Tornos. Cuidado con el corte inútil PROCESOS. Vivir para cortar, cortar para vivir o vivir cortando. La cuestión es cortar. Camilo Marín Villar

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1 21 21 Foto: Metal Actual. Tornos Cuidado con el corte inútil Camilo Marín Villar Periodista Metal Actual Vivir para cortar, cortar para vivir o vivir cortando. La cuestión es cortar bien El artículo siguiente describe las principales variables que intervienen en la velocidad del torneado y contiene algunas recomendaciones 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 afirmar que un corte es útil, cuando el resultado es un producto de calidad, ajustado al requerimiento industrial y obtenido en el menor tiempo posible y al menor costo. En últimas un buen corte es sinónimo de trabajo eficiente. Sin embargo, es imposible ser eficiente sino se corrigen los errores que más afectan la productividad del

2 22 proceso. Corregir errores como: el afilado deficiente de herramientas, desconocimiento de las propiedades 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 cometidos 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 materia 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 productividad 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 corte muy baja ocasionará pérdidas de tiempo; una velocidad muy alta hará que la herramienta pierda el filo muy pronto y se gastará más tiempo al volver a afilarla, (el promedio del tiempo entre afilados es de 15 minutos). Por ello, elegir la velocidad correcta es importante si lo que se quiere es aumentar el volumen de producción y la duración de la herramienta. Así mismo trabajar con una velocidad baja produce acabados deficientes, altos índices de rugosidad y mala calidad del producto final. En muchos 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 superficial y reducción de la vida de la herramienta. El operario debe elegir la velocidad de corte, sustentando su decisión en el conocimiento de tres variables principalmente: La velocidad Oswaldo Morales. Ingeniero Mecánico. Instructor del Sena área Metalmecánica. específica 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 mecanizar 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 (equivalentes a 50 metros lineales) pasen frente a la punta de la herramienta en un minuto. Los productores de metales y los fabricantes de herramientas, generalmente acompañan sus productos con las velocidades de corte más convenientes para hacer eficiente 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. Cuando se tornean piezas delgadas es recomendable utilizar la velocidad máxima posible, un avance largo y poca profundidad de corte, para mejorar los resultados.

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4 24 Velocidad de Avance (Va): Es el movimiento lineal relativo entre la pieza a máquinar y la herramienta de corte, se expresa en milímetros por minuto (mm/min). En otras palabras, el avance en el torno se define como la distancia 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. La incorrecta elección de las velocidades de corte ocasiona pérdidas de tiempo, acabados deficientes, altos índices de rugosidad y mala calidad del producto final. 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 herramientas tipo insertos de cerámicas. Así se logrará la velocidad de corte máxima con el mejor avance y la mayor profundidad. En los tornos convencionales el avance depende de las revoluciones por minuto, por esto la velocidad de avance también se expresa regularmente en pulgadas 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 accionamiento separado para el avance y la Va se expresa en pulg/min ó mm/min. Fórmula para hallar Va Foto: Metal Actual Va= n x f Va= Velocidad de avance n= Número de revoluciones por minuto del husillo f= milímetros por revoluciones de la pieza Profundidad de corte (t): Es la medida 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 milímetros. También se define como el espesor de material removido en una pasada de la herramienta de corte. La profundidad del corte está relacionada con el objetivo del mecanizado. 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 finales de la pieza. Tanto en los procesos de desbaste como de acabado hay que seleccionar la velocidad y profundidad de corte correcta para lograr combinar un avance elevado y un eficiente corte. La profundidad de corte está limitada 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., aproximadamente. Dicha potencia también depende la capacidad (robustez) de bancada bastidor de fundición que soporta todas las partes del torno y del tamaño del cabezal fijo, pieza formada por el eje principal y el husillo, donde se hace girar el material a mecanizar. Esto quiere decir que a mayor tamaño de bancada y cabezal más potencia de trabajo y fuerza para lograr altas profundidades de corte. No sobrecargue el mecanizado con una profundidad de corte muy grande, en los tornos convencionales el desplazamiento máximo en promedio es de 2.5 milímetros de radio, 5 milímetros de diámetro.

5 25 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 1010, 1016, 1020, 1024, ,1035, 1040, 1045 Dureza Brinell Acero rápido Velocidad de corte Material de la herramienta Carburo tungsteno Carburo tungsteno recubierto Va= avance (0.0254mm Rev.) Cerámica metálica recubierta Cerment Vc= velocidad de corte (m/min.) min. Max min. Max min. Max min. Max Va 0,42 0,23 0,42 0,23 0,42 0,23 0,178 0,762 Vc Va 0,432 0,203 0,432 0,203 0,711 0, Vc , Va 0,431 0,203 0,431 0,203 0,254 0,127 0,177 0,076 Vc , Va 0,431 0,203 0,431 0,203 0,177 0,076 0,177 0,076 Vc Fuente Machinery s Hand Book 29 edición de Tradución Ing. Oswaldo Morales López. *Para la aplicación de esta tabla se debe hacer utilizando abundante fluido de corte sobre la herramienta y la pieza. Sobre el filo de la herramienta Las herramientas de corte para metales son utensilios de uso masivo en la industria metalmecánica, gran parte de la eficiencia del torneado depende de utilizar la herramienta correcta. También llamada cuchilla o buril, la herramienta de corte, es clasificada 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 resistentes a las temperaturas, incluso algunas no necesitan ser afiladas. Por lo general, a medida de que se dispuso

6 26 Foto: Metal Actual La viruta en forma de grano pequeño y sin filo es producto de un buen corte (Der), La viruta larga y filosa es producto de un mal corte (Izq) Usos: Los aceros rápidos son utilizados para cortes en metales, maderas y plásticos. Son económicos y reafilables. Su aplicación es muy versátil ya que se fabrican desde herramientas de mano, tubos, tuercas y tornillos; hasta piezas de máquinaria pesada. Sin embargo, la industria cada vez los usa menos por los tiempos muertos de la máquina, mientras se afilan las herramientas. de mejores materiales, se construyeron máquinas y herramientas más grandes y potentes para producir piezas metálicas con mayor rapidez y economía. En la actualidad la industria metalmecánica clasifica las herramientas según el material del que están hechas. A continuación se reseñan los principales tipos de herramientas. Herramientas de acero no aleado (WS): En menor medida las fábricas nacionales trabajan con herramientas que contienen entre 0.5 a 1.5 por ciento de carbono. Soportan sin deformación o pérdida de filo hasta 250 C y se les conoce como cuchillas de acero al carbono. - Usos: Se utilizan para operaciones de torneado de baja velocidad y para algunas herramientas de corte para madera y plásticos. Son relativamente 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 herramientas semejantes. - Recomendación: Las herramientas de corte de acero al carbono deben mantenerse frías mientras se afilan. Si aparece un color azul en la parte que se afila, 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 ferrosos como el tungsteno, cromo, vanadio, molibdeno (1) y otros. Las aleaciones básicas resisten hasta 600 C. Hoy por hoy se han encontrado 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 llama también cuchillas de aceros rápidos. Foto: Foto: Herramientas tipo tungsteno. 815 C. Herramientas tipo HSS Acero rápido. 600 C. - Recomendación: Para aprovechar la vida útil al máximo hay que evitar el sobrecalentamiento de la herramienta. Durante el torneado es importante que la temperatura generada por la fricción no supere los 540 C.

7 27 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 máquinar 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 resistentes 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 posicionamiento 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 (Al 2 O 3 ) y nitruro de silicio (Si 3 N 4 ) compactados en formas de insertos geométricos. Son muy duras y so- portan temperaturas de hasta C, sin embargo también son frágiles y por ello quebradizas, más que Foto: Sandvik Coromant. Productos para el mecanizado del metal. Insertos o plaquitas, junto a algunos portainsertos. Material cerámico C.

8 28 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 rendimiento de producción. - Usos: Son utilizadas en producciones en serie, como el sector automotriz y las autopartes. Industria donde, por su buen desempeño, han logrado aumentar notablemente la cantidad de piezas fabricadas. El empleo de insertos en tornos de baja potencia no se justifica pues sería subutilizarlos. Las máquinas rígidas y potentes aprovechan toda la resistencia al calor y la dureza de estos materiales. - Recomendación: Como los insertos son bastante frágiles, deben estar muy bien soportadas en portaherramientas, porque se pueden romper o dañar con facilidad si la máquina vibra. Por desempeñarse muy bien en velocidades de mecanizado altas las herramientas de cerámica 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 cuchillas de aceros rápidos y tungsteno. Por eso es relevante conocer algunas pautas para afilar los buriles tradicionales. Recomendaciones básicas para el afilado de un buril 1. Emplear un esmeril con grano grueso para desbaste y grano fino 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 afilado y aplicar una presión moderada. 5. Evitar el esmerilado cóncavo. 6. Mantener los esmeriles limpios reavivándolos frecuentemente. 8. Remover las cantidades excesivas de material 9. No provocar choques térmicos al introducir bruscamente la herramienta en líquidos enfriados después de elevar su temperatura durante el afilado. Aditivos El mecanizado genera fuerte fricción entre la herramienta y el material a trabajar, con ello se producen altas temperaturas, que al no ser controladas, pueden llegar a dañar los buriles. Un método para reducir la fricción y disminuir la temperatura es aplicar aditivos lubricantes o refrigerantes en el momento del corte. 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 color 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 fabricación de aceros y filamentos resistentes a altas temperaturas. (Símb. Mo). Fuentes El aditivo debe ser transparente (permite al operario ver lo que está haciendo), poseer una baja viscosidad, que cubra completamente la herramienta y la pieza, refrescando y diminuyendo la temperatura. Esto evita que se desafile 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 inflamable. esmeril. Oswaldo Morales López. Ingeniero mecánico, especializado en mecanizado de alta velocidad. Actualmente instructor del Sena, en el área de metalmecánica. 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 Reestructuración. Autor: Gabriel Ramos Poveda, Gabriel. Consultor Industrial. Publicado por Fedemetal y Sena.