¿Qué es el mecanizado?
El mecanizado es un proceso de fabricación que implica dar forma a una pieza de material hasta obtener la forma final deseada mediante la eliminación controlada de material. Dado que los procesos de mecanizado utilizan herramientas mecánicas como centros de mecanizado y trabajan eliminando material, a menudo se les denomina procesos de fabricación sustractivos, a diferencia de la fabricación aditiva, que implica una adición controlada de material.
Los procesos de mecanizado pueden trabajar con una gran variedad de materiales, incluyendo metales, plásticos, madera, vidrio y más. La capacidad de trabajar con esta amplia gama de materiales otorga a estos procesos aplicaciones en numerosas industrias.
Historia del Mecanizado
La historia de los procesos de mecanizado data de hace unos siglos. En el siglo XVIII, los procesos de mecanizado se relacionaban con la reparación de máquinas y equipos mediante procesos arduos como el tallado en madera o el trabajo en metal mediante forja. Para ser precisos, existía el término ‘mecánicos’, pero no ‘herramientas de mecanizado’.
Las herramientas de mecanizado surgieron más tarde, a mediados del siglo XX. Esto ocurrió debido a la aparición de procesos de mecanizado como taladrado, torneado, fresado, roscado, escariado, avellanado, sierra, reafilado, roscado y más. Estos procesos se realizaban con herramientas de mecanizado operadas manualmente, como tornos simples, herramientas de perforación, herramientas de corte o prensas de taladro. Con los años, con la aparición de las computadoras y diversas tecnologías, todos los procesos de mecanizado se asociaron con el Control Numérico por Computadora (CNC).
¿Cómo funciona el mecanizado?
El concepto de mecanizado es comenzar con una pieza de material más grande que la pieza final requerida, y luego eliminar el material con una herramienta de corte controlada. En el mundo de la fabricación moderna, las herramientas de mecanizado son controladas por Tecnologías de Control Numérico por Computadora (CNC). Es un proceso estructurado que comienza con un diseño conceptual de la forma deseada y luego procede con la ejecución del diseño en las herramientas de mecanizado.
Etapas del proceso de mecanizado
El proceso de mecanizado para cualquier componente pasa por estos pasos en este orden exacto:
Creación de planos
En primer lugar, es importante crear una idea conceptual de la pieza que se requiere. Esto se realiza mediante dibujos técnicos y planos de la pieza, con las dimensiones previstas mencionadas en los planos. Al especificar las dimensiones, es importante tener en cuenta la trabajabilidad de los materiales y su resistencia mecánica. Por ejemplo, una pared debe tener un grosor mínimo o la pieza puede colapsar en la etapa de mecanizado.
Creación de modelos CAD
Una vez que los planos de la pieza están listos, es necesario convertirlo en un modelo digital 3D. Esto se realiza utilizando Software de Diseño Asistido por Computadora (CAD). Esto es tarea de un programador. Las piezas más complejas requieren programas CAD más avanzados.
Los modelos CAD se convierten en programas de Fabricación Asistida por Computadora (CAM). El programa CAM es el lenguaje que la máquina CNC entiende. Los programas CAD también pueden detectar si hay algún problema con el diseño que pueda generar errores en el proceso de mecanizado.
Configuración de la máquina
La configuración de la máquina la realiza el operador e implica ajustar las herramientas y montar los materiales de la pieza de trabajo en la máquina CNC. La configuración puede variar según el tipo de proceso de mecanizado que se vaya a realizar. La configuración también incluye transferir las instrucciones CAD a la máquina.
Ejecución del programa
Una vez que la máquina está lista, el operador ejecuta el programa. La máquina entonces trabaja en dar forma a la pieza final. Esto puede hacerse de varias maneras, dependiendo de la máquina particular que se utilice. Después de la ejecución, la pieza final está lista y se desmonta por el operador. Según el requisito, puede enviarse luego a procesos de mecanizado secundario.
Aplicaciones del mecanizado
Las herramientas de mecanizado se utilizan en todo tipo de industrias para crear una amplia variedad de piezas. Algunos de los tipos comunes de equipos fabricados y aplicaciones de los procesos de mecanizado son:
marcos de bicicleta, motores, carcasas de teléfonos inteligentes y portátiles, proyectos científicos, piezas aeroespaciales, equipos militares y de armas de fuego, equipos médicos y quirúrgicos, muchas otras piezas
¿Cuáles son los diferentes tipos de procesos de mecanizado?
Existen muchos tipos de procesos y operaciones de mecanizado, cada uno con su propósito y diseño. Aquí hay una breve descripción de estos diferentes procesos de mecanizado:
Torneado
En el torneado, la pieza de trabajo gira alrededor de un eje central mientras la herramienta de corte elimina material de ella. Este método se usa para dar forma simétrica a una pieza de trabajo. La herramienta de corte puede ser controlada por la computadora. Algunas aplicaciones del proceso de torneado son:
Componentes de motor, componentes de máquina, ejes, roscas, conos
Fresado
El fresado implica una superficie de corte giratoria que se mueve contra la pieza de trabajo para crear diferentes formas de planos. Las formas de corte pueden variar desde cortes rectos simples hasta superficies inclinadas y angulares para propósitos específicos. Hay muchas herramientas de fresado diferentes para lograr esto, como fresas de bancada, fresas de columna, fresas de pórtico, fresas en C, fresas de rodilla, fresas de torreta, fresas de tipo rampa, y más. Algunas aplicaciones de las herramientas de fresado son:
Engranajes, ranuras y canales, componentes aeroespaciales, equipos agrícolas, piezas automotrices, sector energético
Perforación
Las herramientas de perforación son uno de los tipos más simples de equipos de mecanizado. Su propósito es moverse alrededor de la pieza de trabajo y crear agujeros usando prensas de taladro. Los agujeros se hacen para insertar tornillos, ensamblaje secundario, o simplemente por estética. Las aplicaciones de la perforación son:
agujeros para tornillos, cuerpos de inyectores de combustible, tubos de intercambiadores de calor, extremos de ensamblaje de fluidos, tren de aterrizaje de aeronaves
Roscado
Las herramientas de roscado agrandan los agujeros previamente perforados en la pieza de trabajo. Esto se realiza ya sea con una herramienta de corte de punto único o con un conjunto de dichas herramientas. De alguna manera, el roscado es un contraparte del torneado, la principal diferencia es que el roscado trabaja en el diámetro interno mientras que las herramientas de torneado trabajan en el diámetro externo. Las aplicaciones comunes de este proceso se pueden ver en barriles de armas de fuego o cilindros de motor. Las aplicaciones del roscado son:
Cilindros de motor en la industria automotrizGrúas y cargadoras minerasArmas de fuego
Rebaje
El rebaje es un proceso para ensanchar ligeramente el diámetro de un agujero perforado y añadirle un acabado superficial interno. Este proceso se utiliza cuando se requiere un agujero de diámetro o acabado superficial muy precisos, que las herramientas de perforación no pueden proporcionar. El proceso habitual para crear un agujero preciso usando rebaje es perforar un agujero de diámetro menor y luego usar rebaje para ensanchar el agujero hasta el ancho y acabado precisos. Las aplicaciones del rebaje son:
Corte de tornillosTorneado en torno de bancadaEliminación de rebabas
Rectificado
El rectificado se realiza para eliminar una pequeña cantidad de material no deseado de una pieza de trabajo, añadiendo un acabado suave y asegurando dimensiones altamente precisas. Este proceso utiliza una superficie abrasiva llamada rueda de rectificado como herramienta de corte. Las herramientas de rectificado vienen en muchos tipos, incluyendo opciones manuales y computarizadas. Las herramientas de rectificado más comúnmente usadas son amoladoras angulares, rectificadoras de molde y amoladoras de banco. Las aplicaciones del rectificado son:
Cilindros y pistones de frenoPistones de dirección hidráulicaEjes de engranajesTornos quirúrgicosHuesos de la caderaArticulaciones de rodilla femoralesComponentes aeroespacialesIndustria del mueble
Aplanado
El aplanado es el proceso de generar superficies planas en una pieza de trabajo, realizado con una máquina llamada aplanadora. Las aplanadoras utilizan el movimiento relativo entre una herramienta de corte de punto único y la pieza de trabajo para generar la acción de corte. Además del aplanado lineal, también pueden usarse para aplicaciones de aplanado helicoidal. Las aplicaciones del aplanado incluyen:
Generar superficie plana para cualquier requisitoCrear múltiples ranuras al mismo tiempo
Serrado
El serrado es uno de los procesos de mecanizado más antiguos. Utiliza una hoja afilada (a veces reemplazada por un cable o una cadena) con bordes dentados. Se usa más comúnmente en carpintería, pero también tiene algunas aplicaciones en trabajos con metal y corte de piedra. Algunas de las aplicaciones del serrado son:
Corte de maderaFabricación de casasFabricación de mueblesCorte de azulejos
Broaching
En el broaching, la eliminación de material no deseado se realiza mediante una herramienta de corte con dientes, llamada ‘brocha’. El broaching puede hacerse de dos maneras: lineal y rotativa, siendo la línea más común. Este proceso es excelente para el mecanizado de precisión de formas específicas. Algunas aplicaciones comunes del broaching son:
Ranuras internasLlaves no circularesEspigasPiezas de tornos de tornilloEstampados
Técnicas de mecanizado por combustión
El proceso de mecanizado por combustión utiliza una alta temperatura para eliminar material, en lugar de una herramienta de corte afilada utilizada en las técnicas de mecanizado convencionales. En esencia, el material eliminado se funde cuando las herramientas de combustión aplican calor. El proceso de fusión depende del tipo de técnicas de combustión utilizadas. Hay tres métodos comunes de técnicas de mecanizado por combustión:
Corte por láser:
En corte por láser, la eliminación de material ocurre mediante un haz de luz altamente enfocado. Se utiliza para cortar materiales en cualquier forma requerida. El proceso funciona tanto en metales como en no metales. Es uno de los métodos de corte más precisos disponibles. Algunas aplicaciones del corte por láser son:
FoilsPelículasLaminadosEtiquetas y PSARubberJuntasPlásticosTextilesMateriales adhesivos agresivos
Corte por plasma:
El corte por plasma utiliza un chorro de gas ionizado para fundir y eliminar material. El proceso requiere que la pieza de trabajo conduzca electricidad, por lo que solo funciona con metales y aleaciones conductoras. Algunas aplicaciones del corte por plasma son:
Talleres de fabricación Reparación y personalización de automóviles Salvamento y chatarra Construcción industrial
Corte con oxicombustible:
El corte con oxicombustible también se conoce como corte con gas. Este es un método de corte muy antiguo que utiliza una mezcla de oxígeno y un gas combustible como acetileno, gas natural, propano o propileno para eliminar material por fusión. No es tan preciso como el corte por láser o plasma. Sin embargo, el equipo es altamente portátil. Las aplicaciones de este proceso son:
Trabajo en piedra Industria automotriz Aflojamiento de tornillos atascados Revestimiento de soldaduras Soldadura
Técnicas de mecanizado por erosión
Las técnicas de mecanizado por erosión eliminan material convirtiéndolo en partículas que son removidas por las técnicas de mecanizado. Al igual que en el caso de las técnicas de mecanizado por combustión, existen varias formas de realizar el mecanizado por erosión:
Corte por chorro de agua
El corte por chorro de agua es un método muy popular que utiliza la fuerza de agua a alta presión para crear la acción de corte. Funciona en todo tipo de materiales como metales, madera, piedra, cerámica, plásticos, papel, goma y más. Las formas pueden ser complejas e intrincadas, dependiendo del número de ejes en la máquina. Algunas aplicaciones de este proceso son:
Industria papelera Minería Instalaciones artísticas Aislantes Equipo quirúrgico Industria alimentaria
Corte por EDM:
EDM significa Mecanizado por Descarga Eléctrica, con otros nombres como erosión por chispa, mecanizado por chispa, quemado con hilo, erosión por hilo o hundido en matriz. Este proceso se utiliza en la industria de fabricación de metales ya que solo funciona con materiales conductores eléctricamente. En este método, la eliminación de material ocurre mediante chispas rápidas (descargas por arco eléctrico), generadas por un alto voltaje. Algunas aplicaciones de este método son:
Prototipado Moldes para producción de monedas Mecanizado de desintegración de metales Fabricación en ciclo cerrado
Mecanizado CNC
El mecanizado CNC no es un método de mecanizado en sí mismo, sino una tecnología que se aplica a otros métodos. Significa Control Numérico por Computadora y permite el control automatizado de una máquina. Requiere una inversión inicial alta y un operador cualificado, pero ahorra costos laborales y tiempo. Se utiliza en todas las industrias modernas debido a la alta tasa de producción requerida.
Mecanizado de precisión
El mecanizado de precisión es un uso avanzado del mecanizado CNC donde las piezas se crean con un alto grado de exactitud. Utiliza los diversos métodos de mecanizado mencionados anteriormente, con los más altos estándares de calidad en la herramienta de corte, herramientas y otras áreas. Generalmente se requiere en áreas donde se necesita consistencia a escala micro o nano, como electrónica, aeroespacial, militar, médica u otras industrias similares.
¿Cuáles son las diferentes herramientas de mecanizado?
Las herramientas de mecanizado utilizadas en un proceso dependen del método de mecanizado que se esté empleando. Algunas de las herramientas de mecanizado más comunes son:
Herramientas de torneado
Existen muchos tipos diferentes de herramientas de torneado, como:
Gubia de cuencoGubia de husilloGubia de desbasteCuchilla de escuadra ovaladaRaspador de punta redondaHerramienta de separaciónHerramienta de vaciadoHerramienta de ranurado
Herramientas de fresado:
Las diversas herramientas involucradas en las operaciones de fresado son:
Fresadora de caraFresadora de extremoHerramienta de corte de bolaFresadora de losaCortador de cara y lateralCortador voladorFresadora huecaFresadora con carcasaCortador de cola de milanoFresadora de acabado gruesoCortador Woodruff
Herramientas de rectificado:
Existen muchos tipos diferentes de herramientas de rectificado, como:
Rectificadora de bandaRectificadora de bancoRectificadora de superficieRectificadora de herramientas y cortadoresJig grinderRectificadora de engranajesRectificadora centralRectificadora de matricesAlicate de ángulo
Herramientas de perforación:
Existen muchos tipos diferentes de herramientas de perforación, como:
Taladro manualTaladro manual con bielaTaladro eléctrico estándarTaladro percutorTaladro de banco
En cada taladro, existe la opción de usar diferentes puntas dependiendo del requerimiento. Algunas opciones comunes de puntas son:
Brocas de espiralBrocas para mamposteríaBrocas para espigasBrocas planasAgujereadoras
Herramientas de escariado:
Aunque el escariado es una tarea sencilla, puede usar varias herramientas para personalización. Algunas herramientas comunes de escariado son:
Cabezas de escariado gruesoCabezas de escariado finoCabezas de escariado dobleCabezas de escariado digitalCabezas de escariado especializadasHerramientas de escariado modulares
¿Cuáles son las ventajas del mecanizado?
Las técnicas de mecanizado se han utilizado durante tanto tiempo debido a los innumerables beneficios que ofrecen en comparación con otros procesos de fabricación, como la fabricación aditiva. Algunos de los beneficios de las técnicas de mecanizado son:
Proceso versátil: La mecanización es un proceso altamente versátil en cuanto al número de materiales con los que puede trabajar. Mientras que los métodos de fabricación aditiva generalmente solo funcionan con plásticos, la mecanización no está limitada a ningún caso así. Puede trabajar tanto con metales como con no metales, como veremos en la sección posterior sobre la aplicación de materiales en las operaciones de mecanizado. Precisión: mecanizado CNC ofrece una precisión que no puede ser igualada por ningún otro método. Es fácil alcanzar tolerancias de mecanizado de aproximadamente 0,001″. Incluso se pueden lograr tolerancias más bajas utilizando herramientas especializadas de mecanizado de precisión. Acabado de Superficie: Las operaciones de mecanizado ofrecen múltiples opciones en lo que respecta al acabado de superficie. Además, el proceso de mecanizado es bastante suave, lo que puede eliminar la necesidad de etapas secundarias de acabado posteriores, ahorrando tiempo y costes. Mecanizado de Alta Densidad: Muchas situaciones, especialmente en la industria aeroespacial y de defensa, requieren piezas hechas con los materiales más duros. Estos materiales son difíciles de moldear con otros métodos de fabricación. Sin embargo, el mecanizado puede trabajar con estos materiales de alta densidad con facilidad. Ahorro de Mano de Obra: El proceso de fabricación por mecanizado en la actualidad está automatizado y controlado por ordenadores. No es necesario manipular manualmente las herramientas. Esto ahorra mano de obra en gran medida y los recursos humanos pueden ser destinados a aplicaciones intelectuales de alta prioridad. Tasa de Producción: El mecanizado puede ofrecer una alta tasa de producción, adecuada para la fabricación en masa. La tasa puede ajustarse y se pueden obtener cantidades menores a partir de las operaciones de mecanizado para casos de uso como prototipado o fabricación de herramientas. Consistencia: Las operaciones de mecanizado tienen una alta repetibilidad y consistencia. Esto se debe a que las herramientas están controladas por un ordenador, por lo que el movimiento y funcionamiento de las herramientas serán iguales sin errores humanos involucrados. Esto es muy beneficioso para la producción en masa, donde los clientes buscan productos consistentes. Mayores Beneficios: Debido a la producción exponencialmente más rápida y a los menores costes laborales, los fabricantes pueden obtener mayores beneficios del proceso de fabricación. Las operaciones de mecanizado también requieren menos infraestructura, lo que conduce a gastos menores.
¿Cuáles son las desventajas del mecanizado?
Mientras que el mecanizado es el pilar fundamental de la fabricación moderna, puede haber algunas desventajas en el proceso, como:
Limitación en la superficie mecanizable: Existe una limitación en el número de superficies que se pueden mecanizar en una pieza de trabajo. La zona bajo las mordazas y el lado que toca la mesa de trabajo a menudo no son accesibles con la herramienta de corte rotatoria. Para mecanizar estas superficies, el operador necesita desmontar la pieza, cambiar su orientación y volver a montarla. Habilidad del operador: Aunque la mano de obra en el mecanizado está muy reducida, se da mayor énfasis a la habilidad del operador. Un operador no cualificado puede provocar una producción de baja calidad, daños en la pieza o incluso daños en la máquina. Además, el mecanizado de productos complejos también requiere un equipo de programación cualificado. Costo inicial: El costo inicial de los equipos de mecanizado industrial puede ser muy alto. Las fresadoras multieje son ideales para la producción rápida de piezas complejas, pero el alto coste de estas máquinas disuade a los fabricantes de adquirirlas.
Estas desventajas del mecanizado se pueden evitar fácilmente externalizando los requisitos de mecanizado a un fabricante externo. XTJ es la mejor solución en este sentido, con el equipo más avanzado y un equipo altamente experimentado.
¿Qué materiales se pueden mecanizar?
No hay límite en cuanto a los materiales que pueden someterse a procesos de mecanizado. Algunas de las opciones más populares son:
Aluminio
El bajo peso y la alta resistencia del aluminio lo convierten en un material atractivo para muchos fabricantes. Por eso es uno de los tipos de materiales de mecanizado más comunes. El mecanizado se realiza en todos los grados de aluminio como Aluminio 6061, 7075, 6082, 5083, etc.
Acero
El acero, una aleación de hierro y carbono, es un material muy versátil y resistente. Existen muchas variedades diferentes de acero obtenidas tras modificar la cantidad de carbono en la composición. Todas estas variaciones de acero son mecanizables. Algunos ejemplos comunes son el acero inoxidable, el acero al carbono, el acero dulce, etc.
Latón
Aunque el latón es un material costoso, también se somete a mecanizado con mucha frecuencia. Algunas aplicaciones comunes del mecanizado de latón son en piezas de arte y escultura.
Titanio
El titanio es uno de los metales más duros que existen. El mecanizado de piezas de titanio se realiza cuando los requisitos exigen las características de alta resistencia y densidad del titanio.
Madera
Los talleres de máquinas de madera han sido comunes durante mucho tiempo. El mecanizado de madera se realiza habitualmente para la fabricación de muebles, tallado y muchas otras aplicaciones.
Plásticos
Los plásticos constituyen una amplia categoría en sí mismos. Todas las variedades de plásticos, incluyendo plásticos termoplásticos y termoestables, pueden someterse a mecanizado. El mecanizado de plásticos ofrece una mayor precisión que otros métodos como el moldeo por inyección o la impresión 3D.
Terminología de mecanizado
Debido a la naturaleza técnica del mecanizado, las personas en la industria deben estar al tanto de la terminología utilizada en los talleres de máquinas.
Existen muchos tipos diferentes de mecanizado, por lo que la lista completa de términos es bastante extensa. Aquí hay algunos términos de uso frecuente:
Adaptador: Adapta una herramienta de un tamaño particular a una máquina con requisitos de tamaño diferentes Tolerancia: Se usa para indicar la diferencia en las dimensiones de dos piezas que encajan Cubrecarro: La parte de una máquina (generalmente torno) que contiene y protege los engranajes, embragues y otros componentes Eje: La línea imaginaria que pasa por el centro de un objeto alrededor del cual puede girar. Se usa para indicar la capacidad de una máquina CNC (como una fresadora de 5 ejes) Rodamientos: Se usan entre partes móviles para reducir altamente la fricción Herramienta/Fresa: Parte hecha de titanio o acero endurecido utilizada para generar la acción de corte Viruta: Bordes y esquinas afiladas en la pieza final después del mecanizado Chaflán: Superficie curva cortada en los bordes o esquinas de una pieza de trabajo Refrigerante: Líquido lleno en una máquina CNC para reducir la acumulación de calor y aumentar la trabajabilidad Cabezal: Extremo fijo de una máquina CNC Configuración: Tareas realizadas antes de comenzar el mecanizado, como ajustar configuraciones y montar la pieza de trabajo Material de stock: Materiales utilizados para fabricar la pieza final
XTJ es un fabricante OEM líder dedicado a ofrecer soluciones de fabricación integral desde el prototipo hasta la producción. Estamos orgullosos de ser una empresa certificada con ISO 9001 en gestión de calidad del sistema y estamos decididos a crear valor en cada relación con el cliente. Lo logramos mediante la colaboración, la innovación, las mejoras en los procesos y una mano de obra excepcional.
