Kitabı oku: «Operaciones de mecanizado por medios automáticos. FMEE0208»

Capítulo 1

Procesos de mecanizado

1. Introducción

En este capítulo se analizarán las directrices fundamentales que intervienen en cualquier proceso de mecanizado. Se accederá a los recursos necesarios para una correcta elección entre las diferentes máquinas que existen en la industria moderna y en función del trabajo a realizar.

Trataremos cómo se realiza la llamada hoja de ruta, un documento que es muy importante en cualquier proceso de fabricación, el cual es susceptible de ser adaptado a los requerimientos de la empresa usuaria, siempre y cuando se respete la información mínima que lo justifica.

También se verán las diferencias y el uso que se da a los distintos tipos de utillaje, tanto de fabricación como de control o verificación. Los primeros han de entenderse como una ayuda a la producción de piezas; los segundos como los encargados de certificar el montaje final y, por tanto, la calidad de los trabajos realizados.

Se esquematizará el proceso de obtención de materia en bruto para su posterior transformación y se definirán los distintos métodos a la hora de fabricar piezas y en base a estos poder elegir con seguridad el procedimiento acertado.

2. Estructura secuencial de los procesos de mecanizado

Para poder acometer cualquier trabajo de mecanizado con éxito es necesario contar como mínimo con una serie de datos básicos. Estos datos se van a detallar a continuación.

2.1. El plano/s de la pieza

Antes de la fabricación y mediante el departamento de ‘Oficina Técnica’ se facilitan una serie de planos de conjunto, subconjunto y detalle, en los que se especifican claramente las características dimensionales, tolerancias y acabados superficiales que se van a aplicar a la pieza en cuestión.

No obstante, se suelen indicar además detalles de soldadura (como tipo de soldadura, longitud de cordones, etc.), montaje (tornillería, etc.) y acabado final (pintado, pulido, cataforizado, galvanizado, etc.).

2.2. El material que la constituye

Igualmente, el material que forma la pieza o conjunto habrá sido previamente analizado y seleccionado para que cumpla una serie de solicitaciones técnicas y/o estéticas (impuestas por el cliente o encargadas a la propia empresa).

La gran importancia en la elección de materiales (metálicos, cerámicos, plásticos, etc.) determinará en gran medida el éxito al aplicar procesos subsiguientes como el mecanizado, plegado, curvado, etc.

2.3. Las máquinas de que se dispone y el orden de utilización de las mismas

Es importante conocer de antemano las máquinas con las que contamos para la ejecución de los trabajos ya que de nada sirve un estudio profundo del plano y un exhaustivo análisis del material (además del compromiso pactado con el cliente) si a la hora de acometer los trabajos no tenemos una máquina capaz de hacerlos realidad.

Importante

Es básico estudiar en profundidad el plano de la pieza y dedicar unos minutos a planificar el orden de las operaciones en la ejecución de la misma.

Igualmente es importante contar con una gama de proveedores de calidad para la ejecución de operaciones o trabajos puntuales (soldadura TIG o torneado de piezas de ϕ 2.000 mm) que nuestra empresa no puede acometer.

Los dos primeros puntos aportan detalles para realizar una correcta elección de la máquina. También puede suceder que el trabajo deba de hacerse en varias máquinas como puede verse en el siguiente ejemplo.

Se trata de la fabricación (según plano) de una brida o collarín de acero inoxidable, que posteriormente se acoplará a una tubería de conducción de materiales sólidos.

En primer lugar, se clasificarían los procesos de fabricación a aplicar a la pieza; esto se haría de la siguiente manera:

1 Corte de chapa de acero inoxidable de 8 mm de espesor (según plano la pieza tiene un espesor de 6 mm), mediante técnica láser, chorro de agua o plasma.

2 Posteriormente se mecanizaría la pieza aplicando las siguientes operaciones en el orden descrito:Refrentado de ambas caras (anterior y posterior).Cilindrado del diámetro mayor y menor, hasta la consecución de cotas especificadas en plano.

3 Taladrado según plano (y roscado si procede).

El corte de la chapa se encargaría a proveedores externos (ya que nuestra empresa se dedica en exclusiva al mecanizado). Posteriormente, estando la pieza en nuestras instalaciones, se utilizaría el torno y posteriormente el taladro (nunca al contrario).

Si se utilizaran estas herramientas en orden inverso se cometería un grave error, ya que como norma general los trabajos de taladrado se deben hacer en último lugar. Si actuásemos así, la cuchilla del torno encontraría vacíos (los taladros) y ‘tropezaría’ con ellos. La herramienta de corte por tanto se rompería con facilidad debido a la colisión producida con los agujeros.

Importante

El plano, el material y la máquina determinan la posibilidad de acometer ciertos trabajos. Estas premisas junto a la profesionalidad del operador son la garantía de calidad y éxito en el trabajo.

3. Elección de las diferentes máquinas herramientas según la operación a realizar

En general, las denominadas máquinas herramienta se clasifican en tres grandes grupos: Las máquinas destinadas a trabajos de torneado, las destinadas a trabajos de fresado y las máquinas de taladrado.

Todas ellas tienen en común la realización de trabajos mediante operaciones de extracción de viruta.

Aunque cada vez es más común la utilización de centros de mecanizado (que engloban los trabajos de torno, fresa y taladro), las máquinas anteriormente señaladas siguen siendo la base individual y el referente en cuanto a trabajos de arranque de viruta, ya que el uso de centros de mecanizado no se justifica en ciertas industrias.

No entendamos torno, fresa y taladro como máquinas antiguas o en desuso. Actualmente, estas máquinas disponen de controles numéricos (introducción de órdenes manualmente o por medio de computadora) que las hacen mucho más precisas y fáciles de manejar.

3.1. El torneado

Esta técnica se utiliza con frecuencia para fabricar sólidos de revolución. El torneado se podría definir por tanto como la creación de un perfil que gira a lo largo de un eje (el de pieza en cuestión).

En esta operación son muy comunes los trabajos de cilindrado, refrentado, tronzado y roscado (se explicarán más adelante). Por lo tanto, todas las piezas susceptibles de ser realizadas mediante movimientos de revolución (bridas, ejes, bujes, etc.) tienen cabida en las operaciones de torneado.

En el sólido de revolución se han realizado operaciones de refrentado, cilindrado y copiado.

Sabía que...

El buje es una pieza cilíndrica que guarnece interiormente el cubo de la rueda de un vehículo.

3.2. El fresado

Esta técnica es utilizada para el arranque de viruta mediante herramientas circulares de corte múltiple como platos y fresas.

Los perfilados o contorneados, cajeras y planeados de piezas macizas engloban tres cuartas partes de las operaciones de fresado.

En la pieza se ve claramente la realización de operaciones de planeado y contorneado.

3.3. El taladrado

Esta operación es sobradamente conocida ya que se trata de la ejecución de un hueco cilíndrico en la superficie de una pieza. Hay que recordar que el hueco puede ser pasante, (atraviesa totalmente la pieza) o ciego, (no traspasa la pieza).

Hay que prestar atención a la cantidad de taladros, su diámetro y si son pasantes o ciegos.

En el taladrado tienen cabida todas aquellas operaciones destinadas a roscado interior (las cuales se realizan a posteriori con los llamados ‘machos’). En la industria existen máquinas roscadoras que están desarrolladas únicamente para este fin.

Nota

La roscadora no es considerada una máquina herramienta como tal.

Por tanto, y según sea el trabajo a realizar, se debe elegir la máquina que lo lleve a cabo con más facilidad, más rapidez y con el menor costo. Visto lo anterior, estamos en condiciones de poder operar con la máquina adecuada, conociendo los trabajos a realizar en la pieza.

4. Elaboración de la hoja de ruta de fabricación

La hoja de ruta es un documento que define el camino a seguir en cuanto al orden de las operaciones y la cantidad de piezas o lotes a fabricar. En esencia identifica las fases que tienen lugar durante la fabricación de una pieza.

La mínima información que ha de contener es la relacionada a continuación. Con los datos siguientes, se va a proceder a completar una hoja de ruta.

Se requiere fabricar un lote completo de ejes asimétricos, con diámetros 35 mm y 25 mm. Estos ejes, y según indicaciones del croquis, tienen una longitud total de 345 mm.

De este modo, las fases del proceso serán las siguientes:

1 Corte (mediante sierra) de redondo de diámetro 36 mm y longitud 347 mm (se aprecia que se corta en exceso para poder refrentar y cilindrar después).

2 Refrentado de uno de los extremos.

3 Refrentado del otro extremo.

4 Cilindrado exterior para conseguir 35 mm de diámetro a lo largo de la longitud deseada.

5 Cilindrado exterior para conseguir 25 mm de diámetro a lo largo de la longitud deseada.

4.1. Hoja de ruta

Número de operación

De forma cronológica y ordenada se enumeran las operaciones que se realizarán a la pieza. De este modo, las fases de nuestro proceso serían cinco.

Descripción de la operación

En este apartado se anotará de forma precisa y resumida una breve descripción de la operación a realizar. En el caso que nos ocupa, se escribiría:

1 Corte con exceso (2 mm).

2 Refrentado extremo nº 1.

3 Refrentado extremo nº 2.

4 Cilindrado a 35 mm.

5 Cilindrado a 25 mm.

Máquina o equipo a utilizar

Hay que señalar que los equipos de fabricación previamente han debido ser marcados con un número o código alfanumérico que les hace únicos en la planta de fabricación donde se encuentran.

Importante

Los equipos de fabricación se marcan con un número o código alfanumérico que les hace únicos en la planta de fabricación.

En este caso, los equipos a utilizar son varios y se encuentran dentro de la sección de mecanizado. Este equipo es el siguiente:

1 Sierra de cinta.

2 Torno paralelo.

3 Torno paralelo.

4 Torno paralelo.

5 Torno paralelo.

Número de máquina

En ese apartado se anota el número (o código) de la máquina. Como se ha visto más arriba, las máquinas a utilizar son la sierra de cinta y el torno paralelo. Pero en la sección de mecanizado de esta empresa en cuestión existen tres sierras de cinta y siete tornos de estas características.

Se justifica entonces la anotación del número de máquina. Por lo tanto, el equipo utilizado queda perfectamente definido para cualquiera que a posteriori consulte la hoja de ruta. Para el ejemplo que nos ocupa, la columna ‘Número/ Código’ de máquina se rellenaría como sigue:

1 SC3 (Sierra de cinta nº 3).

2 TP5 (Torno paralelo nº 5).

3 TP5 (Torno paralelo nº 5).

4 TP2 (Torno paralelo nº 2).

5 TP2 (Torno paralelo nº 2).

Sección o localización

En este apartado se define la sección a la que pertenecen las máquinas o equipos utilizados. En el ejemplo actual, todas las máquinas pertenecen a la sección de mecanizado.

Observaciones

Este espacio queda reservado para anotar cualquier aclaración puntual que resulte de ayuda, que se considere de importancia o que represente alguna situación especial.

1 -----.

2 -----.

3 Avería en torno nº 5 (se continúa el trabajo en torno nº 2).

4 -----.

5 -----.

A continuación, se puede observar una de las muchas plantillas que se utilizan como hoja de ruta en las industrias de fabricación metálica.

Como se puede observar, la hoja de ruta presenta otros apartados o casillas en las que consta información tan variada como: material utilizado o a utilizar, cantidad del lote, número de pieza o referencia (según plano) y número de conjunto al que pertenece, fecha de fabricación, etc.

5. Selección de los utillajes de producción y control

Hay que ser consciente de que, al margen de los útiles estándar para la correcta cogida de piezas en máquinas como torno, fresa y taladro, existe infinidad de utillaje ideado para la realización de una acción en particular (para usar en una máquina concreta, con una pieza concreta, etc.).

En virtud de las necesidades que cubre un determinado utillaje, podríamos clasificarlo como ‘utillaje de producción’ o ‘utillaje de control’.

Nota

En general se podría afirmar que cada utillaje es único e irrepetible, es decir, no existe otro igual ya que ha sido ideado para un trabajo único, específico y concreto.

5.1. Utillaje de producción

El utillaje de producción se utiliza como apoyo a la fabricación. Existen diferentes tipos entre los que se destacan: topes universales, progresivos, de posicionamiento, de amarre, etc.

También se suelen utilizar con frecuencia (se verá con más detalle en los capítulos siguientes) elementos como:

1 Morsas de amarre.

2 Imanes (de sujeción, de elevación, etc.).

3 Tensores.

4 Garras.

5 Bridas.

6 Mordazas.

Los anteriores elementos son utilizados como ayuda en los trabajos de producción mecánica. En los catálogos técnicos que ponen a nuestra disposición fabricantes y distribuidores se puede encontrar infinidad de utillaje destinado a la manipulación, colocación y sujeción de piezas de gran formato o peso.

Para poner de manifiesto la razón de ser de este tipo de utillaje, suponga la fabricación en serie de 100 barandillas completas de 5 metros de longitud cada una.

Cada barandilla se dividirá para su fabricación en 2 tramos de 2500 mm de longitud. Además, hay que practicar 20 taladros por tramo para insertar y soldar posteriormente los barrotes de diámetro 20 mm.

Se necesitarán por tanto 100 tubos de 6.000 mm (de longitud comercial) y diámetro de 50,8 mm de acero inoxidable para la fabricación del pasamanos.

Para los barrotes (que tendrán una longitud 1,10 m) se necesitarán 800 tubos de acero inoxidable de diámetro 20 mm (ya que de cada barra de longitud 6.000 mm salen 5 barrotes completos de 1,10 m).

Visto lo anterior, se deben realizar un total de 200 cortes en el tubo de ϕ 50,8 mm y 4.000 cortes en el tubo de ϕ 20 mm utilizando la sierra de cinta o una prensa con útil cortador al efecto (total 4.200 operaciones de corte).

En este momento se justifica el uso de un útil de ayuda al corte, es decir, un tope para no estar midiendo 2.500 mm y/o 1.100 mm continuamente (tanto si se utiliza la sierra de cinta o la prensa).

Se trata de un tope para acoplar al chasis de la sierra de cinta. Evita la continua medición (por parte del operador) de la longitud de tubo.

Una vez cortados los tubos que conformarán los pasamanos y los barrotes, se procede a realizar en los primeros unos taladros para introducir los barrotes y posteriormente soldarlos (mediante el método TIG). La cantidad de taladros a realizar es de 4.000 (cifra nada despreciable).

Por lo tanto, se justifica una vez más el empleo de utillaje de posicionamiento, tanto para la correcta ejecución y alineación de los taladros (topes progresivos), como para la soldadura (homogénea y alineada) de los barrotes al pasamanos.

Importante

Este tipo de utillaje facilita la fabricación, asegura la posición durante el montaje y certifica la homogeneidad en la serie fabricada.

5.2. Utillaje de control

Es una herramienta imprescindible para la verificación de piezas en las que se hace difícil comprobar sus medidas con sistemas convencionales, ya sea por sus dimensiones o por la complejidad de su geometría.

Se suelen utilizar con frecuencia ‘plantillas’, que aseguran la correcta forma geométrica de piezas complicadas (superficies curvas, distancia entre centros de taladros, etc.).

Asegura los tres diámetros de la pieza y la correcta posición de los taladros.

Estos utillajes aseguran la funcionalidad y el montaje final, ya que en algunas ocasiones (cuando se trabaja con superficies) es mucho más importante verificar una serie de puntos de control que la exactitud en la forma geométrica de la pieza.

Importante

Este utillaje asegura el montaje final y controla las desviaciones producidas en el proceso de fabricación.

Como utillaje de control se deben incluir los útiles de medición. Estos últimos suelen ser herramientas estándar destinadas a certificar dimensionalmente la totalidad o partes específicas de las piezas. Algunos de los útiles más conocidos son:

1 Pie de rey (o calibre).

2 Micrómetro (o ‘Palmer’).

3 Reloj comparador.

4 Galgas (de espesor, de roscado, etc.).

5 Escuadras y reglas.

Nota

Las galgas son instrumentos que sirven para medir calibres o comprobar la forma o dimensión de una pieza.

Véase un ejemplo que justifica la utilización de este tipo de utillaje.

Se trata de la fabricación de una barra antivuelco, para una serie de 250 vehículos todoterreno. En este caso, la pieza ha de unirse a la cabina y a la caja de carga del vehículo mediante 14 puntos de anclaje.

En el vehículo existen 14 agujeros roscados que han de coincidir forzosamente con los 14 agujeros de la pieza. Una vez efectuada esta coincidencia se pasa a la fase de anclaje o atornillado de la pieza.

Para ello, se ha de contar con un útil de verificación (o control) que proporcione la total seguridad del montaje de la pieza al vehículo. Todas y cada una de las piezas totalmente terminadas pasarán por el utillaje de control, el cual aceptará o rechazará las mismas en función de la precisión con la que se realice el montaje.

Se trata en este caso de una plantilla, que reproduce de una forma muy precisa la caja de carga del vehículo. De esta forma, las piezas salen de fabricación con la seguridad de recibir la aceptación por parte del cliente final.

6. Procedimientos alternativos de uso de herramientas y maquinaria

En la actualidad podemos afirmar sin temor a equivocarnos que para cada una de las transformaciones de las que es susceptible una pieza existe una máquina especializada en lograrlo.

En el caso de no disponer de esa máquina (algo muy normal ya que no es posible disponer de todas y cada una de las máquinas que pone a nuestra disposición el mercado), podremos continuar con la fabricación de la pieza basándonos en primera instancia en nuestra experiencia profesional y apoyándonos en una serie de procedimientos alternativos que se explican a continuación.

6.1. Transformaciones de la materia prima

En un primer lugar, hay que aclarar que la materia prima sufre una serie de transformaciones en la industria siderometalúrgica para proceder más tarde a la obtención de formas (comerciales) en bruto. Se utilizan para ello diferentes procedimientos tecnológicos enfocados a este fin, y algunos de ellos se detallan a continuación.

Laminación

Es el paso de un lingote de material caliente (o frío) a través de uno o varios cilindros para la obtención de chapas, barras o perfiles de diferentes calibres.

Trefilado

Se llama así al paso de una barra de metal laminado en frío a través de una embocadura de diámetro decreciente para la obtención de un fino alambre.

Fundición

Es el proceso, por el cual el metal fundido se introduce en un molde destinado a la obtención de una pieza.

Forja

Se llama así a la realización de un esbozo de la pieza en caliente, mediante una operación de prensado o martilleado.

Estampación

Es el procedimiento a partir del cual se cambia la forma de una chapa (mediante troqueles o prensas) realizando en ella cortes, plegados y/o embuticiones.

Sinterización

Es el proceso por el cual se calientan y se prensan polvos de metal para la obtención de la pieza.

No obstante, no es adecuado profundizar en exceso en los procesos señalados anteriormente ya que no son objeto directo de este manual. Solo se exige que se conozca de su existencia, ya que es la génesis de la elaboración de futuras piezas metálicas.

Tras la aplicación de los procedimientos anteriores, se obtienen formas geométricas estandarizadas como redondos, lingotes, chapas, perfiles, etc. Conocido esto, el siguiente paso es la transformación de una forma en bruto en una pieza acabada.

Importante

Estos procesos dan como resultado diferentes formas de piezas en bruto. Por otro lado, en las fundiciones, se obtienen productos semielaborados y, finalmente, tras el proceso de mecanizado, se consigue la pieza final o acabada.

Por ello, estos procedimientos se deben clasificar en dos grupos: los encaminados al arranque de viruta y los enfocados al arranque de partículas.

6.2. Procesos enfocados al arranque de viruta

Se definirán en este apartado los procesos más significativos y conocidos en la industria del metal. No obstante, existen procedimientos menos extendidos debido a su poca utilización a los que se hará referencia igualmente.

Torneado

Es una de las operaciones más utilizadas en las industrias modernas. Se basa en el arranque de viruta a una pieza que se encuentra en movimiento (de giro sobre su propio eje). En este caso, la herramienta de corte avanza linealmente en diferentes direcciones. Tal y como se ha comentado con anterioridad, consiste en la generación sólida de un perfil que gira alrededor de un eje.

Fresado

Junto al torneado, esta operación es de las más utilizadas en la actualidad. El arranque de viruta se produce con herramientas que giran a gran velocidad y producen el corte en la pieza.

Normalmente, el desplazamiento lo realiza la pieza y permanece estática la herramienta, aunque con los centros de mecanizado actuales cada vez es más habitual el movimiento de ambas.

Taladrado

Es el proceso por el cual se realiza un agujero por medio de arranque de viruta. En este proceso tiene gran importancia la evacuación de viruta. Indicar que los agujeros se clasifican en pasantes, que atraviesan completamente la pieza, o ciegos, que no atraviesan totalmente la pieza.

Roscado

Por definición es la realización de un fileteado sobre una pieza cilíndrica y maciza (dando lugar al tornillo o varilla roscada), o por el contrario en el interior de un agujero (dando lugar a la tuerca o agujero roscado).

Escariado

También conocido como ‘mandrinado’, podría definirse como el cilindrado interior de una cavidad. Se debe tener en cuenta que esta operación es de alta precisión, por lo que con frecuencia se utiliza para ello la operación de torneado o fresado.

Limado

Es el proceso por el cual se arranca viruta en caras horizontales de una pieza. Se suele realizar en dos direcciones y en varias pasadas (en lugar de hacerlo solo en una). Este procedimiento implica movimiento en la herramienta y pieza inmóvil.

Planeado

También conocido como ‘cepillado’, al igual que en el proceso anterior se arranca viruta en caras horizontales de la pieza. Se suele realizar en dos direcciones y en varias pasadas, ya que así se alarga la vida de la herramienta y el ataque de la pieza sobre esta se produce con menor violencia.

Corte

También conocido como ‘aserrado’, es la acción de separar en dos partes (iguales o no) una barra, perfil, tubo, etc. En la industria existen para este trabajo multitud de sierras (manuales o automáticas), pero las más conocidas y por tanto las más utilizadas son las denominadas circulares y de cinta.

Aplicación práctica

Debido a su corta experiencia profesional pero favorecido por su buena actitud, su superior le selecciona para que fabrique el prototipo de una pieza importante. Usted desea realizar el trabajo, ajustándose además a los criterios de calidad establecidos por su empresa. Su superior le facilita un plano de la pieza y usted detecta rápidamente que se trata de una pieza de revolución con varios agujeros en los que irán alojados tornillos de métrica 8.

¿Qué procesos de entre los dedicados al arranque de viruta utilizaría usted para la elaboración del prototipo y en qué orden?

SOLUCIÓN

En primer lugar se realizaría un torneado (ya que se trata de una pieza de revolución).

Posteriormente se taladraría la pieza (el taladrado generalmente ocupa el último lugar entre las operaciones de mecanizado).

Finalmente se roscarían los taladros para recibir a los tornillos métrica 8.

Recuerde

Todos los procesos analizados anteriormente son susceptibles de poder realizarse mediante torno, fresa y taladro, aunque existen máquinas especializadas para ejecutar cada uno de ellos de forma separada.

6.3. Procesos enfocados al arranque de partículas

En este apartado se hará referencia a los procesos más conocidos en lo que respecta a acabado superficial. Gracias a la utilización de los siguientes métodos son posibles unos grados de acabado superficial muy finos.

Rectificado

Este proceso consiste básicamente en la corrección de una superficie. Esta corrección lleva aparejada una enorme precisión, por lo que se elimina material en forma de partículas, logrando piezas con tolerancias del orden de milésimas de milímetro. Este procedimiento implica movimiento en la herramienta y de la pieza.

Bruñido

Es la acción de repasar con abrasivos (de grano muy fino) una superficie previamente rectificada. Esta operación suele llevarse a cabo en húmedo, es decir, utilizando para ello pastas o aceites destinados a este fin.

Pulido

Este procedimiento se suele aplicar como paso previo al abrillantado. Para ello se utilizan abrasivos finos en varias etapas (normalmente prepulido y pulido). No tiene precisión dimensional y su fin es el de igualar una superficie para posteriormente abrillantarla por medio de la aplicación de ‘trapo’ o ‘cuerda’ impregnada en pasta (máquinas abrillantadoras).

Sabía que...

Las defensas delanteras de los vehículos 4X4 están fabricadas con tubo de acero inoxidable al que se le ha aplicado un prepulido inicial, seguido de un pulido y un abrillantado final.

Aplicación práctica

En la empresa para la que usted trabaja se va a fabricar una importante partida de piezas que requieren una exhaustiva comprobación antes de ser enviadas al cliente final. Se trata de un eje que ha de cumplir necesariamente las cotas de diámetro y longitud total.

¿Qué tipo de utillaje necesitaría usted para poder certificar que su trabajo se ajusta a las exigencias del cliente?

SOLUCIÓN

Se necesitaría tanto un utillaje de fabricación como de control.

El primero sería necesario para realizar los cortes de material y asegurar la homogeneidad en la longitud de los mismos antes de ser torneados.

El segundo se utilizaría para garantizar la longitud y el diámetro.

7. Resumen

Una buena planificación, junto con el estudio de planos, materiales y maquinaria, son la base para acometer cualquier trabajo de mecanizado con garantías de éxito.

Hay que prestar especial atención al orden de los trabajos, ya que en ocasiones estos pueden ser unidireccionales (solo tienen un orden posible). También ocurre que al elegir erróneamente el orden de las fases de trabajo se suceden roturas en herramientas o se pierde tiempo y dinero en operaciones innecesarias.

Hay que dedicar siempre unos minutos a estudiar la máquina adecuada al trabajo que se desea realizar; y hay que utilizar también el menor número de máquinas posible (más máquinas significa normalmente mayor número de cambios de utillaje).

También hay que señalar que la hoja de ruta en cualquier proceso de fabricación es el documento de identificación de la pieza ejecutada. Por otro lado, afirmar que los utillajes se pueden clasificar en dos grandes grupos: fabricación y control.

Por último, y tras conocer los procesos que hacen posible la transformación de la materia prima en formas en bruto, se está en condiciones de poder elegir entre distintos métodos alternativos de producción. Todos ellos, y de una manera más artesanal e imprecisa, son capaces de sustituir a cualquier máquina herramienta de las estudiadas en este manual (torno, fresa y taladro).

Ejercicios de repaso y autoevaluación

1. Para poder seleccionar la máquina herramienta que se adapta a la fabricación de una pieza en particular basta con analizar...

1 ... el plano de la pieza.

2 ... el material con el que se fabricará la pieza.

3 ... la maquinaria con que contamos.

4 Todas las opciones son incorrectas.

2. De las siguientes frases, indique cuál es verdadera o falsa.

1 Los trabajos de taladrado generalmente ocupan el último lugar en los procedimientos de mecanizado.VerdaderoFalso

2 El documento que define el camino a seguir en cuanto al orden de las operaciones y la cantidad de piezas a fabricar se llama procedimiento de trabajo.VerdaderoFalso

3 Un útil destinado a posicionar una pieza y posteriormente soldarla a otra con una inclinación de 45 grados se considera un utillaje de producción.VerdaderoFalso

3. Complete las siguientes oraciones.

Para la mecanización de un eje se utilizará el procedimiento de ________.

Los procedimientos de arranque de viruta más conocidos son el __________, el _____________ y el _____________.

4. La máquina roscadora, es una máquina herramienta utilizada para...

1 La máquina roscadora no se considera una máquina herramienta.

2 ... realizar roscados solo en piezas planas.

3 ... filetear ejes.

4 ... retaladrar agujeros roscados solo en piezas planas.

5. Relacione los siguientes elementos.

1 Fresadora.

2 Utillaje de control.

3 Utillaje de fabricación.

1 Máquina herramienta.

2 Calidad.

3 Producción.

6. El utillaje que certifica la correcta fabricación y montaje de una pieza se llama...

1 ... utillaje de producción o control.

2 ... utillaje de verificación.

3 ... utillaje de fabricación.

4 ... utillaje de posicionamiento o autocontrol.

7. ¿Cómo se llama el procedimiento de arranque de partículas por el cual se corrige una superficie con enorme precisión?

1 Abrillantado.

2 Pulido.

3 Rectificado.

4 Bruñido.

8. Indique cuál de los siguientes apartados o casillas no es de obligatoria inclusión en la hoja de ruta.

1 Número de operación.

2 Observaciones.

3 Membrete de la empresa.

4 Código de máquina.

9. Relacione los siguientes elementos.

1 Cilindrado.

2 Planificado.

3 Arranque de viruta.

4 Arranque de partículas.

1 Pulido.

2 Limado.

3 Fresado.

4 Torneado.

10. ¿Cuál de las siguientes técnicas no es utilizada para realizar transformaciones en la materia prima?

1 Trefilado.

2 Trepanado.

3 Sinterizado.

4 Forja.

Capítulo 2

Mecanizados por torneado

1. Introducción

En este capítulo se definirá el torno como máquina herramienta, se clasificarán sus tipos y se estudiará su estructura. Se verá además su capacidad y posibilidades de trabajo, su forma de funcionar y el tipo de herramientas de corte con las que cuenta.

Por otro lado, se definirán los modos más empleados para la sujeción de las diferentes piezas y se explicarán los distintos tipos de torneado, calculando posteriormente los parámetros de trabajo para esta máquina.

Por último, se darán unos consejos y normas relativas a la utilización del torno, que redundarán a la postre en el buen funcionamiento de la máquina y en la seguridad del operador que la utiliza; teniendo especial importancia el orden y la limpieza en el puesto de trabajo y siempre cuidando evitar los despistes a la hora de llevar a cabo este tipo de trabajos, que pueden generar accidentes.

2. Estructura y elementos constituyentes de los tornos

El torno es una máquina herramienta en la cual la pieza que posteriormente va a ser mecanizada gira con un movimiento libre (de rotación) alrededor de su propio eje.

Por otro lado, la herramienta describe un movimiento rectilíneo en su avance (hacia la pieza a mecanizar).

Importante

Mediante la interferencia o choque mecánico entre pieza y herramienta, se produce el corte que da lugar al mecanizado por torneado.

Es necesario comenzar clasificando los tornos que existen en la industria. El tipo más generalizado y conocido es el llamado torno paralelo, aunque existen otros tipos como son los tornos al aire, los verticales y los revólver (estos tipos se definirán más adelante).

2.1. El torno paralelo

En el torno paralelo (que como ya hemos señalado es el más generalizado) se pueden distinguir cuatro partes principales: la bancada, el/los carro/s, el cabezal y el contracabezal.

Cada uno de estos elementos consta a su vez de diferentes partes u órganos.

La bancada

Suele ser un chasis o bastidor con forma prismática que generalmente se construye de fundición, se sustenta en pies/patas y está cuidadosamente alisado para servir de apoyo y guía a los demás elementos constitutivos.

Este primer elemento está provisto de guías paralelas al eje de giro de la pieza. Las bancadas más comunes suelen tener guías en forma de ‘cola de milano’ o europeas, aunque también existen las guías con forma prismática o americanas.

El/los carro/s

De forma general suelen ser dos (aunque actualmente es muy común un tercer carro), y cada uno va apoyado en el anterior y se les conoce como: a) longitudinal o principal, b) transversal y c) orientable (el tercero).

1 El carro principal se desplaza a lo largo de la bancada mediante correderas. Su misión es la de aproximar la herramienta de corte a la pieza a mecanizar. Sobre él se encuentra el ‘delantal’, elemento indispensable para acometer las operaciones más usuales de torneado.

2 El carro transversal es el encargado de trasladar la torre portaherramientas en dirección perpendicular a la descrita en el párrafo anterior.

3 El tercer carro (orientable o ‘charriot’) se ubica sobre la plataforma de giro. Esta plataforma tiene como objetivo que el operador de torno conozca en cada momento el ángulo que forma el carro con la bancada del torno.

El cabezal

Es el conjunto electromecánico que proporciona el par necesario para hacer girar el plato y por tanto la pieza, y producir por consiguiente el corte sobre esta.

Está formado por un bastidor ajustado a un extremo (izquierdo generalmente) de la bancada y fijado fuertemente a ella mediante elementos de unión. En la parte superior de este bastidor se encuentran unos cojinetes que soportan perfectamente al eje del cabezal.

En el propio cabezal van montados también diferentes elementos encargados de realizar la transmisión entre el motor eléctrico y el eje.

El contracabezal

También es llamado cabezal móvil. Este se encuentra frente al plato de giro (o cabezal) y generalmente ocupa el extremo opuesto de la máquina. Está constituido por piezas móviles que pueden ser situadas y fijadas a voluntad en cualquier punto de la bancada.

La parte superior tiene un agujero perfectamente paralelo a la bancada y enfrentado a igual altura con el eje del cabezal. El contracabezal, por tanto, sujeta y fija las piezas de extrema longitud durante el proceso de torneado.

Además del torno paralelo, existen otros tornos que estarían comprendidos entre los llamados tornos singulares. Los tipos más extendidos y con mayor aplicación en la industria serían: los tornos al aire, los tornos verticales y los tornos revólver.

Importante

Entre los tornos singulares destacan los tornos al aire, los verticales y los revólver.

2.2. El torno al aire

Está destinado a trabajar con piezas muy grandes. No suele tener bancada y el cabezal, carro y contrapunta se fijan sobre enormes placas de fundición empotradas en el suelo (o plataforma destinada al efecto).

Entre el cabezal y la contrapunta es muy común la existencia de un hueco o foso para trabajar con piezas de gran diámetro.

Una de las desventajas de este tipo de tornos es la inercia de las piezas (debido a su tamaño). El avance en este tipo de tornos es aplicado por medio de una cadena, que junto a un mecanismo de trinquete interrelaciona con el husillo.

Torno al aire

Nota

El husillo es un tornillo grande, de hierro en estos casos, usado para mover las prensas y otras máquinas o utensilios.

2.3. El torno vertical

El eje de este torno está dispuesto verticalmente, y el plato giratorio está colocado en un plano horizontal para facilitar el montaje de las piezas.

Las herramientas de corte van alojadas en carros que se desplazan vertical y transversalmente (a la pieza objeto de trabajo). Existen tornos verticales de dimensiones descomunales, como son los encargados de realizar trabajos en partes o zonas de hélices y/o turbinas para hidráulica o aeronáutica.

2.4. El torno revólver

Se puede ver tanto de eje vertical como de eje horizontal. La ventaja de este torno es la rapidez y la precisión de sus trabajos (ejecución de piezas en serie).

La principal característica de este torno es la de disponer de un tambor giratorio (frente al cabezal). Este tambor es en realidad un elemento giratorio portaherramientas; de este modo facilita los sucesivos cambios de herramientas, quedando estas automáticamente almacenadas y/o en la posición correcta de trabajo.

Recuerde

El torno es la máquina giratoria más antigua y una de las más utilizadas en la actualidad en las industrias de fabricación metálica.

3. Funcionamiento y prestaciones de mecanizado de los tornos

En este subcapítulo tendremos la ocasión de entender el funcionamiento del torno y distinguir los materiales a los que se pueden aplicar trabajos de torneado (los considerados materiales mecanizables).

Por otro lado, se verá la función de sus componentes y constituyentes, donde se clasificarán las más conocidas herramientas de corte y su aplicación a trabajos de torneado.

3.1. Funcionamiento del torno

Entendamos el torno como una máquina giratoria que da forma mediante un procedimiento de arranque de viruta a distintos tipos de material.

Las piezas idóneas para poder ser trabajadas en esta máquina son las que parten de un tocho de material bruto cilíndrico (por tanto, se obtienen piezas de revolución).

Básicamente, el material gira a una velocidad preestablecida y a su vez una herramienta cortante se desplaza tanto perpendicular como paralelamente al eje de giro de la pieza, produciendo la eliminación de viruta (o material) necesaria para dar finalmente a la pieza la forma deseada.

Las operaciones susceptibles de poder realizarse con el torno son múltiples y variadas, siendo las más usuales el refrentado de caras paralelas, el cilindrado interior y exterior, perfilado, ranurado, etc. (estas y otras operaciones se explicarán en el epígrafe 6.1. Técnicas de torneado).

3.2. Materiales mecanizables y maquinabilidad

De forma general, se puede afirmar sin temor a equivocación que existen dos grandes grupos de materiales susceptibles de poder ser mecanizados.

Definición

Maquinabilidad

Es la capacidad que tiene un material para poder ser convenientemente mecanizado.

Cada grupo posee ciertas características que lo hacen más o menos mecanizable.

Materiales del grupo 1

Metales y aleaciones

Comprende los aceros al carbono, los aceros inoxidables, el aluminio, el latón, el bronce, etc.

Existen aceros con gran maquinabilidad (también llamados aceros automáticos). Estos se caracterizan por contar en su composición química con una serie de aditivos (azufre, plomo, fósforo, etc.) que los dotan de características especiales referidas al arranque de viruta.

Materiales del grupo 2

Plásticos y derivados

En este grupo se encontrarían el nailon, el metacrilato, el adiprene, etc.

Durante los trabajos realizados con este tipo de materiales es de suma importancia un adecuado cálculo de los parámetros de torneado. Un mal cálculo influirá en que se sobrepasen los límites elásticos y/o plásticos, dando como resultado un mecanizado deficiente a todas luces.

3.3. Tipos de herramientas de corte

Herramientas de acero rápido

Pertenecen al grupo de los aceros F-550. Existen de dos tipos: de cobalto o wolframio, con el cual mejoran sobremanera sus características de corte. Poseen mayor dureza que los aceros aleados y pueden trabajar a temperaturas de hasta 600 ºC.

Soportan altas velocidades de corte y suelen estar construidas de una sola pieza. Se identifican con las siglas HSS (high speed steel = acero de alta velocidad).

Herramientas de metal duro

Son compuestos ‘cermets’, aunque coloquialmente son conocidos como ‘widia’, y están elaborados a base de partículas cerámicas mezcladas con aglomerante metálico. Tienen una altísima dureza, de aproximadamente 90 HRC (dureza ‘rockwell’), por tanto también son muy frágiles, ya que pueden romperse con vibraciones y golpes.

Sabía que...

Coloquialmente la palabra ‘widia’ se utiliza para designar a las herramientas de metal duro o endurecidas. Del alemán: (WI) como y (DIA) diamante.

Su resistencia a la temperatura es mayor que la de los aceros rápidos (hasta 800 ºC), por lo que pueden trabajar a elevadas velocidades de corte.

3.4. Tabla de velocidades teóricas de corte (desbaste y afino)

Para encontrar las velocidades teóricas en los trabajos de desbaste y afino (que se verán más adelante) existen multitud de prontuarios o tablas de ayuda al operador. Estas tablas facilitan información muy valiosa, ya que proporcionan los parámetros de velocidad en función del material a mecanizar y del tipo de herramienta.

Los valores de velocidad de corte que aparecen en la siguiente tabla son válidos para herramientas de metal duro (para trabajo en seco) y herramientas de acero rápido (para trabajo con aceite de corte).

Material		Herramienta	Desbaste			Acabado o afino
			V (m/min)	A (mm/rev)	P (mm)	V (m/min)	A (mm/rev)	P (mm)
Acero inoxidable		Metal duro	60	<1	<8	100	<0,25	<2
Acero moldeado		Metal duro	50	<1	<10	80	<0,25	<2
Fundición gris		HSS Metal duro	15 75	<2 <2	<10 <10	20 120	<0,25 <0,25	<2 <2
Aluminio		HSS Metal duro	80 1250	<1 <1	<8 <8	100 1750	<2 <2	<1 <1
Duraluminio		Metal duro	300	<1	<8	400	<2	<1
Latón		HSS Metal duro	30 450	<1 <1	<10 <8	45 550	<2 <2	<1 <1
Bronce		HSS Metal duro	25 250	<1 <1	<10 <8	35 350	<2 <2	<1 <1
Acero al carbono	<50 daN/mm2	HSS Metal duro	22 150	0,5-1 1–2,5	<10 <15	30 250	0,1-0,2 0,1-0,25	<2 <2
	50 – 70 daN/mm2	HSS Metal duro	20 120	0,5-1 1–2,5	<10 <15	24 200	0,1-0,2 0,1-0,25	<2 <2
	70 –85 daN/mm2	HSS Metal duro	15 80	0,5–1 1-2	<10 <15	20 140	0,1-0,2 0,1-0,2	<1,5 <1,5
	»100 daN/mm2	HSS Metal duro	12 30	0,5–1 0,5-1	<8 <5	16 50	0,1-0,2 0,1-0,2	<1 <1

V = Velocidad de corte A = Avance P = Profundidad de corte

A partir de estos valores se procederá al cálculo de la velocidad de giro del torno (giro del plato). Se elegirá posteriormente la velocidad de avance y la profundidad de corte para obtener el tiempo de mecanizado.

Ejemplo

Se dispone de un tocho de 250 mm de aluminio, con 148 mm de diámetro, el cual se desea pasar a 145,75 mm.

En el taller de mecanizado no se dispone de herramientas de ‘widia’, por tanto se utilizan otras de acero rápido.

Se realizará una primera fase de desbaste y posteriormente una segunda de acabado.

En primer lugar, se procede al desbaste (paso de 148 mm a 146 mm).

En la tabla anterior, cruzamos aluminio y acero rápido HSS con la columna de desbaste y velocidad de corte, y se obtienen 80 m/min.

Por tanto, al substituir el valor anteriormente obtenido, en la fórmula que relaciona la velocidad de giro del torno con la velocidad de corte y el diámetro de la pieza:

Donde:

n = velocidad de giro del husillo (rpm)

v = velocidad de corte (m/min)

π = valor constante 3,14159 (adimensional)

D = diámetro de la pieza a tornear (mm)

Resulta:

n = (1.000 mm/m · 80 m/min) / (3,14159 · 148 mm) = 172,06 r. p. m

Esta es la velocidad a la que debe girar el husillo.

El desbaste se puede realizar en una sola pasada, ya que según la tabla con material aluminio y a 80 m/min de velocidad de corte, se puede llegar a una profundidad de corte de hasta 8 mm (utilizaríamos entonces 1 mm para conseguir un diámetro de 146 mm). El avance, sin embargo, ha de ser inferior a 1 mm (se elige pues 0,75 mm).

Por lo tanto, si la herramienta avanza a 0,75 mm/rev y la velocidad del torno es 172,06 r. p. m., esta recorrerá en cada minuto 129,042 mm.

0,75 mm/rev · 172,06 r. p. m. = 129,045 mm/min

Como la pieza tiene una longitud de 250 mm, se tardará por tanto en desbastar la pieza 1,94 minutos (1 min y 56 s).

250 mm / (129,045 mm/min) = 1,94 min

Se procede seguidamente al afino o acabado de la pieza. Arrancando material para pasar de 146 mm de diámetro a 145,75 mm.

En la tabla, cruzamos aluminio y acero rápido HSS con la columna de acabado y velocidad de corte, y se obtienen 100 m/min.

Por tanto, al substituir en la fórmula siguiente:

Resulta:

n = (1000 mm/m · 100 m/min) / (3,14159 · 146 mm) = 218,02 r. p. m.

Esta es la velocidad a la que debe girar el husillo.

Se ve claramente que el acabado se puede realizar en una sola pasada, ya que según la tabla con aluminio y a 100 m/min de velocidad de corte se puede llegar a una profundidad de corte de hasta 1 mm (utilizaríamos entonces 0,125 mm para conseguir un diámetro de 145,75 mm). Sin embargo, el avance ha de ser inferior a 2 mm (se elige pues 1,5 mm).

Por lo tanto, si la herramienta avanza a 1,5 mm/rev y la velocidad del torno es 218,02 r. p. m., esta recorrerá en cada minuto 327,03 mm.

1,5 mm/rev · 218,02 r. p. m. = 327,03 mm/min

Se tardará en acabar o afinar la pieza 0,76 min (46 s) puesto que:

250 mm / (327,03 mm/min) = 0,76 min = 46 s

3.5. Velocidades reales de corte

El valor de velocidad hallado al que debe girar el torno generalmente no se puede conseguir en la realidad.

Nota

Los tornos convencionales no disponen de una gama continua de velocidades.

Por lo tanto, debemos escoger entre el inmediato inferior o inmediato superior a la velocidad de giro calculada. Hay que tener en cuenta que si nos ceñimos al valor más bajo ocurrirá lo siguiente:

1 La cuchilla se desgastará menos (durará más).

2 Los tiempos de producción aumentarán.

Y ajustándonos al valor más alto, ocurrirá lo siguiente:

1 La cuchilla se desgastará con mayor rapidez (durará menos).

2 Los tiempos de producción disminuirán.

Se elegirá por tanto la velocidad más baja si lo que se pretende conseguir es minimizar los costes, y nos decantaremos por la mayor velocidad si nuestro objetivo es maximizar la producción.

La experiencia demuestra la necesidad de una solución de compromiso, ya que en ocasiones juegan un papel muy importante variables como el número de piezas a fabricar, número de fases en cada pieza, cambio de herramientas, etc.

Recuerde

Los cálculos teóricos se deben adaptar a la gama de velocidades de nuestro torno. Una baja velocidad minimiza los costes y una alta velocidad maximiza la producción.

3.6. Mantenimiento preventivo

Para que las prestaciones o capacidades del torno no se vean afectadas con el paso del tiempo (y de su utilización intensiva), se hace necesario un mantenimiento regular de la máquina.

Nota

La falta de mantenimiento tiene como consecuencia trabajos defectuosos y piezas rechazadas.

La falta de este mantenimiento hace asumir en determinadas ocasiones un coste económico que a la postre jugará muy a la contra. De aquí la importancia del mantenimiento preventivo de la máquina.

3.7. Influencia negativa de las vibraciones

Otros factores que pueden resultar negativos (y se derivan de la falta de mantenimiento) para la precisión del trabajo de mecanizado por torneado son las vibraciones.

Las vibraciones durante los trabajos de torneado son un mal que afecta muy negativamente tanto a las herramientas de corte como a las piezas durante su elaboración, y por supuesto a la máquina en su conjunto.

Por consiguiente, la calidad general de los trabajos se resiente con regularidad tras la aparición de este fenómeno.

Las vibraciones van a depender en general del torno en sí mismo, de la pieza a tornear, de la herramienta utilizada, del contrapunto y del centro de la pieza.

Del torno en sí mismo

La máquina puede ser demasiado débil para el esfuerzo que se le está obligando a realizar. A veces ocurre que la máquina no está bien equilibrada o nivelada.

Por otro lado, los tornillos que unen las patas/pies al suelo pueden encontrarse mal ajustados.

Puede existir demasiada holgura (juego) en partes como el eje o entre el conjunto formado por carro/s y guía/s.

De la pieza a tornear

Esta puede no estar bien fijada al plato de giro (demasiado floja). Puede ocurrir que la pieza sea demasiado larga con relación a su diámetro (y por tanto flexe).

Además, puede estar mal equilibrada debido a su forma irregular.

De la herramienta utilizada

Puede suceder que la herramienta no esté asegurada con rigidez, esté demasiado al aire (voladizo) o seriamente desgastada (no afilada).

El avance puede ser demasiado lento. Por otro lado, el exceso de avance y de profundidad de corte también afecta negativamente.

Del contrapunto

Se puede encontrar en mal estado y habrá que rectificarlo. Puede ocurrir que sobresalga demasiado del contracabezal; en este caso la solución pasa por ajustarlo convenientemente.

Del centro de la pieza (que sirve de apoyo al contrapunto)

Puede suceder que esté contaminado (partículas metálicas) o no esté convenientemente lubricado.