Dominando el Mandrinado: Técnicas de Precisión para Agujeros de Gran Diámetro

Durante la fabricación, los materiales deben pasar por una serie de procesos de corte que los modifican hasta que se produce el producto final. Algunas piezas pueden requerir agujeros en el material. Una técnica típica para poner estos agujeros en el material es el mecanizado por mandrinado (boring).

Aunque otras operaciones, como el taladrado, pueden crear agujeros en una pieza. El mandrinado CNC es el más adecuado para hacer agujeros de gran diámetro con alta precisión dimensional.

En este artículo, discutiremos extensamente el mecanizado por mandrinado y haremos comparaciones con procesos de corte industriales similares.

¿Qué es el Mandrinado en Fabricación?

El mandrinado es una técnica de fabricación sustractiva usada para agrandar un agujero pre-taladrado o fundido y mejorar su precisión dimensional. El proceso usa una herramienta de corte de un solo punto para remover material del interior de una pieza.

Dependiendo del tamaño de agujero requerido y especificaciones, el mandrinado es el método ideal para mecanizar agujeros de diferentes grados de precisión, diámetros y restricciones posicionales. De hecho, es más adecuado que el taladrado para crear agujeros de gran tamaño debido a su precisión mejorada.

El mecanizado por mandrinado CNC usa máquinas como tornos, mandrinadoras de plantilla (jig borers), fresadoras de mandrinado, etc. Estos dispositivos ocurren en diferentes formas; por ejemplo, hay máquinas de mandrinado verticales y horizontales.

Hay diferentes herramientas y máquinas de mandrinado capaces de otras aplicaciones. Sin embargo, todas las herramientas de mandrinado realizan tres operaciones básicas:

• Ampliar agujeros al tamaño y acabado precisos y exactos.
• Enderezar agujeros pre-taladrados o roscados y rectificar defectos de fundición.
• Hacer agujeros concéntricos con un diámetro exterior.

¿Cómo Funciona el Mecanizado por Mandrinado?

El proceso de mandrinado implica colocar cuidadosamente el cabezal de la máquina en el agujero ya taladrado o fundido. El dispositivo luego comienza a ampliar el agujero raspando lentamente porciones de la pared interior. Las herramientas de mandrinado son similares a las de los tornos usados en torneado y máquinas de fresado.

Cada máquina de mandrinado contiene las siguientes partes.

• Plato (Chuck): El abrazadera que sujeta firmemente el material en su lugar durante el mandrinado.
• Pieza (Workpiece): El material en el que se intenta mandrinar un agujero usando la máquina de mandrinado.
• Herramienta de mandrinado (Boring tool): La herramienta de corte que remueve (raspa) porciones de los agujeros, resultando en un agujero más expansivo y preciso.

¿Por Qué y Cuándo Necesita Mandrinar un Agujero?

Ya hemos mencionado que el taladrado, fresado y algunos otros procesos de fabricación pueden ser adecuados para fabricar agujeros en una pieza. Sin embargo, cuando la fabricación de agujeros grandes requiere alta precisión y tolerancias ajustadas, el mandrinado es la mejor técnica de mecanizado.

Algunas aplicaciones industriales del mandrinado CNC incluyen mandrinar agujeros en tornillos, fabricar cilindros de motor y muchos más.

También, las empresas manufactureras usan mecanizado por mandrinado para mandrinar agujeros en cojinetes, pasadores y otras sustancias que requieren componentes huecos.

Tipos de Máquinas de Mandrinado

Entremos en los tipos comunes de máquinas de mandrinado sin más preámbulos.

1. Máquinas de Mandrinado Horizontales

Estas máquinas son las más comunes y ampliamente usadas. Son habituales en muchos talleres que se especializan en reparaciones y fabricación a pequeña escala.

Los agujeros se amplían introduciendo cortadores de un solo punto horizontalmente en el agujero existente de la pieza. Además del mandrinado, estos dispositivos son adecuados para fresado, taladrado y escariado.

2. Máquina de Mandrinado de Mesa (Table Type Boring Machine)

Estas máquinas son tipos típicos de máquinas de mandrinado horizontales. Como su nombre sugiere, se colocan en la mesa donde se usan para realizar varias operaciones de mandrinado.

Estas máquinas mandrinan agujeros usando un husillo paralelo a la mesa de trabajo. Además del mandrinado, las máquinas se usan como dispositivos de fabricación de propósito general, especialmente en empresas más pequeñas.

3. Máquina de Mandrinado Vertical

Esta máquina usa una pieza de corte rotativa unida a una mesa horizontal; sin embargo, como el mandrinador se mueve en un movimiento hacia arriba y abajo, de ahí el nombre – máquina de mandrinado vertical.

El dispositivo es adecuado para agrandar agujeros pre-existentes en formato cilíndrico o cónico, dependiendo de los requisitos de la pieza. Los agujeros suelen ser concéntricos con el eje de los cortadores rotativos.

4. Máquina de Mandrinado de Precisión

Como todas las máquinas de mandrinado, estas usan una herramienta de corte de un solo punto para mandrinar agujeros en una pieza. Así, los agujeros se amplían a medida que el material se mueve paralelo a los cortadores rotativos.

Por lo tanto, las máquinas de mandrinado de precisión son ideales para crear agujeros internos grandes en una pieza con tolerancia ajustada y especificaciones de precisión extrema. Además de ampliar un agujero, son adecuadas para enderezar agujeros iniciales y corregir todo defecto previo, manteniendo alta precisión dimensional.

¿Cuáles Son los Desafíos de la Operación de Mandrinado?

En efecto, el mandrinado es una operación ideal para hacer agujeros precisos en un material. Sin embargo, como la mayoría de las técnicas de fabricación, los mecanizadores pueden experimentar algunos desafíos peculiares a este proceso. Echemos un vistazo rápido a algunos de ellos.

1. Desgaste o Daño de Herramienta

Durante el proceso de corte, partes del dispositivo de mandrinado experimentan fricción, resultando en desgaste y daño de la herramienta. Consecuentemente, puede disminuir la funcionalidad de la máquina – las especificaciones de precisión comenzarán a reducirse.

Además, los productos pueden requerir más tratamientos superficiales y operaciones de post-procesamiento.

2. Error de Mecanizado

En cuanto al mandrinado, el error de mecanizado involucra alteraciones dimensionales, incluyendo forma, ubicación de agujeros y acabado superficial del producto. Estos errores pueden ser resultado de uno de los siguientes:

• Parámetros inadecuados del proceso de mandrinado.
• Alta rigidez o plasticidad de la pieza.
• Una relación longitud/diámetro excesivamente alta de la barra de corte.
• Asignación irrazonable de ajuste de margen.
• Uso de cuchillas o cortadores inadecuados para el material de la pieza.

3. Acabado Superficial

Las piezas mandrinadas pueden experimentar malos acabados superficiales, como la presencia de líneas de corte o escamas. La velocidad de avance juega un papel crucial en el acabado superficial de las piezas mandrinadas. Típicamente, los fabricantes comienzan el mandrinado a una velocidad de avance de entre 0,1 a 0,2 mm por revolución.

4. Error de Medición

Este es quizás un desafío significativo para la mayoría de los procesos de fabricación. Usar herramientas de medición incorrectas o ingresar medidas incorrectas puede dañar el producto final del proceso de mandrinado.

Consejos Importantes para el Mecanizado por Mandrinado

Cada proceso de mecanizado requiere extrema precisión dimensional, incluyendo el mandrinado. De ahí la necesidad de optimizar cada aspecto del proceso de mecanizado. Dicho esto, a continuación se presentan pautas al mandrinar un agujero en una pieza para el mejor resultado usando esta técnica de mecanizado.

1. Consejos de Configuración de Máquina

• Asegúrese de revisar regularmente las máquinas de mandrinado por desgaste de herramienta y reemplazar cortadores defectuosos para garantizar la precisión del proceso y calidad del mandrinado.
• Antes del mecanizado, verifique que los sujetadores y platos que sujetan el material de la pieza sean confiables y estén bien anclados para evitar desviaciones durante el proceso de mandrinado.

• Asegúrese de que el proceso de mecanizado ocurra a una temperatura adecuada con lubricación adecuada para reducir la fricción y facilitar las operaciones de corte.
• Confirme y corrija la precisión de posicionamiento repetido del husillo y el balanceo dinámico sean ideales para especificaciones de mecanizado CNC.
• En la etapa de prueba, al mandrinar agujeros, verifique el valor de gravedad dinámica de voladizo de la barra de mandrinado y haga los ajustes necesarios para limitar la vibración y el corte centrífugo.

2. Tolerancias de Medición Precisas

• Con la ayuda de un calibrador, mida el diámetro del agujero taladrado o fundido, y calcule el margen de mecanizado reservado.
• Asigne el margen de mandrinado dependiendo de los requisitos de acabado – desbaste, medio y acabado fino. La mayoría de las industrias siguen estos: 0,5 mm para acabado de desbaste, 0,15 mm para acabado medio, etc.
• Asegúrese de que el margen de mandrinado no sea inferior a 0,05 mm para materiales con dificultades de mecanizado y piezas que requieren altos requisitos de precisión.

3. Consejos de Herramienta de Mandrinado

Después de configurar la barra de mandrinado, asegúrese de que el filo de corte de su máquina de mandrinado esté en posición. Esto implica asegurar que el plano superior del filo de la herramienta esté en el mismo plano horizontal que la dirección de avance de la cabeza de corte de la herramienta de mandrinado.

4. Consejos de Mandrinado de Prueba

Al mandrinar un agujero, deje un margen entre 0,3 y 0,5 mm en su herramienta de mandrinado. También, puede querer modificar el margen de un mandrinado de desbaste a no menos de 0,5 mm para que el producto final después del mandrinado cumpla con las especificaciones de tolerancia.

Comparando el Mandrinado con Otros Métodos de Mecanizado

Una serie de otros procesos de mecanizado comparten algunas similitudes con el mandrinado. Aquí, observamos las similitudes y diferencias entre el mandrinado y técnicas de mecanizado similares.

1. Mandrinado vs. Taladrado

El mandrinado y el taladrado son procesos estándar de fabricación sustractiva – ambos involucran remover partes de un material para crear agujeros. Sin embargo, hay diferencias distintas entre ambos métodos. Aquí hay algunas de las diferencias entre ellos.

• El taladrado implica crear agujeros en una pieza, mientras que el mandrinado agranda un agujero inicial. Por lo tanto, el taladrado ocurre antes del mandrinado durante la fabricación.
• A diferencia del taladrado, el producto final del proceso de mandrinado de precisión tiene un acabado superficial fino con precisión dimensional y exactitud de primer nivel.
• El mandrinado es principalmente para ampliar el agujero, y el taladrado aumenta la longitud del agujero en un material.
• En general, los agujeros taladrados son a menudo estrechos, y la remoción de virutas a veces es desafiante, requiriendo taladrado continuo. Con el mandrinado, los agujeros son lo suficientemente anchos para una fácil remoción de virutas.

2. Mandrinado vs. Torneado

Como el mandrinado y taladrado, el torneado también es un proceso sustractivo. El mandrinado usa una herramienta de corte única con cabeza puntiaguda para ampliar un agujero pre-existente en una pieza, mientras que el torneado implica usar una herramienta de corte estática, no rotativa, para remover piezas de material de su exterior.

La diferencia principal entre ambos procesos es que; mientras el torneado remueve material de la superficie externa, el mandrinado remueve las porciones internas de la pieza. A menudo, los fabricantes realizan operaciones de torneado usando una máquina llamada torno, que también es una herramienta estándar usada en mandrinado. Sin embargo, el mandrinado adopta otros dispositivos convencionales, asemejándose a una máquina de fresado.

3. Mandrinado vs. Escariado

Ambos son procesos de corte que involucran remover componentes internos de una pieza. Sin embargo, mientras el mandrinado usa una herramienta con una cabeza puntiaguda única, el escariado usa cortadores rotativos para raspar piezas del material. Otra similitud es que ambos procesos trabajan en un agujero ya taladrado o fundido.

Por lo tanto, la diferencia principal entre ellos está en el proceso de aplicación. Mientras el mandrinado esencialmente apunta a ampliar un agujero pre-existente, el escariado apunta a crear una pared interna fina y más suave para la pieza. Por lo tanto, el escariado remueve solo pequeños fragmentos del material, ya que solo apunta a crear paredes suaves.

Conclusión

Este artículo proporciona una visión detallada del mecanizado por mandrinado. Es un proceso confiable y rápido para ampliar agujeros fundidos o pre-taladrados en una pieza. Y como es un proceso CNC – es decir, controlado por computadora, está asegurado de su alta precisión y exactitud.

Es esencial saber que, como otros procesos de mecanizado CNC, hay algunos desafíos con el mecanizado de mandrinado. Así que le aconsejamos consultar el servicio y trabajar con expertos.

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Preguntas Frecuentes

¿Cuál es el Propósito del Mandrinado?

El propósito principal del mecanizado por mandrinado es ampliar o expandir el agujero en una pieza. El proceso no puede crear el agujero inicial; en su lugar, agranda el agujero con alta precisión. Es la técnica de fabricación preferida para producir agujeros de diámetros específicos en una pieza.

¿Dónde se Usa el Mecanizado por Mandrinado?

El mecanizado por mandrinado es una técnica de fabricación bastante común usada en la mayoría de las industrias manufactureras. Son la técnica preferida para mandrinar agujeros en ciertos materiales, como un cilindro de motor o un cañón de arma.

La técnica de mandrinado también se usa en construcción. Por ejemplo, una barra de mandrinado es una herramienta estándar usada en metalurgia y carpintería.

¿Cuáles son Ejemplos de Herramientas de Mandrinado?

Ya establecimos que el mandrinado es esencialmente ampliar un agujero pre-existente – para mandrinar agujeros en un material. El proceso de mecanizado usa un grupo de herramientas, que incluye las siguientes.

• Barras de mandrinado (Boring bars)
• Cabezas de mandrinado (Boring heads)
• Taladros de inicio (Starter drills)