La fuerza de corte en el mecanizado es la resistencia física que opone el material de una pieza a ser penetrado y deformado por una herramienta de corte para formar la viruta.

En mecanizado, es fundamental estimar las fuerzas de corte requeridas para poder asegurar una buena planificación de la operación de corte. Una estimación adecuada permite la correcta selección de la herramienta de corte y el utillaje necesario para evitar problemas de precisión dimensional y geométrica debido a deflexiones, vibraciones, etc. Al mismo tiempo, la estimación de las fuerzas de corte permite estimar la potencia de corte requerida, permitiendo una correcta selección de la máquina herramienta (torno, fresadora, etc.) Abellán-Nebot, J. V., Pastor, C. V., & Siller, H. R. (2025). "Manufacturing process planning: A practical approach for mechanical engineering". John Wiley & Sons. .

Tomando el proceso de torneado como ejemplo de proceso de mecanizado, la Figura 1 muestra las fuerzas que aparecen en la operación de corte. La fuerza principal de corte (), define la fuerza resultante en la dirección del movimiento de corte. La componente normal o fuerza de empuje () es la fuerza perpendicular al filo de corte y a la fuerza principal de corte. Generalmente esta fuerza supone entre el 50 y el 70% de la fuerza de corte. Kohser, R. A., Collins, P. C., & Black, J. T. (2008). DeGarmo's materials and processes in manufacturing. Chapter 20. John Wiley & Sons. 10th Edition En función del ángulo de posición principal de la herramienta de corte, esta fuerza da lugar a una componente axial () y a una componente radial (). Según la operación de mecanizado, estas componentes dan lugar a las fuerzas de avance. Por ejemplo, en una operación de cilindrado, donde la herramienta se mueve en dirección longitudinal (paralelo al eje de la pieza), la componente normal en dirección axial equivale a la fuerza de avance requerido en la operación.

Cálculo de la fuerza de corte Aunque existen diferentes métodos para la estimación de las fuerzas de corte en mecanizado (véanse libros técnicos, Groover, M. P. (2010). Fundamentals of modern manufacturing: materials, processes, and systems. John Wiley & Sons. Chapter 21), el método más comúnmente empleado es el método de la presión específica de corte, y la mayor parte de los fabricantes de herramientas de corte (por ejemplo, Sandvik Coromant, Mitsubishi Materials) aportan información relacionada con la presión específica para la estimación de fuerzas y potencias en operaciones de mecanizado.

Este método de cálculo de la fuerza de corte establece que la fuerza de corte es directamente proporcional a la sección de viruta indeformada con una constante de proporcionalidad denominada presión específica de corte o resistencia específica de corte. Esta constante de proporcionalidad viene expresada como Abellán-Nebot, J. V., Benavent-Nácher, S., Bruscas-Bellido, G.M, Serrano-Mira, J, Vila-Pastor, C. (2022) Problemas resueltos de mecanizado.: Fresado, torneado y taladrado. Independently published. :

donde es la fuerza de corte y la sección de viruta indeformada.

La presión de corte depende de numerosos factores, como: Material de la pieza a mecanizar. Un material con mayor resistencia mecánica posee un mayor. Material de la herramienta de corte. Junto con el material de la pieza, ambos definen el coeficiente de rozamiento viruta-cara de desprendimiento de la herramienta. Herramientas de corte con menor coeficiente de fricción durante el corte poseen menor . Geometría de la herramienta de corte. El ángulo de desprendimiento de la herramienta de corte influye en el trabajo por deformación que sufre la viruta. Mayores ángulos de desprendimiento suponen menores valores de . Sección de viruta. Ensayos experimentales demuestran que la es función de la sección de viruta A, disminuyendo al aumentar dicha sección. Para el mismo ancho de viruta, al aumentar el espesor de viruta disminuye. Velocidad de corte. La tiende a reducirse ligeramente al aumentar la velocidad de corte, aunque a altas velocidades la se mantiene constante. Condiciones de lubricación y refrigeración. Una mejor lubricación entre la viruta y la herramienta de corte disminuye el coeficiente de fricción y por tanto, disminuye. Desgaste de la herramienta. Un mayor desgaste produce una modificación de la geometría de la herramienta de corte y un aumento en la fricción, lo que produce un aumento de la presión específica de corte .

Para el cálculo de las fuerzas de corte mediante la presión específica de corte, se emplean unas tablas que recogen las variaciones de en función de una serie de variables dependientes de los factores anteriormente mencionados. Así, habitualmente se obtiene como:

El valor es la presión específica de corte para un determinado material dadas unas condiciones fijas de corte (uso de una herramienta de corte de referencia con un determinado ángulo de desprendimiento y mecanizando un determinado espesor de viruta), y el valor y son factores de corrección del espesor de viruta y del ángulo de desprendimiento, respectivamente, para corregir el valor en función de las condiciones de corte reales. Los valores se encuentran tabulados en función del material de la herramienta de corte, el material de mecanizado, etc. Para el caso concreto del factor , se estima la corrección como:

donde es el ángulo de desprendimiento de la herramienta de referencia (habitualmente la herramienta de referencia tiene un ángulo de 0º), y el ángulo de desprendimiento de la herramienta empleada en el mecanizado. De este modo se observa como una herramienta con un ángulo de desprendimiento menor a la de referencia da como resultado un factor de corrección mayor a 1, lo que a su vez indica mayores fuerzas de corte. Para el caso del factor , en ocasiones el factor se estima directamente de tablas o bien se estima la corrección como:

donde es el espesor de viruta de la operación analizada y un valor tabulado en tablas que depende del material mecanizado y de las condiciones de corte.

En cuanto al cálculo de la potencia de corte, se estima como

Donde es la fuerza de corte y es la velocidad de corte. Las componentes normales de la fuerza y la velocidad de avance no se suelen considerar al suponer éstas una potencia muy inferior en comparación con la de corte, alrededor de solo un 1%.

Tablas de presión específica de corte Diferentes fabricantes de herramientas de corte proveen de manuales y documentación técnica con valores de presión específica de corte. La tabla siguiente muestra algunas presiones específicas de corte recogidas de manuales técnicos del fabricante Sandvik Coromant, aunque valores similares se pueden encontrar en otros fabricantes de herramientas de corte. + Valores típicos de presión específica de corte Material Observaciones Presión específica de corte (, ) Acero no aleado Bajo contenido en carbono (<0.55%) 1.500 0,25 Acero no aleado Alto contenido en carbono (>0.55%) 1.700 0,25 Acero de baja aleación No endurecido 1.700 0,25 Acero de alta aleación Aceros para herramientas 2.900 0,25 Acero inoxidable - 2.800 0,21 Fundición gris - 1.100 0,28 Aleaciones aluminio Al > 99% 350 0,25 Aleaciones de titanio Ti > 99% 1.300 0,23

Ejemplo de cálculo en torno Considere un torno de CNC donde se realiza el cilindrado de ejes de 30 mm de diámetro y 300 mm de longitud de acero no aleado de bajo contenido en carbono, reduciendo su diámetro a 26 mm. Los ejes se mecanizan entre entre puntos con un plato y perro de arrastre, con una herramienta de metal duro con ángulo de posición principal 75º y ángulo de desprendimiento 2º. Se emplea una velocidad de corte de 180 m/min y un avance de 0,1 mm/rev. El esquema de la operación a analizar se muestra en la Figura 2.

Las fuerzas de corte en la operación se estiman como sigue. Conocidas las condiciones de corte, la fuerza de corte se estimada como

La operación se realiza con una profundidad de pasada de 2 mm (se pasa de Ø30 a Ø26 mm), por tanto, el área de la sección de viruta (Figura 3) es

siendo el ancho de la viruta, el espesor de viruta, el avance por vuelta y la profundidad de pasada. La presión específica de corte se calcula como:

Para el acero no aleado, según la tabla se tiene un valor de y

Por tanto, el factor de corrección del espesor de viruta es:

Ya que el espesor de viruta es

Por otro lado, el factor de corrección del ángulo de desprendimiento es:

Ya que para la tabla de presiones específica se tiene que . Por tanto:

Y la fuerza de corte es

Véase también Mecanizado Herramienta de corte Torno

Referencias

Enlaces externos Material Docente Universitat Jaume I, con algunos ejercicios de mecanizado de acceso libre . Sitio web oficial del fabricante Sandvik Coromant, con material técnico para el cálculo de fuerzas de corte .

Categoría:Ingeniería mecánica