Dominando la Formación de Viruta: Estrategias para Controlar y Optimizar Procesos de Corte

Con el advenimiento de la automatización avanzada de fábricas e Industria 4.0, los sistemas de manufactura autónomos están ganando importancia. La eliminación adecuada de viruta es un habilitador esencial del mecanizado verdaderamente autónomo. Siga leyendo para descubrir los factores que afectan la formación de viruta y las técnicas para su control.

En las últimas décadas, las máquinas herramienta han seguido mejorando continuamente, y los sistemas de mecanizado autónomo se han establecido como componentes irremplazables de la automatización de fábricas. Los problemas del proceso de mecanizado, como la eliminación de viruta, se interponen en el camino de sistemas de mecanizado autónomo eficientes. Por lo tanto, el control efectivo de viruta es una característica crucial de todos los sistemas de mecanizado modernos.

Las características de las virutas formadas dependen del tipo de material de mecanizado, dúctil o frágil. Por otro lado, los parámetros del proceso de mecanizado también juegan un papel importante en la formación de viruta, a saber: velocidad de avance, ángulo de rake, velocidad de corte, profundidad de corte y fuerzas de fricción (uso de lubricantes y refrigerantes).

Los operadores de máquinas generalmente ajustan los parámetros del proceso para obtener piezas de alta calidad y operación eficiente de la máquina, mientras confían en los rompevirutas para ayudarles con la eliminación de viruta.

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Formación de Virutas

Durante el mecanizado, a medida que la herramienta avanza hacia la pieza de trabajo, el metal frente a ella se comprime. Cuando la compresión supera el límite de compresión, el metal se separa de la pieza de trabajo y fluye plásticamente en forma de viruta (deformación por corte).

El flujo de metal ocurre en el plano de corte debido al corte primario. El plano de corte se extiende en un ángulo hacia arriba desde la superficie sin cortar frente a la herramienta. El valor del ángulo de corte depende del tipo de material y las condiciones de corte (ángulo de herramienta, velocidad de corte, etc.). Cuando el ángulo de corte es pequeño, el camino de corte será largo, las virutas serán gruesas y la fuerza de corte será alta, y viceversa.

A medida que la viruta se desliza por la cara de la punta de la herramienta, ocurre el corte secundario debido a la fricción. La fricción aumenta la temperatura del proceso de mecanizado, causando que las virutas se calienten excesivamente.

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Tipos de Virutas

Los tipos de virutas formadas durante el mecanizado de metales son:

• Virutas segmentadas
• Virutas continuas
• Virutas continuas con filo acumulado (BUE)

Virutas Segmentadas (Discontinuas)

Las virutas segmentadas generalmente ocurren al mecanizar metales frágiles como latón, bronce o hierro fundido. En general, las virutas segmentadas son el resultado de las siguientes condiciones de mecanizado:

• Baja velocidad de avance;
• Bajo ángulo de rake;
• Alta velocidad de corte;
• Alta fricción herramienta-viruta;
• Profundidad de corte significativa.

Las virutas segmentadas proporcionan acabado superficial limpio en metales frágiles, fácil eliminación de viruta, mayor vida de herramienta y consumo de energía reducido. En el caso de metales dúctiles, las virutas segmentadas generalmente resultan en mal acabado superficial y menor vida de herramienta.

Virutas Continuas

Las virutas continuas generalmente ocurren durante el mecanizado de metales maleables como acero, cobre o aluminio a altas velocidades de corte. Durante el mecanizado, la temperatura entre la punta de la herramienta y la pieza de trabajo dúctil se vuelve alta. Cada capa de metal removido se suelda a la capa anterior, formando una corriente de viruta larga y continua. En general, las virutas continuas ocurren bajo las siguientes condiciones de mecanizado:

• Pequeña profundidad de corte;
• Gran ángulo de rake;
• Alta velocidad de corte;
• Baja fricción herramienta-viruta (uso de lubricantes o refrigerantes);
• Borde de corte afilado.

Las virutas continuas proporcionan acabado superficial limpio, mayor vida de herramienta y consumo de energía reducido. Por otro lado, la eliminación de este tipo de virutas es un desafío. Es necesario usar rompevirutas para mejorar las condiciones de eliminación.

Virutas Continuas con Filo Acumulado (BUE)

La formación de virutas continuas con BUE es causada por alta fricción entre la herramienta y la viruta al mecanizar metales dúctiles. Bajo estas condiciones, algunas partículas de viruta tienden a unirse a la punta de la herramienta. A medida que el material unido forma el nuevo borde de corte, continúa acumulándose hasta que se rompe de la punta de la herramienta. Durante la ruptura, el material acumulado se une tanto a la viruta como a la superficie de la pieza de trabajo, resultando en mal acabado superficial. Un nombre diferente para la formación de BUE es "soldadura de viruta". En general, las virutas continuas con BUE ocurren bajo las siguientes condiciones:

• Bajo ángulo de rake;
• Baja velocidad de corte;
• Altas fuerzas de fricción;
• Alta velocidad de avance.

Dado que las virutas continuas con BUE afectan negativamente la vida de la herramienta, aumentan el consumo de energía y causan mal acabado superficial, su prevención es crucial. Medidas como reducir la fricción mediante el uso de lubricantes, prevenir el contacto metal-metal mediante recubrimientos de herramientas y reducir la temperatura mediante el uso de refrigerantes, tienen un efecto positivo en la prevención de la soldadura de viruta.

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Control de Virutas

El mecanizado de metales maleables como el acero a alta velocidad de corte y grandes ángulos de rake conduce a la formación de virutas largas y fibrosas. Estas virutas con bordes afilados, calientes y continuas que salen a alta velocidad pueden poner en peligro la seguridad de los operadores de máquinas, dañar el producto al enredarse con la herramienta y complicar su eliminación. Es imperativo romper las virutas en geometrías manejables.

Las virutas pueden romperse ya sea por auto-ruptura o por ruptura forzada. Al mecanizar materiales dúctiles, debido a la diferencia de temperatura y velocidad de flujo, las virutas tienden a curvarse. Las virutas curvas pueden auto-romperse de tres maneras diferentes:

• Por fractura natural debido a la tensión inducida por enfriamiento;
• Por golpear contra la pieza de trabajo;
• Por golpear contra la herramienta.

El método más común para la ruptura forzada es el uso de un rompevirutas.

Rompevirutas

La función más básica de los rompevirutas es forzar a las virutas a curvarse más estrechamente de lo que lo harían naturalmente. El curvado forzado causa que la viruta se rompa al golpear ya sea contra la pieza de trabajo o la herramienta. Los rompevirutas mejoran la eficiencia del mecanizado mejorando el control de virutas y reduciendo las fuerzas de corte.

La mayoría de los rompevirutas modernos vienen en forma de ranuras u obstrucciones en la herramienta de corte. El diseño de los rompevirutas gira en torno a encontrar la mejor geometría para un escenario de mecanizado dado, que creará tensión en la viruta y causará que se rompa fácilmente.

Los rompevirutas de tipo ranura incorporan una pequeña ranura detrás del borde de corte principal. La geometría de la curva determina el radio de curvatura de la viruta.

El rompevirutas de tipo obstrucción presenta una geometría distintiva que se asemeja a un escalón. La obstrucción puede ser integral o acoplada a la herramienta de corte. En el caso del tipo "acoplado", es posible ajustarlos para diversas condiciones de mecanizado.

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Conclusión

El proceso de mecanizado es una sutil interacción de física, ciencia de materiales y mecatrónica. Durante el mecanizado, la eliminación de material es resultado de las fuerzas de interacción entre la pieza de trabajo y la herramienta de mecanizado. La naturaleza de estas fuerzas de interacción define el color y el tamaño de las virutas. Las virutas son valiosos datos de investigación y diagnóstico para ingenieros de corte. Sin embargo, cuando no se manejan adecuadamente, las virutas tienden a disminuir la productividad de las máquinas.

Tres tipos distintivos de virutas pueden ocurrir durante el mecanizado: segmentadas, continuas y continuas con BUE. La formación de virutas depende de la selección del material y los parámetros del proceso de mecanizado.

La eliminación de virutas es un factor vital a considerar al mejorar la eficiencia general del mecanizado y planificar la operación autónoma de las máquinas. Aunque las virutas segmentadas y continuas son auto-rupturables bajo ciertas condiciones de mecanizado, es una regla general usar rompevirutas en configuraciones de mecanizado.

La ruptura de las virutas en longitudes adecuadas por un rompevirutas previene el enredo de la viruta con la herramienta, disminuye la vibración y previene el daño de la herramienta. El rompevirutas también reduce la resistencia de corte, lo que a su vez previene el astillado y fractura del borde de corte.

Al usar un rompevirutas, es necesario elegir el adecuado para el trabajo. Para operaciones de torneado como acabado, medio y desbaste, tenemos que elegir rompevirutas correctos para cada uno. Es esencial usar un rompevirutas adecuado basado en la profundidad de corte deseada, velocidad de avance, velocidad del husillo y el acabado superficial deseado.