Procesos de mecanizado con herramienta multifilo.

Taladrado. Mandrinado. Brochado.

Drilling. Boring. Broaching.

El taladrado es la operación que tiene por objeto hacer agujeros mediante el arranque de viruta utilizando una herramienta llamada broca. El maquinado de orificios es una de las operaciones más importantes en manufactura debido a su amplio uso, representando un 25 % del porcentaje de producción de los procesos de maquinado. El taladrado es un proceso relativamente complejo a pesar de que aparenta ser muy sencillo. Ejemplos de diferentes tipos de agujeros se muestran a continuación.

• Agujero pasante • Agujero ciego • Agujero avellanado • Agujero con un escalón • Agujero cónico • Agujero escalonado

En la ejecución de agujeros como se ha mencionado, se emplea una herramienta denominada broca, generalmente de forma helicoidal, fabricada con acero rápido para herramientas o de acero al carbono y que consta de tres partes principales: el mango, cuerpo y punta.

La broca se afilada por un extremo de tal manera que al girar puede penetrar en un cuerpo, cortándolo en pequeñas porciones, llamadas virutas. Tiene un doble movimiento, uno de rotación en torno de un eje longitudinal que provoca el corte horizontal y es llamado por eso, movimiento de corte y otro, un movimiento axial que, a la vez que hace avanzar la broca (movimiento de avance), guía a la viruta en su salida a lo largo de las ranuras.

La broca helicoidal es así denominada por construirse con dos ranuras helicoidales que sirven para guiar a las virutas arrancadas de la pieza por los filos y también como pasos para que el fluido de corte pueda llegar a los filos.

Como el movimiento de corte es de rotación en torno al eje -que da la dirección del avance- el movimiento resultante es helicoidal.

En la broca helicoidal como ya se ha mencionado, hay que distinguir la cola o mango, el cuerpo y la boca o punta. La cola o mango es la parte de la broca por la cual se fija a la máquina, generalmente es cilíndrica o cónica, pero excepcionalmente puede tener otras formas. El mango cilíndrico es del mismo diámetro nominal de la broca y suele emplearse para

brocas menores de 15 mm. Los mangos cónicos tienen forma de tronco de cono. Estos troncos de cono no tienen forma ni dimensiones cualesquiera, sino que están normalizados. Los tipos más empleados son los llamados conos Morse y que se designan según su tamaño con los números del 0 al 7.

El cuerpo es la parte de la broca comprendida entre el mango y la punta. Lleva una o más ranuras en forma de espiral o hélice. Las brocas normales llevan dos. El espesor central que queda entre los fondos de

las ranuras se llama núcleo o alma. Va aumentando hacia el mango, es decir que las ranuras son cada vez menos profundas. Se hacen así para darle más robustez a la broca.

La faja es la periferia del cuerpo que no ha desaparecido con las ranuras. Parte de estas fajas se rebajan ligeramente, dejando solamente unas fajas-guías a lo largo del borde de ataque. El otro borde recibe el nombre de talón. Se hacen estos rebajes para que no roce la broca en el agujero o taladro. El diámetro de la broca se mide, en consecuencia, sobre las fajas-guías, y junto a la punta, ya que la broca suele tener una pequeñísima conicidad.

El llamado cuello es un rebaje que llevan casi todas las brocas al final del cuerpo, junto al mango. En él suele ir marcado el diámetro de la broca, la marca del fabricante y algunas veces el acero de que está construida.

La boca o punta es la parte cónica en que termina la broca y sirve para efectuar el corte.

El filo transversal es la línea que une los fondos de las ranuras en el vértice de la broca. El ángulo que forma con las aristas cortantes es de 55° para los trabajos normales. El filo principal o labio es la arista cortante; une el filo transversal con la periferia.

Otros tipos de brocas

Además de las helicoidales mencionadas, existen otras brocas helicoidales con más de dos ranuras. Las hay de tres y cuatro ranuras y se emplean generalmente para repasar agujeros. Existen otros tipos menos utilizadas como son las de punta de lanza, brocas de pezón, semejantes a las anteriores pero que llevan en el centro un pitón o mecha cilíndrica que sirve para mantenerlas centradas en un agujero-guía abierto de antemano.

Estos dos tipos de brocas tienen infinidad de aplicaciones: hacer alojamientos de tornillos de cabeza plana, taladrar chapa delgada, perfilar o hacer molduras especiales, agujeros ciegos con fondo plano, etc. Para esta última aplicación, como no es posible llevar un pezón por no haber un agujero guía, se afila la broca con una pequeña punta como la de una broca de lanza, que le sirve de guía. No debe emplearse una broca con el pezón menor que el agujero guía, porque quedará el agujero descentrado.

Brocas para avellanar. Pueden emplearse las mismas brocas normales, afiladas con el ángulo de punta adecuado. En este caso debe ponerse especial esmero en que los cortes principales estén a la misma altura para que trabajen los dos a la vez; de no hacerlo así, quedará un chaflán con escalones.

Brocas para barrenar, empleadas para repasar agujeros ya empezados con diámetros menores. Son cortas y huecas. Un rebaje a propósito produce el arrastre por medio de un pasador o chaveta.

Brocas de ranuras rectas, en las que las ranuras en lugar de ser helicoidales son rectas. Se emplean con ventaja para materiales blandos.

Brocas de cañón. El taladrado de cañones, desarrollado en sus inicios para taladrar cañones, tiene por objeto taladrar orificios profundos, y usa brocas especiales. Las relaciones de profundidad a diámetro de los orificios obtenidos pueden ser

hasta de 300:1 o mayores. La fuerza de empuje (fuerza radial que tiende a empujar la broca hacia un lado) se equilibra mediante bases de soporte en la broca, que se deslizan por la superficie interna del orificio. En consecuencia, una broca de cañón

es autocentrante, propiedad importante cuando se taladran orificios rectos y profundos.

Las velocidades de corte en el taladrado de cañones suelen ser altas, y los avances bajos. El fluido de corte se hace pasar a alta presión por un orificio longitudinal en el cuerpo de la broca. Además de lubricar y enfriar, el fluido de corte también lava y retira las virutas que se quedarían atrapadas en el orificio profundo que se taladra, interfiriendo con la operación. No es necesario retirar la herramienta para retirar las virutas.

Taladradoras

Taladradoras de columna.

Las taladradoras de columna son aquellas cuyo armazón principal está constituido por una columna redonda, en la cual se apoya un brazo, capaz de deslizarse verticalmente y girar sobre ella. Este brazo a su vez lleva una mesa o plato, generalmente redondo, que también puede girar sobre su eje. Al girar alrededor de la columna, puede dejar libre un espacio vertical debajo del cabezal y permitir el apoyo en la base de piezas largas.

Taladradoras de sobremesa.

Estas taladradoras se llaman así porque, debido a su pequeña altura, pueden colocarse encima de un banco o mesa. La base que sirve para fijarla o apoyarla en el banco sirve a su vez de mesa portapiezas. Podríamos dividir estas máquinas en dos tipos:

De cabezal fijo, es decir, que siempre se mantiene a la misma altura respecto a la base. Estas máquinas llevan una mesa portapiezas, similar a las descritas en las taladradoras de columna. Podría decirse que son pequeñas taladradoras de columna.

De cabezal móvil, es decir, que puede acercarse o separarse a la mesa portapiezas, que en estos tipos es la propia base. Estas son las taladradoras más características de sobremesa.

Otras taladradoras

La taladradora radial sirve para taladrar agujeros en piezas voluminosas. Puede además efectuar fresados, roscados y refrentados. Con una taladradora radial es posible taladrar completamente hasta un

diámetro de 100 mm.

El cabezal motor está dispuesto de manera que pueda deslizar a lo largo de un brazo horizontal que, a su vez, gira alrededor de un eje vertical llamado columna. Además, el brazo puede moverse en dirección vertical a lo largo de la columna. Gracias a la gran libertad de movimiento del cabezal de una taladradora radial es posible trabajar no sólo sobre piezas de grandes

dimensiones, sino también sobre aquellas de formas especiales y voluminosas.

Las partes principales de una taladradora radial son: A: Columna giratoria. B: Brazo que gira solidario a A. C: Motor para movimiento vertical del brazo B. D: Tornillo de elevación del brazo. E: Cabezal montado en el carro. F: Guías del carro. G: Motor del husillo del movimiento principal. H: Husillo del movimiento principal. I: Mesa portapiezas. L: Bancada.

El cabezal motor está dispuesto de manera que pueda deslizar a lo largo de un brazo

horizontal que, a su vez, gira alrededor de la columna y que puede también desplazarse verticalmente. Gracias a la gran libertad de movimientos del cabezal es posible trabajar no sólo sobre piezas de grandes dimensiones, sino también sobre aquellas de formas especiales y voluminosas.

Las taladradoras múltiples son aquellas en las que en lugar de un solo husillo principal tienen varios pudiéndose colocar en cada uno de ellos una broca, pudiendo taladrar simultáneamente sobre las mismas piezas o sobre varias piezas. Estas máquinas son capaces de taladrar hasta 50 orificios de diversos diámetros, profundidades y lugares en una sola etapa. También se usan para operaciones de escariado y abocardado. Existes otras que además de varios husillos tienen también varios cabezales.

Las máquinas de taladrado operadas por medio de control numérico son máquinas normales provistas de un equipo de control numérico mediante el cual se consigue que la mesa se sitúe automáticamente en distintas parte de la pieza, Es decir, el equipo de control numérico hace que la mesa, y por lo tanto la pieza fijada en ella, se desplace hasta lograr la posición deseada para que la herramienta realice el taladrado en el punto previsto, y en caso de que sean varios los taladrados a efectuar, la mesa vuelve a desplazarse hasta lograr la posición requerida para la segunda operación, y así sucesivamente. Todo esto se efectúa en forma automática y según un programa preestablecido.

Las máquinas de control numérico pueden considerarse formadas por dos partes principales, la máquina propiamente dicha y el equipo de control numérico. Este equipo puede instalarse solamente para dirigir los movimientos de la mesa o también para el desplazamiento del husillo, velocidad de corte, avances, etc.

Los datos sobre los movimientos de la máquina y el orden en que ha de hacerlos se escriben en sistema numérico en el propio panel de control o se cargan en los mismos a través de una red desde un ordenador de programación.

Cabezales Autónomos.

El elevado costo de las máquinas especiales para operaciones de taladrado en serie ha dado origen al estudio y construcción de un tipo de máquinas de menor costo y cuyos elementos más costosos pueden ser aprovechados para su empleo en otras máquinas especiales, como mandriladoras, fresadoras, etc. Este tipo de máquinas se denomina unidades autónomas de mecanización o cabezales autónomos. Estos cabezales son conjuntos compactos en los que van acoplados los motores y mecanismos necesarios para dotar a la broca de los movimientos de giro y de avance adecuados para realizar una operación de taladrado.

En las máquinas con cabezales autónomos las bancadas de diseñan adecuadamente para cada caso. Si la serie de piezas a fabricar son muy importantes, las bancadas pueden ser de fundición de hierro pero en casos en que las series son menos largas, se emplea con ventaja bancadas construidas con elementos de plancha y perfiles laminados unidos por soldadura cuya construcción es más barata, llegando a veces a tener el costo equivalente al modelo de madera que sería necesario para fundir la pieza, si fuese la fundición.

Refrigeración

En los trabajos en serie la función de refrigerar es muy importante. La acumulación del calor generado normalmente es tan considerable que la

vida de la herramienta depende, en gran medida, de la posibilidad de disipar este calor con la rapidez con que se genera.

Para obtener una refrigeración suficiente, se deberá poder realizar ésta directamente sobre los filos de la punta de la broca. Cuando se taladran agujeros en sentido vertical y de relativamente poca profundidad del chorro refrigerante, por lo general, se lanza directamente contra la punta de la herramienta y por la misma fuerza de la gravedad, el líquido baja hasta los filos de la broca. En el taladrado de agujeros más profundos es frecuente emplear una alimentación intermitente de líquido refrigerante; en este caso, cada vez que la broca se saca para despejarla de viruta, se refrigera con líquido de corte, con lo cual se logra a la vez, que penetre en el agujero parcialmente, constituyéndose de esta forma un pequeño depósito de líquido refrigerante en el interior del mismo.

En el taladrado horizontal el líquido de corte no llegará a la extremidad de la broca solamente por gravedad, por lo cual el líquido refrigerante habitualmente se proyecta a presión horizontalmente a lo largo de la ranura de la broca, de forma que una parte del líquido penetre siguiendo las ranuras hasta la punta de la broca. Cuando se taladran planchas delgadas la evacuación del calor puede realizarse dirigiendo gran cantidad de líquido sobre la parte exterior de la pieza. Para taladrar agujeros horizontales profundos la mejor solución consiste en emplear

brocas con conductos de refrigeración. En tales herramientas el líquido de corte bajo presión es forzado a atravesar los conductos practicados a lo largo de la broca y expulsado por los labios de la misma.

También se construyen brocas especiales con insertos para realizar agujeros de profundidades de entre tres o cuatro veces el diámetro de la broca. Poseen también orificios de lubricación a lo largo de la periferia siguiendo la hélice. Los insertos mejoran la productividad al permitir el incremento de la velocidad. Sus limitaciones están en que se requieren máquinas de suficiente potencia, velocidad, rigidez y manejo de fluido de corte a presión. Además el diámetro más pequeño que se puede taladrar es de 16 mm (5/8´´). El aceite refrigerante debe mantenerse completamente limpio, pues cualquier trocito de viruta puede taponar el conducto de la broca e impedir que pase el aceite.

ESCARIADO O RIMADO

En general, los diámetros de los orificios que se realizan con el taladrado son un poco mayores que los correspondientes al diámetro de la broca empleada, dependiendo ello de la calidad de la broca, del equipo usado y de los métodos empleados. Esto sin embargo no siempre es así ya que, de acuerdo con las propiedades térmicas de algunos metales y materiales no metálicos, estos se dilatan en forma apreciable a causa del calor producido en el taladrado, de modo que el orificio final podría ser menor que el diámetro de la broca. Por ello los orificios taladrados se suelen someter a operaciones posteriores para mejorar su acabado superficial y precisión dimensional, como por ejemplo a escariado o rimado.

El escariador o rima es la herramienta destinada a repasar los agujeros taladrados. Los hay de muy variados tipos y construcciones, pero en todos ellos hay que distinguir tres partes. El mango, es la parte por la cual se toma el escariador para trabajar con él, puede ser cilíndrico o cónico. Los cilíndricos se emplean para escariar a mano y suelen llevar en su extremo una mecha cuadrada. Los cónicos son iguales a los mangos cónicos de las brocas. El cuerpo, es la parte cortante del escariador y está cubierto por unas ranuras rectas o helicoidales. Es la parte principal del escariador porque de ella depende el conseguir un buen rendimiento. El filo de los dientes de la punta (llamados filos de la punta o filos principales) son los que cortan la mayoría del material, mientras que los filos del cuerpo no hacen más que alisar y dejarlo a la medida precisa.

Escariadores para escariar a mano.

Escariador de máquina.

Por último, la punta que es la parte estriada en el extremo del escariador y que tiene una ligera conicidad para facilitar la entrada.

Escariador de ranuras helicoidales

Los escariadores helicoidales se emplean en trabajos finos (porque dejan una superficie más lisa) y en agujeros con ranuras. Para que un escariador tenga buen rendimiento es preciso

que los ángulos de los dientes en su sección transversal sean correctos. Las ranuras pueden ser equidistantes o no equidistantes. Para los trabajos ordinarios las ranuras son equidistantes.

Los ángulos del filo de los escariadores pueden variar según el material que se trabaje. Las ranuras tienen como fin, además de dar al útil los ángulos apropiados, el dar salida a las virutas; por lo cual deben ser suficientemente grandes. Para que los dientes queden robustos, el fondo de las ranuras se hace siempre redondo.

Existen escariadores especiales como el extensible, se construye con ranuras rectas o helicoidales y sirve para agrandar en algunas milésimas de milímetro agujeros previamente escariados. La regulación del diámetro se logra por un tornillo alojado en su interior. La punta lleva un apéndice sin ranuras y con un diámetro ligeramente inferior al del escariador, que se llama piloto y sirve de guía al escariar. Las cuchillas postizas son siempre rectas, por lo cual no pueden usarse en agujeros con ranuras. La variación del diámetro se logra dando cierta pendiente al fondo donde van apoyadas las cuchillas. La regulación del diámetro de las cuchillas se hace con unos calibres fijos en forma de casquillos. Para emplear este escariador hay que escariar antes con otro cuyo diámetro tenga algunas milésimas de milímetro menos.

Escariadores de cuchillas postizas

Mandrinadora

La mandrinadora es una máquina cuya herramienta, animada de un movimiento de rotación con avance o sin él, y, generalmente, en posición horizontal, aumenta de diámetro (mandrina) orificios de piezas que permanecen fijas o avanzan hacia la herramienta.

Los movimientos de trabajo de las mandrinadoras son:

• Movimiento de corte, por rotación de la herramienta. • Movimiento de avance, por desplazamiento axial de la herramienta o por

desplazamiento longitudinal de la pieza. • Movimiento de profundidad de pasada, por desplazamiento radial de la

herramienta.

Las mandrinadoras se componen de cinco partes principales: la bancada, la columna o montante, el cabezal, la mesa y la luneta de apoyo.

La bancada es la base de la máquina, y, como es normal en las máquinas herramientas, contiene los mecanismos de accionamiento y está provista de guías. Estas guías son,

generalmente planas, y en muchas mandrinadoras sirven las mismas guías para el desplazamiento longitudinal de la mesa y de la luneta. En uno de los extremos de la bandada se apoya la columna que sirve de soporte al cabezal. Esta columna, generalmente va fijada a la bancada, tiene guías planas por las que desliza verticalmente el cabezal. El cabezal es uno de los órganos más importantes en las mandrinadoras, pues contiene el eje principal, el plato de trabajo y los mecanismos

de transmisión del movimiento a estos dos órganos desde los mecanismos de accionamiento de la bancada.

La mesa es una plataforma ranurada que se apoya en dos carros, uno longitudinal sobre las guías longitudinales de la bancada y otro trasversal que se desliza por guías trasversales del anterior y sobre el que está apoyada directamente la mesa. Algunos modelos de

mandrinadoras llevan una mesa circular a la que puede hacerse gira por un mecanismo de tornillo sinfín y rueda helicoidal en ángulo perfectamente definido por un plato divisor. La luneta es un soporte para el apoyo de los mandrinos de gran longitud para el barrenado de piezas largas.

Un trabajo típico de estas máquinas es el mostrado en la figura.

BROCHADO

El brochado es una operación que consiste en pasar una herramienta rectilínea llamada brocha, provista generalmente de muchos filos, por el interior de un agujero taladrado previamente, para darle su forma definitiva. El brochado se efectúa, generalmente, de una sola pasada. Excepcionalmente se trabajan también por este procedimiento superficies

externas. Se emplea el brochado para mecanizar agujeros pequeños que no han de tener forma circular, sino hexagonal, cuadrada, etc., para engranajes interiores de pequeñas dimensiones, ranuras de gran precisión, etc. No tiene aplicación para grandes agujeros. Sirve, en cambio, también, para mecanizar formas irregulares en la superficie exterior de una pieza (brochado exterior).

En el brochado solamente se tiene el movimiento rectilíneo de corte, que anima a la herrámienta, ya sea por empuje o por tracción. El movimiento de corte o de trabajo puede ser horizontal o vertical, según la máquina empleada. A veces, además del movimiento longitudinal tienen otro de giro, dando en este caso estrías en forma de hélice.

Características geométricas de las brochas

Las brochas están construidas en acero templado especial. Están constituidas por un mango (A) para su unión al órgano de tracción de la máquina; una guía cilíndrica (B), del mismo diámetro que el agujero circular que se desea brochar; de una zona activa, o zona dentada, (C-D), cuyos dientes van creciendo progresivamente y pasan al mismo tiempo de la forma circular inicial a la forma final del perfil deseado; de un extremo (E), para sostener y apoyar la herramienta.

Brochadoras

Las máquinas de brochar solamente disponen del movimiento de corte rectilíneo, para tirar de la brocha, y por lo tanto son de construcción muy sim-ple. El movimiento de avance lo realiza el incremento de los dientes de la brocha. Las brochadoras pueden ser horizontales o verticales.

Las brochadoras horizontales se suelen emplear con mayor frecuencia para los brochados interiores; las verticales, para el perfilado tanto de superficies interiores como exteriores.

El movimiento de trabajo se obtiene generalmente por

accionamiento hidráulico.

Brochadora horizontal hidráulica para interiores

En la figura se presenta un tipo muy común de brochadora horizontal hidráulica para interiores y su correspondiente equipo hidráulico.

Brochadora vertical hidráulica para interiores

Brochadora para exteriores

El procedimiento de trabajo de las brochadoras para exteriores es análogo al de las brochadoras para interiores.

La brocha va fijada a una placa vertical móvil y la pieza, a causa de la presión unilateral ejercida por la brocha, debe fijarse mediante un accesorio. E la figura puede verse el mecanizado de un paquete de llaves fijas. En este caso, los filos para el corte de las caras paralelas laterales y aquéllos para cortar el fondo, en arco, están desplazados a lo largo de la brocha. Los dos brochados por lo tanto se realizan sucesivamente en una misma carrera de trabajo.