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La solución no es utilizar una broca mejor. Consiste en comprender cómo interactúan la velocidad de corte y la velocidad de avance, y por qué optimizar una sin tener en cuenta la otra provoca precisamente este tipo de fallo.
¿Qué son la velocidad de corte y la velocidad de avance?
La velocidad de corte es la velocidad relativa entre el filo de corte y la superficie de la pieza de trabajo en el punto de corte, medida en metros por minuto (m/min) o pies superficiales por minuto (SFM). En el torneado, se trata de la velocidad periférica de la pieza de trabajo en rotación. En el fresado, es la velocidad periférica de la herramienta, determinada por las revoluciones por minuto (RPM) del husillo y el radio de la fresa.
La velocidad de avance es la distancia que recorre la herramienta con respecto a la pieza de trabajo por unidad de tiempo, medida en milímetros por minuto (mm/min) o pulgadas por minuto (IPM). También se expresa como avance por revolución (mm/rev) en el torneado y el taladrado, o como avance por diente (mm/diente, también denominado carga de viruta) en el fresado.
Efectos de la velocidad de corte y la velocidad de avance
Las variaciones en la velocidad de corte y el avance modifican la rugosidad superficial, la vida útil de la herramienta, la temperatura de corte, la tasa de arranque de material, el consumo de energía, la formación de virutas, las vibraciones, la precisión dimensional y la fuerza de corte. Encontrar los valores óptimos implica encontrar un equilibrio entre la productividad, el coste de mecanizado y la calidad de la pieza.
Las velocidades de avance más bajas mejoran el acabado superficial y permiten respetar tolerancias más estrictas, al reducir las marcas de avance y la fuerza de corte. Las velocidades de corte más bajas reducen la generación de calor y prolongan la vida útil de la herramienta, aunque unas velocidades fijadas muy por debajo del rango recomendado pueden provocar la formación de filo recrecido (BUE), en las que el material de la pieza se adhiere al filo de corte y deteriora la superficie.
Reducir la velocidad de corte y la velocidad de avance disminuye la vibración y el desgaste de la herramienta, a costa de la eficiencia productiva. Aumentarlas incrementa la tasa de arranque de material, pero conlleva el riesgo de daños térmicos, fuerzas excesivas y rugosidad superficial. Los maquinistas suelen aumentar la velocidad dentro de los rangos recomendados hasta alcanzar el umbral de desgaste de la herramienta o los límites de calidad.
Comparación entre la velocidad de corte y la velocidad de avance
| Característica | Velocidad de corte | Velocidad de avance |
| Qué es | Velocidad relativa entre la herramienta y la pieza de trabajo | Velocidad a la que avanza la herramienta a lo largo de la pieza de trabajo |
| Factor decisivo principal | Dureza de la pieza de trabajo y del material de la herramienta | Resistencia de la herramienta, acabado superficial deseado y rigidez de la máquina |
| Repercusión en la productividad | Tiempos de ciclo más rápidos | Mayor velocidad de arranque de material |
| Influye principalmente en | Duración de la herramienta y generación de calor | Velocidad de arranque de material y acabado superficial |
| Efecto sobre el acabado superficial | Las velocidades más altas reducen el filo recrecido (BUE) y mejoran el acabado | Las velocidades de avance más bajas reducen las marcas de avance y mejoran el acabado |
| Cómo se mide | m/min o SFM | mm/min, IPM o avance por diente/revolución |
| Los valores excesivamente altos provocan | Desgaste de las herramientas y daños térmicos | Elevada fuerza de corte y rotura de herramientas |
| Los valores excesivamente bajos provocan | Baja eficiencia, endurecimiento de la pieza de trabajo debido al roce | Desgaste de la herramienta, formación de filo recrecido (BUE), endurecimiento por deformación |
Valores extremos de los parámetros y sus características
| Síntoma en la pieza o herramienta | Causa probable | Ajuste correctivo |
| Desgaste de flanco brillante y bruñido | Velocidad de corte demasiado baja, roce de la herramienta | Aumentar la velocidad de corte hasta alcanzar el rango recomendado |
| Virutas azules o decoloradas | Velocidad de corte demasiado alta, exceso de calor | Reducir la velocidad de corte o aumentar el caudal del líquido de refrigeración |
| Marcas de avance profundas y visibles | La velocidad de avance es demasiado alta para el objetivo de acabado | Reducir la velocidad de avance en la pasada de acabado |
| Herramienta rota al entrar a la pieza | La velocidad de avance es demasiado alta para la evacuación de virutas | Reducir la velocidad de avance y comprobar el ciclo de picoteo. |
| Filo recrecido (BUE) en la cara de corte | La velocidad o el avance son demasiado bajos para el material | Aumentar ambos parámetros hacia el rango del fabricante |
Factores que influyen en la velocidad de corte
Hay cuatro factores principales que influyen en la velocidad de corte: el material de la herramienta de corte, la dureza de la pieza de trabajo, la vida útil prevista de la herramienta y la profundidad de corte.
Material de las herramientas de corte
El material de la herramienta de corte influye considerablemente en la velocidad de corte admisible, ya que los distintos materiales presentan diferentes niveles de dureza, dureza en caliente, resistencia al desgaste y estabilidad térmica. Un material que mantiene su dureza a temperaturas elevadas puede cortar a velocidades más altas sin sufrir un desgaste rápido ni fallos.
| Material de la herramienta | Efecto sobre la velocidad de corte | Aplicación |
| Acero rápido (HSS) | Limitado a velocidades bajas debido a su menor dureza en caliente (hasta 30 m/min) | Mecanizado manual de bajo volumen, taladrado y roscado |
| Carburo | Una mayor dureza en caliente y resistencia al desgaste permiten alcanzar velocidades más altas (de 60 a 300 m/min) | Fresado, torneado y taladrado de uso general |
| Diamante policristalino (PCD) | Dureza y resistencia al desgaste superiores; velocidades extremadamente altas (de 200 a 1.200 m/min) | Materiales no ferrosos: aluminio, grafito, materiales compuestos |
| Nitruro de boro cúbico (CBN) | Dureza a caliente y estabilidad térmica excepcionales (de 100 a 400 m/min) | Materiales ferrosos endurecidos y aleaciones endurecidas |
| Cerámico | Su resistencia a altas temperaturas, de hasta 1.200 °C, permite alcanzar velocidades muy elevadas (de 300 a 1.200 m/min) | Acabado a alta velocidad de superaleaciones |
Dureza de la pieza de trabajo
Cuando el mismo material de la herramienta corta piezas de diferente dureza, es necesario ajustar la velocidad de corte para evitar que la herramienta falle. Las piezas más duras requieren velocidades más bajas, mientras que la velocidad aumenta para los materiales más blandos. El acero dulce se mecaniza sin problemas a altas velocidades de corte, mientras que el acero templado obliga a reducir considerablemente la velocidad, especialmente con herramientas convencionales de carburo.
El cambio a una herramienta más resistente al desgaste, como las de cerámica o CBN, permite recuperar parte de esa velocidad perdida y restablecer la productividad. Para determinar la velocidad adecuada, hay que comparar el efecto sobre la vida útil de la herramienta, la productividad, el acabado superficial y la viabilidad económica.
Vida útil prevista de la herramienta
La velocidad de corte y la vida útil de la herramienta mantienen una relación inversa, tal y como se expresa en la ecuación de vida útil de Taylor:
V × Tⁿ = C
| Símbolo | Variable | Descripción |
| V | Velocidad de corte | Velocidad de operación seleccionada |
| T | Vida útil de la herramienta | Tiempo hasta la rotura de la herramienta a la velocidad V |
| n | Exponente de vida útil de la herramienta | Depende de la combinación de herramienta y pieza de trabajo |
| C | Constante | Fijo para una combinación determinada de herramienta y pieza de trabajo |
Incluso unos aumentos moderados de la velocidad de corte reducen significativamente la vida útil de la herramienta debido al exceso de calor y al desgaste. Por ejemplo, en una combinación de herramienta de carburo y acero aleado, al aumentar la velocidad de 100 a 130 m/min (un aumento del 30 %), la vida útil de la herramienta se redujo drásticamente de 150 minutos a tan solo 52 minutos.
Los maquinistas deben sopesar estas ventajas e inconvenientes: las velocidades más bajas favorecen una mayor vida útil de la herramienta en el desbaste o en el caso de herramientas costosas, mientras que las velocidades más altas aumentan la productividad en la producción en serie, siempre que la vida útil de la herramienta siga siendo económicamente viable.
Profundidad de corte
La profundidad de corte varía de forma aproximadamente lineal con la carga de corte. Una mayor profundidad de corte genera más calor y un desgaste más rápido de la herramienta, por lo que suele combinarse con una velocidad de corte menor. La relación entre ambos factores sigue favoreciendo la productividad, ya que se necesitan menos pasadas para alcanzar las dimensiones finales.
La profundidad de corte y la velocidad de avance determinan conjuntamente la carga total de corte, por lo que una gran profundidad de corte combinada con una velocidad de avance elevada requiere una reducción significativa de la velocidad de corte para evitar el sobrecalentamiento y el fallo de la herramienta.
Factores que influyen en la velocidad de avance
La velocidad de avance también varía considerablemente, ya que depende de diversos factores. Los fabricantes de herramientas tienen en cuenta muchos de estos factores a la hora de definir las velocidades de avance recomendadas para sus herramientas. Algunos de ellos son:
- Material de la herramienta y de la pieza de trabajo
- Geometría de la herramienta
- Requisitos de acabado superficial
- Anchura de corte
Material de la herramienta y de la pieza de trabajo
Las piezas más duras generan mayores fuerzas de corte y requieren velocidades de avance más bajas para proteger la herramienta. El acero templado se mecaniza a bajas velocidades de avance; el aluminio, al ser blando, tolera velocidades de avance elevadas; y los materiales dúctiles se mecanizan a velocidades moderadas para evitar la acumulación de material en el filo.
Geometría de la herramienta
El ángulo de desprendimiento, el radio de la punta, la resistencia del filo, el diseño de la acanaladura, el ángulo de hélice y el ángulo de desahogo influyen en las fuerzas de corte y en la evacuación de virutas y, por lo tanto, en la velocidad de avance que puede mantener una herramienta determinada.
Requisitos de acabado superficial
Para obtener un acabado más liso, es necesario utilizar una velocidad de avance menor. Las velocidades de avance más altas aumentan la rugosidad de la superficie y dejan marcas de avance más profundas.
Anchura de corte
La anchura de corte, también denominada profundidad radial de corte o paso lateral en el fresado, define la parte de la herramienta que entra en contacto con la pieza de trabajo. Un mayor contacto radial aumenta la fuerza de corte, el calor y la carga del husillo, por lo que una mayor anchura de corte debe ir acompañada de una velocidad de avance menor para mantener la estabilidad de la máquina.
Cómo interactúan la velocidad de corte y la velocidad de avance
La velocidad de corte y la velocidad de avance dependen de factores similares y no pueden optimizarse de forma independiente, ya que, en conjunto, determinan la fuerza de corte, la generación de calor, la estabilidad de la máquina, la formación de virutas y el desgaste de la herramienta. Aunque cada parámetro parezca aceptable por sí solo, una combinación demasiado agresiva puede sobrecargar la herramienta o la máquina.
Combinaciones de velocidad y avance
| Combinación | Ideal para | Compromiso / Ventaja y desventaja |
| Alta velocidad, avance elevado | Producción en serie, tiempos de ciclo cortos | Elevadas fuerzas y temperaturas; requiere utillaje resistente, lubricación y una sujeción rígida de la pieza de trabajo |
| Alta velocidad, avance lento | Pasadas de acabado, superficie lisa, gran precisión | Un avance bajo conlleva el riesgo de que la herramienta roce y de que los filos se desafilen |
| Baja velocidad, avance elevado | Desbaste de materiales duros, generación limitada de calor | Acabado superficial deficiente, mayor fuerza de corte |
| Baja velocidad, avance lento | Materiales resistentes al desgaste o delicados, configuraciones propensas a las vibraciones | Baja tasa de arranque de material, mayor duración del ciclo |
Optimización de las velocidades de mecanizado
Maximizar la velocidad y el avance reduce los tiempos de ciclo, pero conlleva el riesgo de un mayor desgaste de las herramientas, un aumento del calor y un incremento de los costes. Los maquinistas equilibran estas compensaciones utilizando los siguientes métodos:
Métodos de optimización
| Método | Qué ofrece | Ideal para |
| Datos de corte del fabricante | Rangos de referencia para la velocidad, el avance, la carga de viruta, la profundidad de corte y el refrigerante, según la herramienta y el material | Configuración inicial de los parámetros antes de cualquier corte |
| Recomendaciones sobre software de fabricación asistida por ordenador (CAM) | Recomendaciones sobre avance, velocidad, trayectoria de la herramienta y profundidad de corte en función del material y la geometría, además de simulación de colisiones y de tiempos de ciclo | Programación de piezas complejas y trabajos con múltiples herramientas |
| Ensayos de corte | Validación de los datos del fabricante y de CAM en relación con las condiciones reales de sujeción de piezas, rigidez y refrigerante | Comprobación de la carga de viruta, la vibración y el acabado antes de la producción |
| Control del desgaste de las herramientas | Información directa sobre el desgaste de los flancos, el desgaste en forma de cráteres, mellas en el filo y grietas térmicas | Mejoras continuas durante las series de producción |
Los datos de corte del fabricante proceden de tablas estandarizadas basadas en el material de la herramienta, la geometría, el material de la pieza de trabajo, el recubrimiento y la operación.
Los programas de CAM como Mastercam, Fusion 360 y Esprit amplían estas funciones con la simulación del contacto de la herramienta y el tiempo de ciclo.
Los ensayos de corte detectan lo que la simulación pasa por alto, como una sujeción inestable de la pieza o una rigidez insuficiente, y cualquier desviación se corrige ajustando la velocidad o el avance.
La supervisión del desgaste de las herramientas, que incluye sensores de carga del husillo, de vibraciones y acústicos, indica directamente si los parámetros actuales son demasiado agresivos.
Directrices de Diseño para la Fabricación (DfM) para los parámetros de velocidad y avance
Las decisiones de diseño limitan el margen de velocidad y avance con el que cuenta el maquinista, y algunas elecciones realizadas en la fase de diseño permiten que ese margen sea lo más amplio posible.
| Factor de diseño | Restricción del proceso | Recomendación |
| Agujeros profundos o de diámetro reducido | La evacuación de virutas limita la velocidad de avance | Especificar agujeros piloto o ciclos de picoteo, en lugar de forzar una sola pasada profunda |
| Especificaciones de acabado superficial muy exigentes | Esto reduce la velocidad de avance y alarga la duración del ciclo. | Reservar las especificaciones de acabado fino únicamente para las superficies que sean necesarias desde el punto de vista funcional. |
| Paredes delgadas o elementos sin soporte | Limita la profundidad de corte y la fuerza de corte que se pueden alcanzar | Añadir nervaduras de refuerzo o aumentar el espesor de la pared cuando la función lo permita |
| Materiales difíciles de mecanizar (acero inoxidable, titanio) | Reduce el rango de velocidades de corte seguras | Indicar con antelación el material elegido para que se presupuesten correctamente los costes de utillaje y el tiempo de ciclo. |
Los ingenieros que calculan los diámetros de los agujeros para elementos roscados pueden contrastar las dimensiones de los taladros con los requisitos de la rosca utilizando la calculadora de tamaños de roscas y brocas para roscar, antes de fijar definitivamente los valores de avance para las operaciones de taladrado.
Ajuste de la velocidad de corte y de la velocidad de avance
La velocidad de corte y la velocidad de avance no son parámetros independientes. La velocidad determina el calor generado y el desgaste de la herramienta, mientras que el avance determina la fuerza de corte y el acabado superficial; además, ambos se nutren del mismo presupuesto mecánico. La combinación que maximiza el rendimiento rara vez es la que protege la herramienta, por lo que la respuesta correcta depende de la combinación de los datos del fabricante, la simulación CAM, los ensayos de corte y el control del desgaste, más que de un único valor considerado de forma aislada.
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