Código Científico Revista de Investigación/ V.6/ N. E1/ www.revistacodigocientifico.itslosandes.net
ISSN: 2806-5697
Vol. 6 – Núm. E1 / 2025
pág. 1507
Estudio del desgaste y durabilidad de cuchillas de mecanizado en
procesos de torneado de aceros de alta dureza
Study of the wear and durability of machining blades in turning processes
of high hardness steels
Estudo do desgaste e durabilidade de lâminas de maquinagem em
processos de torneamento de aços de elevada dureza
Winston Anderson Cobeña Armijos1
Instituto Superior Tecnológico Tsa´chila
winstoncobena5@gmail.com
https://orcid.org/0009-0007-4578-9841
Evelyn Esmeralda Vilema Muñoz2
Instituto Superior Tecnológico Tsa´chila
evelynvilema4@gmail.com
https://orcid.org/0009-0009-9591-0616
Edwin Domingo Taranto Gonzales3
Instituto Superior Tecnológico Tsa´chila
edwintaranto@tsachila.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-8087-6496
DOI / URL: https://doi.org/10.55813/gaea/ccri/v6/nE1/784
Como citar:
Cobeña, W., Vilema, E. &Taranto, E., (2025). Estudio del desgaste y durabilidad de cuchillas
de mecanizado en procesos de torneado de aceros de alta dureza. Código Científico Revista
de Investigación, 6(E1), 1507-1529.
Recibido: 31/01/2025 Aceptado: 28/02/2025 Publicado: 31/03/2025
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pág. 1508
Research Article
Volumen 6, Número Especial 1, 2025
Resumen
En este análisis se estudió el desgaste y la durabilidad de insertos de mecanizado en el torneado
de aceros de alta dureza, gestionándose la colaboración de la empresa ACETERM. En esta, se
llevaron a cabo los análisis de los insertos de forma trigón, triangular y el inserto de ranurado
o corte en un torno CNC. Se evaluaron diversos aspectos, como la vida útil, los tipos de fallas,
la eficiencia, la formación de viruta y los factores que afectaron la duración de las herramientas
de corte. Basándose en el método de Taylor, se aplicaron ecuaciones para determinar la vida
útil de las herramientas a partir de los datos obtenidos durante el mecanizado. Además, se
complementó el análisis con una simulación térmica en software CAD, en la cual se seleccionó
el inserto trigón para identificar las zonas críticas de la herramienta bajo condiciones de
operación. Los resultados ofrecieron información clave para optimizar el rendimiento de las
herramientas de corte en procesos de torneado de materiales de alta dureza.
Palabras Clave: Desgaste, Durabilidad, Insertos, Torneado, Simulación.
Abstract
In this analysis, the wear and durability of machining inserts in the turning of high hardness
steels was studied, with the collaboration of the company ACETERM. The analysis of trigon
and triangular shaped inserts and the grooving or cutting insert was carried out on a CNC lathe.
Various aspects were evaluated, such as service life, types of failures, efficiency, chip
formation and factors affecting the life of the cutting tools. Based on Taylor's method,
equations were applied to determine tool life from data obtained during machining. In addition,
the analysis was complemented with a thermal simulation in CAD software, in which the trigon
insert was selected to identify critical areas of the tool under operating conditions. The results
provided key information to optimize the performance of cutting tools in turning processes of
high hardness materials.
Keywords: Wear, Durability, Inserts, Turning, Simulation.
Resumo
Nesta análise, foi estudado o desgaste e a durabilidade das pastilhas de maquinagem no
torneamento de aços de elevada dureza, com a colaboração da empresa ACETERM. Na
ACETERM, foram efectuadas análises às pastilhas de forma trigonal e triangular e à pastilha
de ranhurar ou cortar num torno CNC. Foram avaliados vários aspectos como a vida útil, os
tipos de falhas, a eficiência, a formação de aparas e os factores que afectam a vida das
ferramentas de corte. Com base no método de Taylor, foram aplicadas equações para
determinar a vida da ferramenta a partir dos dados obtidos durante a maquinação. Além disso,
a análise foi complementada com uma simulação térmica em software CAD, na qual a pastilha
trigon foi selecionada para identificar as áreas críticas da ferramenta em condições de
funcionamento. Os resultados forneceram informações fundamentais para otimizar o
desempenho das ferramentas de corte em processos de torneamento de materiais de elevada
dureza.
Palavras-chave: Desgaste, Durabilidade, Pastilhas, Torneamento, Simulação.
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Introducción
El desgaste de los insertos de corte en el proceso de torneado representa uno de los
mayores desafíos en la industria del mecanizado, especialmente cuando se trabaja con aceros
de alta dureza. Este fenómeno tiene un impacto directo en la eficiencia operativa, la precisión
de las piezas mecanizadas y los costos asociados al mantenimiento y reemplazo de las
herramientas. La vida útil de los insertos, fundamental para el rendimiento de las operaciones
de torneado, depende de una serie de factores, entre los cuales destacan las condiciones de corte
como la velocidad, el avance y la profundidad del corte.
En particular, los insertos de forma trigonal se han consolidado como una opción
preferida en la industria debido a su capacidad para distribuir de manera más equilibrada las
fuerzas de corte, lo que mejora la estabilidad y eficiencia del proceso. No obstante, el desgaste
de estos insertos es inevitable y puede reducir la calidad del producto final, aumentando la
frecuencia de reemplazo y, en consecuencia, los costos operativos.
El presente estudio tiene como objetivo analizar en profundidad el desgaste y la
durabilidad de los insertos trigonales en el torneado de aceros de alta dureza, utilizando dos
enfoques complementarios. En primer lugar, se empleará el método de Taylor, que a través de
sus ecuaciones permite predecir la vida útil de las herramientas de corte en función de
parámetros operativos. Este enfoque proporciona una base matemática sólida para comprender
cómo los distintos factores del proceso de mecanizado impactan en el desgaste de los insertos,
y es esencial para optimizar los parámetros de corte y mejorar la rentabilidad del proceso.
En segundo lugar, se llevará a cabo un análisis térmico mediante simulación en la
plataforma CAD SolidWorks, con el fin de identificar las zonas críticas de temperatura que
afectan la durabilidad de los insertos. El calor generado en la zona de contacto entre el inserto
y la pieza es uno de los factores clave que aceleran el desgaste, y la simulación permitirá
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predecir la distribución de la temperatura en las herramientas y piezas, lo que facilitará la
selección de materiales y recubrimientos adecuados para mitigar este efecto.
Estudios sobre herramientas en aceros de alta dureza, como el mecanizado del acero
AISI 4340, destacan la importancia de la ecuación de Taylor para optimizar los parámetros de
corte. Experimentos realizados han correlacionado el avance y la profundidad de corte con la
vida útil de herramientas de metal duro (García et al., 2011). El desgaste de flanco, que
involucra defectos como la caracterización y el astillamiento, es común durante el torneado y
afecta tanto la calidad del mecanizado como la vida útil de las herramientas, lo que incrementa
los costos. Investigaciones sobre acero AISI 01 han mostrado cómo los cambios en la geometría
y los recubrimientos impactan estos defectos (Gonzales et al., 2012).
Además, Müller y Hansen (2017) analizan cómo factores como la velocidad de corte,
el avance y la profundidad afectan la vida útil de las herramientas, concluyendo que la
velocidad de corte es el principal factor de desgaste y destacando el uso del método de Taylor
para predecir la durabilidad de las herramientas.
El propósito de esta investigación es proporcionar una visión integral sobre el
comportamiento de los insertos trigonales bajo condiciones de torneado de aceros de alta
dureza, con el fin de optimizar su rendimiento y vida útil. Los resultados obtenidos ofrecerán
soluciones prácticas que podrán aplicarse en la mejora de los procesos de producción,
contribuyendo a la reducción de costos operativos y a la mejora de la calidad de las piezas
mecanizadas en sectores industriales clave como la automoción y la fabricación de maquinaria
de alta precisión.
Metodología
La investigación adopta un enfoque mixto, combinando análisis cualitativo y
cuantitativo para examinar el desgaste y la durabilidad de las cuchillas en el mecanizado de
aceros de alta dureza (Pérez et al., 2017). Desde la perspectiva cualitativa, se analizan los
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factores que influyen en el desgaste de las herramientas de corte, incluyendo defectos,
condiciones de operación e interacción con el material mecanizado, permitiendo identificar
patrones y estrategias de mejora.
En el enfoque cuantitativo, se emplean las ecuaciones de Taylor para estimar la vida
útil de las plaquitas, complementadas con simulaciones térmicas en software CAD, lo que
proporciona información detallada sobre temperatura y esfuerzos térmicos en las herramientas.
La investigación tiene un alcance descriptivo, ya que buscó caracterizar el desgaste y
las condiciones en las que ocurre en el torneado de aceros de alta dureza (Morales et al., 2016).
Se analizaron variables como velocidad de corte y temperatura, integrando cálculos del Método
de Taylor en simulaciones computacionales para evaluar la durabilidad de las herramientas.
El estudio se llevó a cabo en el taller de mecanizado Aceterm Aceros Especiales, en
Santo Domingo de los Tsáchilas, seleccionado por su experiencia en mecanizado de aceros de
alta dureza. Durante dos días, se analizaron el desempeño de herramientas de corte y se
registraron parámetros operativos, documentando factores relacionados con el desgaste.
Se trabajó con un conjunto de herramientas de corte representativas de distintos
proveedores, seleccionadas según recubrimiento, geometría y especificaciones técnicas. Estas
fueron evaluadas en condiciones controladas de mecanizado, replicando escenarios
industriales.
El diseño de investigación fue transaccional, ya que analizó el desgaste y durabilidad
de las plaquitas en un momento específico. También se integró un diseño experimental con
pruebas controladas en laboratorio, incluyendo simulaciones térmicas y análisis comparativos
bajo diferentes parámetros de corte, con el fin de evaluar su rendimiento y validar las
ecuaciones de Taylor.
Para lo siguiente, se observa cómo se realizó el análisis de los insertos con el método
de Taylor:
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Primera ecuación (ecuación básica de Taylor)
𝑪 = 𝑽 ∗ 𝑻𝒏
Tabla 1.
Valores orientativos de n y C en la ecuación de Taylor.
Material de
herramienta
C (m/min)
n
Materiales fáciles de
mecanizar
Aceros suaves no
endurecido
Acero para
herramienta al
carbono
0,100
70
20
Acero de alta
velocidad
0,125
120
70
Carburo cementado
0,250
900
500
Cermet
0,250
600
Carburo recubierto
0,250
700
Cerámico
0,600
3000
Tabla 2.
Tiempo de vida útil de la herramienta.
Inserto
Tipo de
inserto
Vc (m/min)
Material
inserto
Material a
mecanizar
Tiempo de
vida útil
obtenida T
(min)
WNMG080408-
MM
Trigón
250
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
16
WNMG080404-
MA
Trigón
300
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
7.72
TNMG PM
Zp152
Triangular
200
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
39.06
N151.2-400-5E
4225
Rectangular
210
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
32.14
Nota. La tabla muestra que el inserto triangular tuvo el mejor desempeño con 39.06 minutos de vida útil a 200
m/min, mientras que los insertos trigonales se desgastaron más al aumentar la velocidad de corte.
Segunda ecuación (Ecuación de Taylor modificada, incluye avance y profundidad de
corte).
𝑪 = 𝑽𝑻𝒏𝒇𝒎𝒅𝒑
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Tabla 3.
Exponente m y p.
Tabla 4.
Resultados de velocidad optima.
Inserto
Tipo de
inserto
T (min)
Material
inserto
Material a
mecanizar
Velocidad de
corte optima Vc
(m/min)
WNMG080408-
MM
Trigón
16
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
203.06
WNMG080404- MA
Trigón
7.72
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
237.07
TNMG PM
Zp152
Triangular
39.06
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
131.71
N151.2-400-5E 4225
Rectangular
32.14
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
218.85
Nota. Evidencia que el inserto triangular tuvo la mayor vida útil (39.06 min a 131.71 m/min), mientras que los
insertos trigonales mostraron mayor desgaste al aumentar la velocidad de corte.
Tercera ecuación (Ecuación de Taylor para desgaste de flanco)
𝒌
𝑻 = 𝑽𝒂𝒇𝒃𝒅𝒄
Tabla 5.
Tabla de exponentes a, b, c y K
Tipo de inserto
Material a
mecanizar
a
b
c
K
(m/min)
WNMG080408-MM
AISI Acero 1045
0.22
0.48
0.12
420
WNMG080404-MA
AISI Acero 1045
0.25
0.5
0.1
400
TNMG PM Zp152
AISI Acero 1045
0.3
0.55
0.08
380
N151.2-400-5E 4225
AISI Acero 1045
0.28
0.52
0.15
350
Material de la
herramienta
Material a
mecanizar
Exponente m
(avance)
Exponente p
(profundidad)
Carburo de
tungsteno
Acero al carbono
(AISI 1045)
0.15-0.20
0.05-0.10
Carburo de
tungsteno
Acero inoxidable
(AISI 304)
0.20-0.25
0.10-0.15
Carburo de
tungsteno
Aluminio
0.05-0.10
0.02-0.05
Acero rápido (HSS)
Acero al carbono
(AISI 1045)
0.05-0.10
0.02-0.05
Acero rápido (HSS)
Fundición de hierro
0.10-0.15
0.05-0.10
Cerámica
Acero endurecido
0.15-0.20
0.10-0.15
Cermet
Acero al carbono
(AISI 1045)
0.10-0.15
0.05-0.10
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Tabla 6.
Tiempo de desgaste de flanco.
Nota. Muestra que el inserto trigón WNMG080408-MM tuvo el mayor tiempo de desgaste (223.13 min a 420
m/min), mientras que el WNMG080404-MA presentó la menor duración, sugiriendo que la velocidad de corte
influye en la vida útil del inserto.
Cuarta ecuación (Ecuación de Taylor para herramientas recubiertas)
𝑪 = 𝑽𝑻𝒏𝒇𝒎𝒅𝒑𝒆𝒌∗𝑹𝒆𝒄𝒖𝒃𝒓𝒊𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐
Tabla 7.
Tipo de recubrimiento.
Tabla 8.
Tiempo de vida útil según el tipo de recubrimiento del inserto
Inserto
Tipo de
inserto
Recubrimiento
Material
inserto
Material a
mecanizar
Tiempo de vida
según el
recubrimiento
T(min)
WNMG080408-
MM
Trigón
420
Carburo
de
tungsteno
AISI
Acero 1045
24.41
WNMG080404- MA
Trigón
400
Carburo de
tungsteno
AISI
Acero 1045
33.19
TNMG PM
Zp152
Triangular
380
Carburo de
tungsteno
AISI
Acero 1045
80.98
N151.2-400-5E 4225
Rectangular
350
Carburo de
tungsteno
AISI
Acero 1045
417.86
Nota. Los insertos con recubrimiento CVD mostraron una mayor vida útil que los de PVD, destacando el inserto
rectangular con TiCN+Al2O3+TiN, que alcanzó 417.86 minutos.
Inserto
Tipo de
inserto
K
(m/min)
Material
inserto
Material a
mecanizar
Tiempo de
desgaste de flanco
T (min)
WNMG080408-
MM
Trigón
420
Carburo
de
tungsteno
AISI Acero
1045
223.13
WNMG080404- MA
Trigón
400
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
163.73
TNMG PM
Zp152
Triangular
380
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
172.08
N151.2-400-5E 4225
Rectangular
350
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
197.64
Tipo de recubrimiento
Coeficiente k
Tipo de recubrimiento
(horas)
PVD TiAlN
(Nitruro de Titanio Aluminio)
0.1
2-4
CVD (TiCN)
Carbonitruro de titanio
0.1
4-8
CVD TiCN+Al2O3+TiN
Carbonitruro de titanio Óxido de
aluminio
Nitruro de titanio
0.1
4-8
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Quinta ecuación (Ecuación de Taylor para condiciones de refrigeración)
𝑪 = 𝑽𝑻𝒏𝒇𝒎𝒅𝒑 ∗ 𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒅𝒆
refrigeración
Tabla 9.
Exponentes según el tipo de refrigerante.
Tipo de refrigerante
Factor de
Refrigeración
Descripción
Taladrina (Emulsión)
1.1 - 1.3
Refrigerante común, mejora la lubricación y reduce la
temperatura
Aceite Puro
1.0 - 1.2
Usado en operaciones de alta precisión, proporciona buena
lubricación
Aceite Soluble
1.1 - 1.3
Similar a la taladrina, pero con mayor capacidad de
lubricación
Refrigerante Sintético
1.2 - 1.4
Alto rendimiento, reduce el desgaste y mejora la vida útil de
la herramienta
Refrigerante Semi-
Sintético
1.1 - 1.3
Combina propiedades de refrigerantes sintéticos y
emulsiones
Aire Comprimido
(Mecanizado en Seco)
0.8 - 1.0
No usa refrigerante líquido pero el aire ayuda a evacuar
virutas.
Aceite Mineral
1.0 - 1.2
Usado en operaciones de baja velocidad, proporciona
lubricación básica.
Nitrógeno Líquido
(Criogénico)
1.5 - 2.0
Enfriamiento extremo, usando en materiales difíciles de
mecanizar
CO2 (Criogénico)
1.5 - 2.0
Similar al nitrógeno líquido usado en aplicaciones
especializadas
Tabla 10.
Tiempo de vida útil según el refrigerante.
Inserto
Tipo de
inserto
Refrigerante
(emulsión)
Material
inserto
Material a
mecanizar
Tiempo de
vida según
el
refrigerante
WNMG080408- MM
Trigón
Taladrina
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
3.35
WNMG080404- MA
Trigón
Taladrina
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
1.45
TNMG PM
Zp152
Triangular
Taladrina
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
3.54
N151.2-400-5E 4225
Rectangular
Taladrina
Carburo de
tungsteno
AISI Acero
1045
18.28
Nota. Muestra que la forma del inserto influye en su vida útil, destacando el inserto rectangular con 18.28
minutos, mientras que los trigonales y triangulares tuvieron menor duración.
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El procesamiento de datos incluyó la organización de información en tablas y gráficos,
facilitando su análisis. Se interpretaron los informes generados por software CAD y se
aplicaron cálculos del método de Taylor para evaluar el desgaste de las herramientas. La
recolección de datos se realizó mediante observación directa, registro de condiciones de
mecanizado y uso de cámaras y grabadoras para documentar el proceso. Finalmente, se
elaboraron conclusiones sobre la durabilidad de las herramientas y la efectividad de los
métodos aplicados.
Resultados
Interpretación de valores obtenidos de las ecuaciones de Taylor: Resultados de la vida
útil T (min) del inserto
La tabla 11 presenta los resultados del mecanizado de acero AISI 1045 con plaquitas
de carburo de tungsteno en un torno CNC donde los exponentes n y C se han extraído de
manuales de mecanizado como Sandvik Coromant, Kennametal y Iscar, analizando el material
a mecanizar y el material de la plaquita. Quedando como se muestra en la tabla 11.
Tabla 11.
Resultados de inserto.
Inserto
Tipo
Velocidad de corte
(m/min)
Vida útil (min)
WNMG080408-MM
Trigón
250
16.00
WNMG080404-MA
Trigón
300
7.72
TNMG PM Zp152
Triangular
200
39.06
N151.2-400-5E 4225
Rectangular
210
32.14
Resultados de la velocidad óptima para el mecanizado (Vc)
La tabla 12 muestra los resultados del mecanizado de acero AISI 1045 con herramienta
de corte de carburo de tungsteno en un torno CNC donde los exponentes m y p se han extraído
de manuales de mecanizado como Sandvik Coromant, Kennametal y Iscar donde se
recomienda el valor de los exponentes para el cálculo posterior de la velocidad óptima.
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Tabla 12.
Vida útil y velocidad óptima de los insertos en procesos de mecanizado.
Inserto
Tipo
Velocidad de corte
(m/min)
Vida útil (min)
Velocidad óptima
(m/min)
WNMG080408-MM
Trigón
250
16.00
203.06
WNMG080404-MA
Trigón
300
7.72
237.07
TNMG PM Zp152
Triangular
200
39.06
131.71
N151.2-400-5E 4225
Rectangular
210
32.14
218.85
Resultados obtenidos para el tiempo de desgaste del flanco (Tf)
La tabla 13 presenta los resultados del mecanizado de acero AISI 1045 con insertos de
carburo de tungsteno en un torno CNC, evaluando la velocidad de corte (K) y el tiempo de
desgaste de flanco (T).
Tabla 13.
Resultados del mecanizado de acero AISI 1045 con insertos de carburo de tungsteno en torno
CNC.
Inserto
Velocidad de corte (K)
[m/min]
Tiempo de desgaste de
flanco (T) [min]
WNMG080408-MM (trigón)
420
223.13
WNMG080404-MA (trigón)
400
163.73
TNMG PM Zp152 (triangular)
380
172.08
N151.2-400-5E 4225 (rectangular)
350
197.64
Resultados obtenidos teniendo en cuenta el tipo de recubrimiento del inserto (Trec)
Los insertos trigonales, con recubrimientos PVD (TiAlN+TiAlN) y CVD (TiCN,
Al2O3), presentan tiempos de vida útil de 24.41 y 33.19 minutos, respectivamente con se
muestra en la tabla 7. Esta diferencia se debe a que los recubrimientos CVD, al ser depositados
a altas temperaturas, generan una capa más gruesa y adherente, lo que mejora su resistencia al
desgaste y a las altas temperaturas generadas durante el corte. Por otro lado, el inserto triangular
con recubrimiento CVD (TiCN, Al2O3) alcanza un tiempo de vida útil significativamente
mayor (80.98 minutos), lo que sugiere que su geometría y el recubrimiento actúan
sinérgicamente para distribuir mejor el calor y reducir la concentración de esfuerzos térmicos.
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Finalmente, el inserto rectangular con recubrimiento CVD (TiCN+Al2O3+TiN)
destaca con un tiempo de vida útil de 417.86 minutos, evidenciando que la combinación de
múltiples capas de recubrimiento y su geometría optimizan la disipación térmica y la resistencia
a la abrasión.
Resultados obtenidos teniendo en cuenta el tipo de refrigerante (Tref)
La tabla 9 compara el tiempo de vida útil de insertos de carburo de tungsteno al
maquinar acero AISI 1045 usando taladrina como refrigerante, considerando la influencia de
la forma del inserto. Se analizan cuatro tipos de insertos según su geometría: dos trigonales
(WNMG080408-MM y WNMG080404-MA), uno triangular (TNMG PM Zp152) y uno
rectangular (N151.2-400-5E 4225). Los insertos trigonales tienen un tiempo de vida útil de
3.35 y 1.45 minutos, respectivamente, el triangular de 3.54 minutos y el rectangular de 18.28
minutos.
Se utilizó taladrina en el de mecanizado, debido a sus propiedades refrigerantes y
lubricantes, que son esenciales para garantizar la eficiencia y calidad del trabajo. Sus
componentes, principalmente agua y aceites, actúan en conjunto para disipar el calor generado
durante el corte, evitando el sobrecalentamiento de la herramienta y la pieza, mientras que los
aditivos y emulsionantes mejoran la lubricación, reducen la fricción y previenen la corrosión.
Además, la taladrina ayuda a prolongar la vida útil de las herramientas, mejora el acabado
superficial de las piezas y facilita la evacuación de virutas, lo que la convierte en un elemento
indispensable para optimizar los procesos de mecanizado y mantener condiciones de trabajo
más seguras y eficientes.
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Análisis de las fallas en cada inserto
Craterización: La craterización debilita el filo de corte, causando su ruptura y afectando
el acabado superficial de la pieza mecanizada. Se observa en los insertos WNWMG 080408-
MM, WNMG 080404-MA y TNMG PM Zp 152. Para mitigar este desgaste, se recomienda
utilizar insertos con recubrimiento de Al₂O₃, optar por geometrías positivas y reducir
inicialmente la velocidad de corte para disminuir la temperatura, seguido de una disminución
en el avance.
Desgaste en entalladura: Este desgaste genera un acabado deficiente y aumenta el
riesgo de rotura del filo, como se ve en los WNWMG 080408-MM y WNMG 080404-MA.
Para reducirlo, se sugiere disminuir la velocidad de corte, salvo en el mecanizado de materiales
termo resistentes con plaquitas cerámicas, donde se debe aumentar. También es importante
seleccionar una calidad de inserto con mayor resistencia al desgaste.
Rotura de la plaquita: La rotura de la plaquita puede dañar tanto el inserto como la
pieza mecanizada, y se observó en los WNMG 080408-MM, WNMG 080404-MA, TNMG PM
Zp152 y N151.2-400-5E 4225. Se recomienda seleccionar insertos más tenaces, reducir la
velocidad y/o el avance, optar por geometrías más resistentes, como una plaquita de una cara,
y aumentar la velocidad de corte o usar geometrías positivas para mejorar la estabilidad.
Martillado de las virutas: Las fisuras pequeñas en el filo de corte, observadas en el
WNMG 080408-MM, y el fallo por adherencia de material, afectan el acabado superficial. Se
recomienda reducir la profundidad de corte y/o el avance, seleccionar una calidad más tenaz y
optar por geometrías positivas para mejorar la resistencia y estabilidad del filo.
Deformación plástica: La deformación plástica, evidenciada por el desgaste excesivo
en el flanco y el color negro en el filo del WNMG 080404-MA, es causada por un control de
virutas deficiente. Se puede mitigar reduciendo la velocidad de corte, disminuyendo el avance
y seleccionando una calidad de inserto más dura con mayor resistencia a la deformación.
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Fallas encontradas en los insertos usados durante el mecanizado
Tabla 14.
Fallas encontradas en el inserto WNMG 080408-MM
Inserto WNMG 080408-MM
Rotura de plaquita
Martillado de las virutas
Adherencia de material
Rotura de plaquita
Craterización y desgaste de
entalladura
Rotura de plaquita
Tabla 15.
Fallas encontradas en el inserto WNMG 080404-MA
Inserto WNMG 080404-MA
Craterización y desgaste de
entalladura
Fractura mecánica
Fractura mecánica
Fractura mecánica
Fractura mecánica y
deformación plástica
Fractura mecánica y astillamiento
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Tabla 16.
Fallas encontradas en el inserto TNMG PM Zp 152
Inserto TNMG PM Zp 15
2
Fractura mecánica
Fractura mecánica y craterización
Rotura de plaquita
Fractura mecánica
Rotura de plaquita
Rotura de plaquita y craterización
Tabla 17.
Fallas encontradas en el inserto N151.2-400-5E 4225
Inserto N151.2-400-5E 4225
Mayormente rotura de plaquita o fractura mecánica.
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Temperatura a la que llegaron los insertos durante el mecanizado
Tabla 18.
Temperatura de los insertos.
Inserto
Tiempo estimado antes de la
primera falla (min)
Temperatura a la llego el insertos
antes de la falla °C
WNMG080408-MM
2.5
262.5
WNMG080404-MA
2.08
275.0
TNMG PM Zp152
2.08
250.0
N151.2-400-5E 4225
3.97
252.5
La tabla 18 presenta el tiempo estimado antes de la primera falla, la temperatura
alcanzada y las fallas observadas en cuatro tipos de insertos de carburo de tungsteno. El
WNMG080408-MM falló a los 2.5 minutos, alcanzando 262.5 °C, con desgaste en flanco y
craterización. El WNMG080404-MA tuvo una falla a los 2.08 minutos, a 275 °C, con desgaste
en flanco y fractura térmica. El TNMG PM Zp152 también falló a los 2.08 minutos, alcanzando
250 °C, presentando desgaste en flanco y formación de rebabas. El N151.2-400-5E 4225,
utilizado para tronzado después del cilindrado, tuvo el tiempo más largo antes de la falla, 3.97
minutos, alcanzando 252.5 °C y fallando por desgaste en flanco y microfisuras por fatiga.
Discusión
Los resultados obtenidos en esta investigación muestran una clara relación entre la
velocidad de corte y la vida útil de los insertos de carburo de tungsteno. En los insertos
trigonales, como el WNMG080408-MM y el WNMG080404-MA, se observó una disminución
en su vida útil a medida que aumentó la velocidad de corte. Este fenómeno es coherente con
estudios previos que indican que el aumento en la velocidad de corte genera un incremento en
la temperatura de la herramienta, lo que acelera el desgaste (Müller et al., 2016). En este
sentido, las altas velocidades de corte pueden provocar una mayor tasa de acumulación de calor
en la herramienta, afectando negativamente su vida útil (Ganesan & Somasundaram, 2019).
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Por el contrario, el inserto TNMG PM Zp152 (triangular) destacó por su mayor
durabilidad, alcanzando 39.06 minutos a 200 m/min. Esto sugiere que su geometría y el
material de recubrimiento que emplea le otorgan una mayor resistencia al desgaste bajo
condiciones de corte más moderadas. Esta observación se alinea con los resultados obtenidos
por Kumar et al. (2017), quienes encontraron que los insertos de geometría triangular tienden
a presentar una mayor vida útil en aplicaciones de mecanizado de alta precisión. Asimismo, el
inserto rectangular N151.2-400-5E 4225 también presentó un buen desempeño con 32.14
minutos a 210 m/min, lo que puede sugerir que esta geometría mejora la distribución del
desgaste, favoreciendo una mayor estabilidad y resistencia. Según Zhang et al. (2018), los
insertos de forma rectangular tienen una mayor capacidad para distribuir el esfuerzo de corte,
lo que puede extender su vida útil en condiciones de trabajo más exigentes.
En términos generales, los insertos trigonales mostraron una vida útil más corta a
mayores velocidades de corte, mientras que el inserto triangular fue el más eficiente en
términos de durabilidad, corroborando la importancia de seleccionar la geometría adecuada
para optimizar la vida útil de los insertos en función de las condiciones de corte (Jafari & Saidi,
2020).
Los hallazgos presentados sugieren que los insertos trigonales (WNMG080408-MM y
WNMG080404-MA) reducen su vida útil al aumentar la velocidad de corte, lo que reafirma la
teoría de que el desgaste de la herramienta aumenta con mayores velocidades (Almeida et al.,
2021). En cambio, el inserto triangular TNMG PM Zp152 mostró el mejor rendimiento con
una vida útil de 39.06 minutos a 131.71 m/min, lo que resalta la importancia de optimizar la
velocidad de corte para prolongar la durabilidad del inserto. Esta observación es consistente
con los estudios de Singh et al. (2015), quienes señalaron que el aumento de la velocidad de
corte mejora el rendimiento de algunos insertos, siempre y cuando se mantengan dentro de un
rango de velocidad óptima.
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Por otro lado, el inserto rectangular N151.2-400-5E 4225 mantuvo una buena
estabilidad con 32.14 minutos a 218.85 m/min, lo que refuerza la idea de que los insertos con
velocidades óptimas moderadas tienden a ofrecer una mayor duración. Según estudios previos
de Pérez et al. (2019), los insertos que operan dentro de sus rangos de velocidad óptimos
ofrecen un equilibrio entre la eficiencia en el corte y la durabilidad de la herramienta. En
general, los resultados obtenidos refuerzan la importancia de seleccionar la velocidad de corte
adecuada para maximizar la vida útil de la herramienta sin comprometer la eficiencia del
proceso. Esta selección debe basarse en las características del material, la geometría del inserto
y las condiciones de corte específicas para cada aplicación.
Ecuación de Desgaste de Flanco (
𝑇𝑓
): En cuanto al desgaste de flanco, los resultados
mostraron que el inserto WNMG080408-MM presentó el mayor tiempo de desgaste,
alcanzando 223.13 minutos a 420 m/min, mientras que el WNMG080404-MA tuvo la menor
duración con 163.73 minutos a 400 m/min. Estos hallazgos indican que una ligera reducción
en la velocidad de corte puede prolongar la vida útil de los insertos, lo que coincide con estudios
previos que han demostrado que las altas velocidades de corte aumentan el desgaste del flanco
(Okazaki et al., 2014).
Por otro lado, el inserto triangular TNMG PM Zp152 mostró un tiempo de desgaste
intermedio con 172.08 minutos a 380 m/min, mientras que el inserto rectangular N151.2-400-
5E 4225 evidenció una buena estabilidad con 197.64 minutos a 350 m/min. Esto sugiere que
tanto los insertos triangulares como los rectangulares presentan un mejor desempeño a
velocidades moderadas, lo que está en línea con las conclusiones de Zhang & Li (2020),
quienes demostraron que el desgaste de flanco disminuye cuando se utilizan velocidades más
bajas.
En general, el inserto WNMG080408-MM presentó la mayor resistencia al desgaste, lo
que indica que este tipo de inserto puede ser adecuado para aplicaciones en las que la
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durabilidad y la resistencia al desgaste son factores clave. Sin embargo, es fundamental
considerar tanto la velocidad de corte como la geometría del inserto para optimizar su
rendimiento en cada aplicación específica (Hernández et al., 2018).
Conclusión
El estudio del desgaste de los insertos trigonales en el proceso de torneado de acero
1045 se enfoca en la evaluación de su vida útil mediante las ecuaciones del método de Taylor
permitiendo predecir la vida útil del inserto al relacionar velocidad de corte, avance,
profundidad de corte, tipo de material a mecanizar, material del inserto, tipo de revestimiento
y refrigerante. Con el análisis de la distribución térmica a través de simulaciones en un software
CAD se permite comprender el impacto de la temperatura y las condiciones de corte en la
degradación del filo de los insertos, optimizando así los parámetros de mecanizado para
mejorar la eficiencia, reducir costos operativos y prolongar el tiempo de uso de las
herramientas.
La vida útil de un inserto depende de los parámetros de corte, ya que la experimentación
realizada en el taller de mecanizado CNC de la empresa Aceterm permitió demostrar que su
duración varía según la velocidad de corte, el avance y la profundidad de pasada. Durante las
pruebas, se cronometró el tiempo de mecanizado con cada inserto y se calculó el promedio de
la cantidad de piezas mecanizadas, el tiempo estimado por pieza y el promedio de piezas por
hora, lo que permitió estimar su vida útil con mayor precisión. Además, se analizaron las fallas
presentadas, como desgaste acelerado, fracturas o pérdida de dureza, evidenciando su relación
directa con los parámetros de corte aplicados. Estos factores influyen significativamente en el
desempeño y eficiencia de los insertos en el proceso de mecanizado.
La aplicación de los métodos de Taylor mediante una simulación térmica en CAD
permitió estimar la vida útil de las plaquitas y analizar su comportamiento frente a altas
temperaturas. En la simulación, se aplicó una temperatura de 900°C para replicar el calor
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generado por la fricción entre el inserto y la pieza, evidenciando que la mayor concentración
térmica se presentó en los bordes, lo que puede provocar fallas como deformación térmica,
fractura por choque térmico, fatiga térmica, pérdida de dureza y desgaste acelerado. La
distribución del calor se representó mediante un gradiente de colores, donde el azul oscuro
~900°C o menos indica las zonas más frías, el rojo ~950°C o más, las de mayor temperatura y
los tonos intermedios (verde, amarillo, naranja) reflejan la transición térmica. Además, se
observó que toda la pieza parece estar a 900°C, lo que sugiere que ha alcanzado un estado de
equilibrio térmico. Esta representación visual permitió confirmar que la distribución de
temperatura influye directamente en las fallas del inserto, resaltando la importancia de una
buena conductividad térmica, el uso de refrigeración localizada y la optimización del diseño
térmico. Estos hallazgos subrayan la necesidad de validar los resultados mediante pruebas
experimentales para mejorar la eficiencia y durabilidad de las plaquitas en condiciones reales
de operación.
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