad de superficie superior. Aumentan la vida útil de la herramienta y reducen el consumo de energía. La herramienta de corte tiene rompevirutas para evitar que las virutas se enreden. Esto ocurre frecuentemente durante el torneado.

Viruta discontinua

Materiales frágiles como hierro fundido, bronce y acero de alto carbono producen virutas discontinuas cuando se mecanizan a velocidades moderadas. Estas partes están conectadas de forma laxa. El material pierde ductilidad y se fractura durante la tensión, y el flujo de viruta se rompe periódicamente.

Las fuerzas de corte cambian a menudo durante la formación de la viruta. Este tipo de viruta se produce debido a la alta fricción herramienta-viruta, un avance grande y una profundidad de corte. Las virutas discontinuas degradan la vida útil de la herramienta y el acabado superficial al cortar materiales dúctiles.

En la formación de virutas discontinuas, la rigidez de la herramienta de corte y el dispositivo de sujeción pueden causar vibración, inexactitud dimensional, mal acabado superficial y daño a la herramienta de corte. Debido a su pequeña longitud, las virutas discontinuas son más fáciles de manejar que las continuas. También son desechables.

Viruta continua con filo acumulado

Durante el corte, la alta fricción entre las interfaces herramienta-viruta hace que el material de la viruta se fusione a la superficie de ataque de la herramienta en la punta, creando un filo acumulado. Puede ser severo si la viruta toca constantemente la herramienta. Considérelo como una extensión del filo de la herramienta. Se forma un filo acumulado temporal e inestable.

El mecanizado elimina sus piezas. La viruta y la superficie mecanizada pueden adherirse parcialmente después del mecanizado. Causa un mal acabado superficial. Sin embargo, ofrece un mal acabado superficial, disminuye el desgaste de la herramienta y mejora su vida útil al agregar una capa sobre el filo de corte.

Viruta segmentada o serrada

Un término diferente para las virutas serradas es virutas no homogéneas. Una gran zona de alta tensión de cizallamiento seguida de una pequeña zona de baja tensión de cizallamiento le da a esta viruta una apariencia de sierra. Esta creación cíclica de virutas la hace semi-continua. Estas virutas se forman al mecanizar materiales duros como aleaciones de titanio, superaleaciones a base de níquel y acero inoxidable austenítico a altas velocidades.

Clasificación de las virutas

A mediados de 1900, el ingeniero estadounidense Dr. Norman Franz estudió las virutas en la fabricación e identificó tres clasificaciones primarias. La mayoría de las virutas, según Franz, caen en una de las tres clasificaciones:

Viruta Tipo I

Las virutas Tipo I se forman cuando un material se rompe por delante del filo de corte debido a la acción de cuña ascendente de la herramienta que supera la resistencia a la tracción perpendicular de la sustancia. Son cruciales en materiales fibrosos como la madera, cuyas fibras son fuertes pero fácilmente separables.

Las virutas Tipo I se forman típicamente al cortar con herramientas que tienen ángulos de corte poco profundos. Solo la longitud del corte limita el tamaño de las virutas Tipo I. Esta es la estructura de viruta óptima para las virutas de madera, especialmente las de un cepillo bien ajustado con una boca fina.

Viruta Tipo II

Las virutas Tipo II se forman cuando el cuña del ángulo de la herramienta cizalla. El material falla en un plano inclinado corto desde el vértice del filo de la herramienta, diagonalmente hacia arriba y adelante hacia la superficie. La deformación a lo largo de esta línea crea una viruta que se curva hacia arriba. Generalmente, estas virutas se crean al cortar a ángulos intermedios. Un material dúctil como el metal puede crear virutas Tipo II. Las virutas Tipo II también pueden generar viruta continua.

Viruta Tipo III

Las virutas Tipo III causan fallo por compresión del material antes de un ángulo de corte de 90°. Esto puede producir una viruta de polvo fino en materiales débiles o no dúctiles, pero a menudo crea un efecto "quitanieves" aleatorio cuando el material de desecho se acumula delante de la herramienta pero no es barrido.

Este tipo de viruta se forma con fresadoras. Los cepillos de carpintería a menudo generan una viruta Tipo III delgada que parece una viruta Tipo II cuando están correctamente afilados y utilizados. La viruta de desecho delgada reduce el volumen de fallo por compresión para igualar el plano de cizallamiento bien definido del Tipo II.

Factores que afectan la formación de virutas

Hay varios factores que afectan la formación de virutas, incluyendo:

• Propiedades del material: Los materiales dúctiles tienden a formar virutas continuas, mientras que los materiales frágiles forman virutas discontinuas.
• Velocidad de corte y tasa de avance: Velocidades y avances más altos pueden llevar a la formación de virutas continuas, mientras que velocidades y avances más bajos pueden llevar a virutas discontinuas.
• Geometría de la herramienta: El ángulo y la agudeza del filo de corte de la herramienta pueden afectar significativamente la formación de virutas.
• Lubricación y refrigeración: El uso de lubricantes y refrigerantes puede reducir la fricción y la temperatura, lo que puede afectar la formación de virutas.
• Temperatura y dureza de la pieza: Estos factores también pueden influir en el tipo de viruta formada.
• Material y recubrimientos de la herramienta: El tipo de material utilizado para la herramienta de corte y cualquier recubrimiento que pueda tener puede afectar la formación de virutas.