Técnicas Avanzadas de Mecanizado: Cepillado, Brochado, Aserrado, Mandrinado, Taladrado, Roscado y Rectificado

Cepillado

El cepillado es un proceso de mecanizado que se utiliza para producir superficies planas y secciones transversales con canales y muescas. Existen dos tipos principales de cepillado:

Cepillado en mesa móvil

• La pieza se monta sobre una mesa que tiene movimiento longitudinal.
• La herramienta de corte se monta en el cabezal, que tiene movimiento vertical.
• Se utiliza en piezas grandes, de hasta 25m x 15m.
• No es eficaz ni económico para producción en grandes cantidades.

Cepillado en mesa fija (Limado)

• Similar al cepillado en mesa móvil, pero la herramienta se desplaza y no la pieza de trabajo.
• Se utiliza para piezas más pequeñas, generalmente menores de 1m x 2m.
• La herramienta de corte se mueve hacia delante y hacia atrás a lo largo de una trayectoria recta.
• La herramienta se sujeta al cabezal, que se monta en la corredera.

Brochado

El brochado es un proceso similar al cepillado en mesa fija, pero utiliza un cortador largo de múltiples dientes para mecanizar:

• Superficies internas (a) y externas (b).
• Orificios de sección circular, cuadrada o irregular.

Características de una brocha

• La profundidad de material eliminado en una carrera es la suma de las profundidades de corte de cada diente de la brocha.
• Una brocha grande puede eliminar profundidades de hasta 38 mm.
• Ideal para líneas de producción de grandes cantidades.

Tipos de brochas

• Brochas de superficie: Planas, de ranuras, de cola de milano, de anillo y fresas paralelas.
• Brochas internas: Orificios, ranuras de chaveta, engrane interno y estriado (para cañones de armas).

Brochadora

• Máquinas relativamente simples.
• Horizontales o verticales.
• Movimientos lineales con accionamiento hidráulico.

Aserrado

El aserrado utiliza una herramienta de corte con una hoja de dientes pequeños (sierra) donde cada diente elimina una pequeña cantidad de material con cada recorrido.

Características del aserrado

• La anchura del corte (ranura) es pequeña y se desperdicia poco material.
• Las hojas de las sierras se fabrican con aceros de alto carbono y alta velocidad (M2 y M7).
• Para aserrar materiales duros, se utilizan hojas de acero con dientes de acero de alta velocidad o recubrimientos de carburo.
• El posicionamiento alternativo de dientes proporciona una ranura suficientemente ancha para que la hoja se mueva libremente y reduce el calor generado.

Tipos de sierra

• Sierras de marco o arco (a): El corte ocurre solo durante una de las carreras. Pueden ser manuales o mecánicas.
• Sierras circulares (b) (sierras en frío): Alta capacidad de producción. Producen superficies relativamente lisas con precisión dimensional.
• Sierras de banda: Tienen hojas continuas, largas y flexibles. El corte es continuo. Se utilizan en corte recto y de contorno de láminas planas. La pieza de trabajo se coloca en una mesa horizontal.

Mandrinado

El mandrinado es un proceso de mecanizado de superficies interiores a partir de un agujero previo, con pieza fija y herramienta rotativa.

Fundamentos tecnológicos

• Mecaniza un orificio producido antes por otro proceso.
• Produce perfiles circulares internos en piezas de trabajo huecas.
• Se utiliza para piezas de gran volumen poco manejables que se sitúan sobre la mesa de trabajo.
• La herramienta monofilo combina un movimiento giratorio y traslacional a lo largo del eje del husillo.

Herramientas de corte

• Similares a las utilizadas en procesos de torneado.
• Se montan en una barra de mandrinado.
• Deben minimizar la deflexión de la herramienta, evitar la vibración y el traqueteo.
• Uno de los materiales más usados para los portaherramientas es el carburo de tungsteno por su alto módulo elástico.

Mandrinadoras

• Horizontales: La pieza de trabajo se monta en la mesa, que puede moverse longitudinalmente (axial y radial) para su posicionamiento. La herramienta gira en el cabezal, cuyo eje de giro es paralelo a la mesa (horizontal) y tiene movimientos longitudinales (a lo largo del eje de giro).
• Verticales: El eje de giro es perpendicular a la mesa (eje vertical) de rotación de la pieza de trabajo.

Operaciones más comunes

• Cilindrados interiores.
• Refrentados.
• Ranurados.
• Biselados.

Taladrado

El taladrado es el proceso de producción de orificios.

Brocas

• Generalmente poseen altas relaciones de longitud/diámetro, con capacidad para producir orificios profundos.
• Son flexibles.
• La viruta circula en dirección opuesta al movimiento de avance.
• Las brocas dejan rebaba en la superficie inferior.
• Normalmente necesitan operaciones posteriores de escariado.
• Dejan marcas circulares en las paredes del orificio taladrado.
• El orificio producido es ligeramente más grande que el diámetro de la broca (sobredimensión).
• Se puede ajustar sus dimensiones de diámetro con operaciones de escariado.

Broca helicoidal

La broca helicoidal de punta estándar es la más común. El ángulo normal de ataque y la velocidad del filo de corte varían con la distancia a partir del centro de la broca.

Otros tipos de brocas

• Brocas de paleta o tipo espada (a): Tienen puntas removibles y producen orificios profundos de diámetro grande. Tienen mayor rigidez (debido a la ausencia de estrías). Facilidad de rectificar los filos de corte y menor costo.
• Broca de estrías rectas (b) o escariador: Similar a la anterior.
• Broca de carburo sólido y con punta de carburo (c y d): Se usan para taladrar materiales duros, de alta temperatura y abrasivos.

Otros tipos de operaciones de taladrado

• Taladrado.
• Taladrado de núcleo.
• Taladrado escalonado.
• Abocardado.
• Avellanado.
• Escariado.
• Taladrado de centros.
• Taladrado de cañones (refrigerante a alta presión).

Fuerza de empuje

• Actúa perpendicular al eje del orificio.
• Si es excesiva, puede provocar que la broca se rompa.
• Depende de factores como la resistencia del material de la pieza de trabajo, el avance, la velocidad de rotación, el diámetro de la broca, la geometría de la broca y los fluidos de corte.
• Es difícil de calcular con precisión: varía desde pocos Newton (brocas pequeñas) hasta 100 kN para taladrar materiales de alta resistencia con brocas grandes.

Taladros

• Taladradora de columna vertical (más común): La pieza de trabajo se monta en una mesa ajustable. La broca baja con un volante manual.

Escariado

El escariado se utiliza para obtener orificios cilíndricos de mayor precisión dimensional sobre un orificio realizado previamente por otro proceso (taladrado). También mejora el acabado superficial interior de los orificios.

Secuencia para orificios precisos

1. Centrado.
2. Taladrado.
3. Mandrinado.
4. Escariado.

Escariadores (rimas)

• Herramienta con múltiples filos de corte.
• Bordes rectos, helicoidalmente estriados o acanalados.
• Remueven muy poco material: mínimo de 0,2 mm en metales blandos y mínimo de 0,13 mm en metales más duros.

Roscado con macho

El roscado con macho produce roscas internas en las piezas de trabajo.

Macho de roscar

• Herramienta de roscado.
• Poseen normalmente dos, tres o cuatro canales.

Tipos de machuelos

• Machuelos cónicos: Reducen el par requerido en orificios pasados.
• Machuelos de fondo: Se emplean en agujeros ciegos.
• Machuelos colapsables: Se emplean en orificios de diámetro grande.

La eliminación de virutas puede ser un problema significativo. Se puede efectuar de forma manual o con máquinas como taladros, tornos, máquinas roscadoras automáticas y máquinas fresadoras verticales CNC.

Rectificado

El rectificado es un proceso de mecanizado abrasivo de acabado que proporciona precisión dimensional y buen acabado superficial.

Ejemplos de aplicaciones

• Rodamientos de bolas o rodillos.
• Pistones.
• Cilindros.
• Levas.

Abrasivo

• Partícula dura que posee aristas afiladas.
• Posee forma irregular (a diferencia de las herramientas descritas hasta ahora).
• Ejemplos: lijas de papel, afiladoras de cuchillos.

Aspectos introductorios

• Procesos de mecanizado abrasivo de acabado.
• Proporciona precisión dimensional (tolerancias dimensionales < 1μm).
• Buen acabado superficial (Ra ~ 0.45 μm).
• Mecanizado de materiales de alta dureza (tratados térmicamente).

Friabilidad

La friabilidad es la propiedad que define la capacidad de los granos abrasivos para fracturarse en granos más pequeños. Alta friabilidad indica baja resistencia a la fractura del abrasivo, se fragmenta con mayor facilidad permaneciendo afilados.

Tipos de abrasivos

• Óxido de aluminio fundido (Al₂O₃): Mezcla fundida de bauxita, limaduras de hierro y coque.
  • Cristal oscuro: Menor friabilidad.
  • Blanco: Alta friabilidad.
• Gel sembrado o Al₂O₃ cerámico: Forma más pura de óxido de aluminio sin fundir. Tamaño de grano muy pequeño (~ 0,2μm). Más duro y friable que la alúmina fundida. Se usa en materiales difíciles de rectificar.
• Carburo de silicio: Arena de sílice + coque de petróleo. Mayor friabilidad que los óxidos de aluminio, y mayor tendencia a fracturarse y permanecer afilados.
• Superabrasivos:
  • Nitruro de boro cúbico.
  • Diamante.

Discos o piedras de rectificado

• Granos abrasivos: Un solo grano retira una cantidad pequeña de material, por ello es necesario aglutinar muchos granos que actúen conjuntamente.
• En abrasivos aglutinados (disco de rectificado), los granos se distribuyen y orientan de manera aleatoria.
• Los granos abrasivos se mantienen unidos mediante material aglutinante.
• La porosidad juega un papel fundamental en la formación y el enfriamiento de la viruta.

Procesos de rectificado

Eliminación de virutas utilizando un grano abrasivo individual.

Diferencias entre grano abrasivo y herramientas monofilo

• Los granos abrasivos tienen formas irregulares y están espaciados de manera aleatoria en la periferia del disco.
• El ángulo de ataque promedio de los granos es altamente negativo (-60º): Las virutas se someten a deformación plástica mayor que en otros procesos de mecanizado.
• No todos los granos están activos durante el rectificado: Las posiciones radiales de los granos sobre la superficie periférica del disco varían.
• Las velocidades de corte son muy altas: Generalmente entre 1200 y 1800 m/min, llegando a 9000 m/min.

Operación de rectificado de superficies planas

• Operación común.
• Tipos de rectificado:
  • Transversal.
  • Penetración.
  • Mesa rotatoria.
  • Rectificado de husillo vertical (menos utilizada).
  • Rectificado cilíndrico.
  • Rectificado interno.
  • Rectificado sin centros.