Mecanizado de Precisión de Agujeros: Servicios CNC para Aeroespacial y Automotriz

Publicado el 12 de agosto de 2019 | Por WayKen Project Manager

La fabricación de agujeros se subestima en gran medida porque la mayoría de los agujeros que hacemos tienen precisión trivial, poca profundidad y solo sirven para sujetar tornillos. Sin embargo, las industrias de alta tecnología modernas (especialmente aeroespacial y automotriz) acuden al mercado de servicios CNC con demandas para fabricar piezas con agujeros extremadamente precisos o profundos, o para que los agujeros tengan una posición muy precisa. Además de servicios avanzados de mecanizado CNC, tales demandas requieren técnicas específicas y planificación cuidadosa.

Problemas en el Procesamiento de Agujeros

El proceso de fabricación de agujeros es en realidad bastante complicado desde el punto de vista de la fabricación. La herramienta y el bloque pueden sobrecalentarse fácilmente porque es difícil aplicar refrigerantes dentro del agujero, el proceso no es visible para el maquinista, por lo que solo puede confiar en la información de la máquina herramienta y debe cortar "a ciegas", realizar mediciones es difícil, especialmente en agujeros de diámetros pequeños. Y esos son solo algunos problemas con la fabricación de agujeros. Por ello, para hacer agujeros precisos, los servicios CNC siempre desarrollan y mejoran estrategias de mecanizado, inventan nuevas herramientas y utillajes para cumplir los requisitos del cliente.

Taladrado Profundo (Deep Drilling)

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Bueno, el taladrado en sí es un proceso común y no hay nada interesante en taladrar agujeros cortos, pero cuanto más profundo el agujero, más difícil es mantener su eje recto mientras se taladra. Esto se debe a que una broca más larga es menos rígida mientras tiene dos filos de corte que no pueden hacerse de longitud idéntica. Así, la fuerza de corte de los lados de la broca es diferente y esta suele desviarse del eje recto y hace el agujero descentrado. Esto no es aceptable para piezas CNC de alta precisión.

Por eso se inventó el taladrado de cañón (gun drilling). Como su nombre sugiere, se usó primero para fabricar cañones largos, donde un agujero largo pero preciso es el requisito principal. No obstante, con el desarrollo de tecnologías de fabricación, otras industrias han adoptado el taladrado de cañón para sus propios propósitos. La principal diferencia con esta estrategia es la herramienta. Una broca de cañón tiene un solo filo de corte, por lo que no se desvía de su camino como lo hace una broca simple. Tiene una ranura de evacuación de viruta más grande que sirve también como canal de refrigeración. El refrigerante se bombea a través de la ranura a alta presión y elimina la viruta y enfría la broca mucho mejor. El inconveniente de este método es que esta broca no puede montarse en un centro de fresado CNC usual, requiere utillaje adicional.

Los talleres de mecanizado CNC usan brocas de cañón en los casos más extremos, pero mayormente intentan ceñirse a herramientas universales y por eso existen ciertas estrategias que permiten taladrar agujeros profundos con brocas simples. Primero, la longitud del agujero se divide en segmentos con profundidades alrededor de 3-4 diámetros del agujero. Cada vez que la broca llega al final de un segmento, se expulsa para dejar que el bloque y la herramienta se enfríen y para sacar todas las virutas del agujero.

Procesamiento de Agujeros de Alta Precisión

Para hacer un agujero preciso, el taladrado CNC usually se lleva a cabo con múltiples instrumentos, el primero siendo considerablemente más pequeño que el diámetro del agujero y aumentando con la siguiente herramienta. Eso se hace para disminuir la fuerza de corte y así la desviación del eje por la razón mencionada. Además, los métodos consecutivos a menudo difieren del taladrado simple:

Taladrado de núcleo (Core drilling) se realiza justo después del taladrado. Una broca de núcleo tiene tres filos de corte en lugar de uno, por lo que es más estable. Las brocas de núcleo suelen procesar una profundidad de corte de apenas 0,5 mm, pero su ventaja absoluta es la capacidad de corregir el eje.

Alesado (Reaming). Si su cliente exige un agujero con tolerancia hasta IT6 y un acabado superficial muy suave, toma un alesa (reamer) y hace su avance de mecanizado extremadamente bajo. Un alesa es una herramienta con muchos filos de corte largos situados a lo largo de los lados de la herramienta. Tiene filos frontales de corte pero son extremadamente pequeños, por lo que la profundidad de corte durante el alesado es de alrededor de 0,1-0,05 mm. Debido a eso y a la precisión extrema de los filos, el alesado producirá agujeros excelentes. Para agujeros más pequeños, el alesado se hace manualmente.

Bruñido (Honing) es un proceso abrasivo pero puede realizarse en una máquina herramienta CNC, aunque las máquinas de bruñido especiales son definitivamente mejores. Un bruñidor (hone) es básicamente un alesa con planchas abrasivas en lugar de filos de corte. Otra diferencia es que las planchas pueden ajustarse para el diámetro correcto. El bruñidor se inserta en el agujero y gira alrededor de su eje mientras las planchas muelen el material. Una vez expulsado el bruñidor, la dirección de giro se invierte. Como resultado, la superficie del agujero tiene micro-surcos entrecruzados, lo que hace la lubricación mucho más eficiente.

Estrategias de Roscado de Agujeros

Muchos agujeros requieren roscas, que se componen de superficies complejas y delgadas y son en realidad bastante difíciles de mecanizar. Hay varias estrategias para roscar, pero antes de eso, es absolutamente necesario realizar avellanado (countersinking) o escariado (counterboring). Esos dos procesos crean una ranura cónica o cilíndrica en la entrada del agujero. Permite que la herramienta de roscado entre correctamente y además ayuda con el ensamblaje de las piezas reales. Aquí hay algunas estrategias para roscar:

Roscado con macho (Tap drilling) usa una sola herramienta que recuerda a un tornillo pero tiene ranuras de evacuación de viruta y un área cónica larga en el frente para aumentar gradualmente la profundidad de corte. El avance de mecanizado durante el roscado con macho (y con cualquier rosca) es el mismo que el paso del tornillo. El macho se inserta lentamente en el agujero donde cada uno de sus filos helicoidales corta gradualmente un trozo de material para formar la rosca. Los agujeros pequeños se mecanizan manualmente, en cuyo caso el proceso recuerda atornillar un tornillo muy apretado. El macho debe expulsarse con gran cuidado de la misma forma que se insertó. Si olvida eso e intenta expulsar el macho sin desatornillar, puede romperlo y tendrá que sacarlo con Mecanizado por Descarga Eléctrica (EDM).

Fresado de roscas (Thread milling) da mejores resultados porque la temperatura del proceso es más baja y es mucho más fácil aplicar refrigerantes. Una fresa especial que es un 30-40% más pequeña que el diámetro del agujero se mueve en espiral a lo largo de la trayectoria de las ranuras de la broca y gira alrededor de su eje para corte eficiente. El diámetro mínimo del agujero depende del diámetro mínimo de la fresa.

Otra estrategia se llama mandrinado de roscas (thread boring). Es en realidad lo mismo que el torneado en cuanto a configuración de la pieza y movimientos principales, pero la herramienta está fabricada para copiar la forma de la ranura de la rosca. Así, se avanza con el paso del tornillo dentro del agujero de la pieza y corta las superficies helicoidales de la rosca. Es importante notar que el mandrinado es genial para agujeros grandes pero no puede procesar agujeros menores de 20 mm.

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