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Tornos

Camilo Marín VillarPeriodista Metal Actual

Cuidado con el corte inútil

Vivir para cortar, cortar para vivir o vivir cortando. La cuestión es cortar bien…

PRO

CESO

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El artículo siguiente des-cribe las principales varia-bles que intervienen en la velocidad del torneado y contiene algunas reco-mendaciones para mejorar la productividad de los mecanizados.

Tornear bien, es cortar bien. Es encontrar el equilibrio preciso al combinar los elementos del proceso: el recurso humano, materia prima, herramientas y máquinas para la obtención de un excelente producto. El ajuste perfecto para evitar los cortes inútiles, minimizar los costos por unidad y maximizar la velocidad de producción.

En ese sentido, se puede afi rmar que un corte es útil, cuando el resultado es un producto de calidad, ajustado al requerimiento industrial y obtenido en el menor tiem-po posible y al menor costo. En últimas un buen corte es sinónimo de trabajo efi ciente.

Sin embargo, es imposible ser efi ciente sino se corri-gen los errores que más afectan la productividad del

Foto: Metal Actual.

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proceso. Corregir errores como: el afi lado defi ciente de herramientas, desconocimiento de las propieda-des de los materiales y mal uso de las máquinas. Todo lo que genera tiempos muertos y, por lo tanto, improductivos.

Más graves son los errores cometi-dos durante el corte, que suponen periodos doblemente largos al tener que repetir el proceso. Igualmente negativo es la pérdida del tiempo por causa de mediciones erróneas: pues consume una cantidad de ma-teria prima que pocas veces se puede recuperar.

Una cuestión de velocidad

En entrevista para Metal Actual, el ingeniero mecánico e instructor del Sena desde hace 30 años, Oswaldo Morales, explicó que las fallas más comunes en la mecanización radican en el mal uso de las velocidades de torneado, ocasionando cuantiosas pérdidas económicas para el sector.

Morales asegura que la productivi-dad del trabajo disminuye cuando el operario elige velocidades de corte erróneas.

Y es que, dependiendo de la elección adecuada de la velocidad con la que gira la pieza de trabajo en el torno, se pueden o no obtener resultados satisfactorios. Una velocidad de cor-te muy baja ocasionará pérdidas de tiempo; una velocidad muy alta hará que la herramienta pierda el fi lo muy pronto y se gastará más tiempo al vol-ver a afi larla, (el promedio del tiempo entre afi lados es de 15 minutos). Por ello, elegir la velocidad correcta es importante si lo que se quiere es au-mentar el volumen de producción y la duración de la herramienta.

Así mismo trabajar con una velocidad baja produce acabados defi cientes, altos índices de rugosidad y mala calidad del producto fi nal. En mu-chos casos un mal ajuste aumenta la temperatura del material y causa vibración en la máquina.

Esto no solamente eleva el tiempo de mecanizado, el consumo de energía y el costo global, también genera contornos opacos, mala calidad su-perfi cial y reducción de la vida de la herramienta.

El operario debe elegir la velocidad de corte, sustentando su decisión en el conocimiento de tres varia-bles principalmente: La velocidad

específi ca de corte del material, el tipo de herramienta y el trabajo a realizar. Temas de vital importancia a la hora de ajustar la velocidad del mecanizado.

Variables

• La Velocidad de Corte (Vc): Es el movimiento circular de la pieza a me-canizar con respecto a la herramienta de corte en un minuto y se expresa en metros por minuto (m/min.). En suma, la Vc representa el número de giros del material frente a la cuchilla en el tiempo antes mencionado. Por ejemplo: si el acero a mecanizar tiene una velocidad de corte de 50m/min., quiere decir que se debe ajustar la Vc de modo que 50 metros del diámetro de la circunferencia de la pieza (equi-valentes a 50 metros lineales) pasen frente a la punta de la herramienta en un minuto.

Los productores de metales y los fabricantes de herramientas, gene-ralmente acompañan sus productos con las velocidades de corte más convenientes para hacer efi ciente el mecanizado y optimizar el trabajo de las cuchillas.

Fórmula para hallar Vc

Vc = � x D x n

1000

Vc = Velocidad de corte

� = Número pi (3.1416)

n = Número de revoluciones

por minuto del husillo

D = Diámetro de la pieza.

PROCESOS

Tips

Cuando se tornean piezas delga-das es recomendable utilizar la ve-locidad máxima posible, un avance largo y poca profundidad de corte, para mejorar los resultados.

Oswaldo Morales. Ingeniero Mecá-nico. Instructor del Sena área Metalmecánica.

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• Velocidad de Avance (Va): Es el movimiento lineal relativo entre la pieza a máquinar y la herra-mienta de corte, se expresa en milímetros por minuto (mm/min). En otras palabras, el avance en el torno se defi ne como la distan-cia que recorre la herramienta de corte a lo largo de la pieza, por cada vuelta. Por ejemplo: si el torno está graduado para un avance de 0.30mm, entonces la herramienta de corte avanzará a lo largo de la pieza de trabajo 0.30mm por vuelta completa de la pieza.

En los tornos convencionales el avance depende de las revolu-ciones por minuto, por esto la velocidad de avance también se expresa regularmente en pulga-das por revoluciones (pulg/rev) ó milímetros por revoluciones (mm/rev). Los tornos de Control Numérico Computarizado (CNC) y en los tornos de fabricación reciente cuentan un acciona-

miento separado para el avance y la Va se expresa en pulg/min ó mm/min.

Fórmula para hallar VaVa= n x f

Va= Velocidad de avance

n= Número de revoluciones por mi-nuto del husillo

f= milímetros por revoluciones de la pieza

• Profundidad de corte (t): Es la me-dida que penetra la herramienta en la pieza de trabajo arrancando una capa de material en forma de viruta. Se representa por la letra t y se expresa en pulgadas ó milí-metros. También se defi ne como el espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte. La profundidad del corte está relacionada con el objetivo del me-canizado. Generalmente la industria hace dos tipos de mecanizados: el desbaste primario, el cual se usa para remover grandes cantidades de material y producir una forma cercana a la deseada y el desbaste secundario ó de acabado, utilizado para obtener las dimensiones fi na-les de la pieza. Tanto en los proce-sos de desbaste como de acabado hay que seleccionar la velocidad y profundidad de corte correcta para lograr combinar un avance elevado y un efi ciente corte.

La profundidad de corte está limi-tada por la potencia del motor que tiene la máquina, la cual se expresa en kilovatios (Kw). En Colombia la mayoría de tornos que se utilizan son de tipo mecánico cuya potencia máxima es de: 7.5 Kw., aproxima-damente. Dicha potencia también depende la capacidad (robustez) de bancada –bastidor de fundición que soporta todas las partes del torno– y del tamaño del cabezal fi jo, pieza formada por el eje prin-cipal y el husillo, donde se hace girar el material a mecanizar. Esto quiere decir que a mayor tamaño de bancada y cabezal más poten-cia de trabajo y fuerza para lograr altas profundidades de corte.

La incorrecta elección de las velocidades de corte oca-siona pérdidas de tiempo, acabados defi cientes, altos índices de rugosidad y mala calidad del producto fi nal.

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Tips

Al tornear piezas grandes –100mm o más– es indispensable sujetar muy bien el material. Utilizar tornos de alta potencia, superiores a 7.5 Kw, y herramien-tas tipo insertos de cerámicas. Así se logrará la velocidad de corte máxima con el mejor avance y la mayor profundidad.

Tips

No sobrecargue el mecanizado con una profundidad de corte muy grande, en los tornos con-vencionales el desplazamiento máximo en promedio es de 2.5 milímetros de radio, 5 milímetros de diámetro.

25PROCESOS

La siguiente tabla contiene las velocidades de corte y avance para mecanizados en acero con herramientas de acero rápido, carburo de tungsteno, sin recubrimiento, con recubrimiento de titanio y cermets.

Aceros designación AISI/SAE

Dureza Brinell

Material de la herramienta

Acero rápidoCarburo tungsteno

Carburo tungsteno recubierto

Cerámica metálica recubierta Cerment

Velocidad de corte

Va= avance (0.0254mm Rev.) Vc= velocidad de corte (m/min.) min. Max min. Max min. Max min. Max

1010, 1016, 1020, 1024, 1026

100-125 37Va 0,42 0,23 0,42 0,23 0,42 0,23 0,178 0,762Vc 120 160 140 180 547 817 454 553

1030,1035,1040, 1045

225-275 24Va 0,432 0,203 0,432 0,203 0,711 0,33 - -Vc 80 120 230 293 357 500 - -

4140, 4150 250-300 20 Va 0,431 0,203 0,431 0,203 0,254 0,127 0,177 0,076Vc 60 80 192 259 375 460 218 279

4340, 8620 225-275 21 Va 0,431 0,203 0,431 0,203 0,177 0,076 0,177 0,076Vc 45 70 192 259 302 369 218 279

Fuente Machinery’s Hand Book 29 edición de 1994 - Tradución Ing. Oswaldo Morales López.*Para la aplicación de esta tabla se debe hacer utilizando abundante fl uido de corte sobre la herramienta y la pieza.

Sobre el fi lo de la herramienta

Las herramientas de corte para metales son utensilios de uso masivo en la industria metalmecánica, gran par-te de la efi ciencia del torneado depende de utilizar la herramienta correcta. También llamada cuchilla o buril, la herramienta de corte, es clasifi cada según el tipo de

material con que está hecha. Materiales como el acero se han usado desde La Revolución Industrial – mitad del siglo XVIII y principios del XIX – para cortar o deformar otros metales. Sin embargo, en los últimos 60 años se han inventado nuevas herramientas. Más duras y resis-tentes a las temperaturas, incluso algunas no necesitan ser afi ladas. Por lo general, a medida de que se dispuso

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de mejores materiales, se construye-ron máquinas y herramientas más grandes y potentes para producir piezas metálicas con mayor rapidez y economía.

En la actualidad la industria metal-mecánica clasifi ca las herramientas según el material del que están he-chas. A continuación se reseñan los principales tipos de herramientas.

• Herramientas de acero no aleado (WS): En menor medida las fábri-cas nacionales trabajan con he-rramientas que contienen entre 0.5 a 1.5 por ciento de carbono. Soportan sin deformación o pér-dida de fi lo hasta 250°C y se les conoce como cuchillas de acero al carbono.

- Usos: Se utilizan para opera-ciones de torneado de baja velocidad y para algunas herramientas de corte para madera y plásticos. Son re-lativamente poco costosos y de fácil tratamiento térmico, pero no resisten usos rudos o temperaturas mayores de 250°C. Con acero al carbono se hacen machuelos, terrajas, limas de mano y otras herra-mientas semejantes.

- Recomendación: Las herra-mientas de corte de acero al carbono deben mantenerse

PROCESOS

frías mientras se afi lan. Si apa-rece un color azul en la parte que se afi la, es probable que se haya recocido, por accidente.

• Herramientas de acero aleado (HSS): Estas son las herramientas más utilizadas por la industria colombiana, están hechas de aceros aleados con elementos fe-rrosos como el tungsteno, cromo, vanadio, molibdeno(1) y otros. Las aleaciones básicas resisten hasta 600°C. Hoy por hoy se han encon-trado aleaciones con adición de tungsteno hasta del 18 por ciento, lo cual les permite conservar su dureza a mayores temperaturas que los aceros simples. Se les lla-ma también cuchillas de aceros rápidos.

Herramientas tipo HSS – Acero rápido. 600°C.

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Herramientas tipo tungsteno. 815°C.

• Usos: Los aceros rápidos son utiliza-dos para cortes en metales, maderas y plásticos. Son económicos y reafi la-bles. Su aplicación es muy versátil ya que se fabrican desde herramientas de mano, tubos, tuercas y tornillos; hasta piezas de máquinaria pesa-da. Sin embargo, la industria cada vez los usa menos por los tiempos muertos de la máquina, mientras se afi lan las herramientas.

La viruta en forma de grano pequeño y sin fi lo es producto de un buen corte (Der), La viru-ta larga y fi losa es producto de un mal corte (Izq)

Foto: Metal Actual

- Recomendación: Para apro-vechar la vida útil al máximo hay que evitar el sobrecalen-tamiento de la herramienta. Durante el torneado es im-portante que la temperatura generada por la fricción no supere los 540°C.

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• Herramientas de metales duros aleados (Tungsteno): También llamadas herramientas de tungsteno, están hechas con aleaciones donde el ingrediente principal es el polvo de carburo de tungsteno, que junto a una porción de cobalto le otorgan una resistencia de hasta 815°C.

- Usos: Por su dureza y buena resistencia al desgaste son las herramientas más adecuadas para máqui-nar hierro colado, metales no ferrosos y algunos materiales no metálicos abrasivos. También se pueden emplear para elaborar herramientas. Una segunda categoría de los metales duros aleados, combina el carburo de tungsteno y de titanio. Se usan por lo general para máquinar acero, son re-sistentes a desportillamiento, que es un problema serio cuando se usa carburo de tungsteno para máquinar acero.

- Recomendación: Los buriles de tungsteno soportan altas temperaturas por lo que se pueden hacer cortes continuos, es recomendable dar el posicio-namiento correcto y sujetar fuerte la herramienta para su adecuado rendimiento.

• Herramientas de cerámica (insertos o plaquitas): En la actualidad se convierten la herramienta ideal para el torneado. Desde hace ya 35 años se vienen empleado las herramientas de cerámica para corte, las cuales se fabrican con polvo de óxido de aluminio (Al2 O3) y nitruro de silicio (Si3 N4) compactados en formas de insertos geométricos. Son muy duras y so-portan temperaturas de hasta 1.300°C, sin embargo también son frágiles y por ello quebradizas, más que

PROCESOS

Insertos o plaquitas, junto a algunos portainsertos. Material cerámico. 1.300°C.

Foto: Sandvik Coromant. Productos para el mecanizado del metal.

portan temperaturas de hasta 1.300°C, sin embargo también son frágiles y por ello quebradizas, más que

Insertos o plaquitas, junto a algunos portainsertos. Material cerámico. 1.300°C.

Foto: Sandvik Coromant. Productos para el mecanizado del metal.

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el carbono u otros materiales, por lo cual exigen ser soportadas en portaherramientas diseñados especialmente para cada forma geométrica.

Son las más costosas y por esto parte de la industria decide no utilizarlas. Pero en retribución generan un excelente rendimien-to de producción.

- Usos: Son utilizadas en pro-ducciones en serie, como el sector automotriz y las auto-partes. Industria donde, por su buen desempeño, han logra-do aumentar notablemente la cantidad de piezas fabricadas. El empleo de insertos en tor-nos de baja potencia no se justifica pues sería subutili-zarlos. Las máquinas rígidas y potentes aprovechan toda la resistencia al calor y la dureza de estos materiales.

- Recomendación: Como los insertos son bastante frági-les, deben estar muy bien soportadas en portaherra-mientas, porque se pueden romper o dañar con facili-dad si la máquina vibra. Por desempeñarse muy bien en velocidades de mecanizado altas las herramientas de ce-rámica se recomiendan para cortes constantes y de alto desempeño.

Aunque los insertos de cerámica son las herramientas ideales para el mecanizado con torno, por su elevada inversión inicial, muchas empresas aún trabajan con cuchi-llas de aceros rápidos y tungsteno. Por eso es relevante conocer algu-nas pautas para afi lar los buriles tradicionales.

Citas

1) Molibdeno. (Del lat. molybdaena, y este del griego. µ, trocito de plomo). Elemento químico de número atómico. 42. Metal escaso en la corteza terrestre, se encuentra generalmente en forma de sulfuro. De co-lor gris o negro y brillo plateado, pesado y con un elevado punto de fusión, es blando y dúctil en estado puro, pero quebradizo si presenta impurezas. Se usa en la fabri-cación de aceros y fi lamentos resistentes a altas temperaturas. (Símb. Mo).

Fuentes

• Oswaldo Morales López. Ingeniero me-cánico, especializado en mecanizado de alta velocidad. Actualmente instructor del Sena, en el área de metalmecánica. E-mail: omoralesl@sena.edu.co

• Jhon Coronado Marín, Ingeniero Mecánico, Magíster en Ciencias en Ingeniería Mecánica, Profesor de la Universidad del Valle. Escuela de Ingeniería Mecánica, Catedrático de la Universidad ICESI. Departamento de Ciencia y Tecnología. ECONOMÍA EN EL MáquinaDO PARA LA INDUSTRIA METALMECÁNICA. E-mail: jhoncoro@univalle.edu.co

• El Desarrollo Industrial Frente a la Rees-tructuración. Autor: Gabriel Ramos Pove-da, Gabriel. Consultor Industrial. Publicado por Fedemetal y Sena.

Tips

Recomendaciones básicas para el afi lado de un buril

1. Emplear un esmeril con grano grueso para desbaste y grano fi no para acabado.

2. Emplear las velocidades de rotación establecidas para cada tipo de esmeril.

3. Comprobar que el esmeril gire en contra del borde de la herramienta.

4. Evitar sobrecalentamientos durante el afi lado y aplicar una presión moderada.

5. Evitar el esmerilado cón-cavo.

6. Mantener los esmeriles limpios reavivándolos frecuen-temente.

8. Remover las cantidades ex-cesivas de material

9. No provocar choques térmi-cos al introducir bruscamente la herramienta en líquidos enfriados después de elevar su temperatura durante el afi lado.

Tips

• El aditivo debe ser transpa-rente (permite al operario ver lo que está haciendo), poseer una baja viscosidad, que cubra completamente la herramien-ta y la pieza, refrescando y diminuyendo la temperatura. Esto evita que se desafi le muy rápido la herramienta.

• Su forma debe ser aceitosa y no acuosa, para que no se degrade rápidamente y mejore el deslizamiento de la cuchilla y la salida fácil de la viruta.

• No debe ser toxico, ni infl a-mable. esmeril.

PROCESOS

Aditivos

El mecanizado genera fuerte fricción entre la herramienta y el material a trabajar, con ello se producen altas temperaturas, que al no ser con-troladas, pueden llegar a dañar los buriles. Un método para reducir la fricción y disminuir la temperatura es aplicar aditivos lubricantes o refrige-rantes en el momento del corte.