Mecanizado: Definición, Procesos, Herramientas y Tecnologías Clave

El mecanizado es un término de fabricación que abarca una amplia gama de tecnologías y técnicas. Se puede definir aproximadamente como el proceso de remover material de una pieza de trabajo usando herramientas de máquina accionadas por potencia para darle forma a un diseño previsto.

La mayoría de los componentes y piezas metálicas requieren alguna forma de mecanizado durante el proceso de fabricación. Otros materiales, como plásticos, cauchos y productos de papel, también se fabrican comúnmente a través de procesos de mecanizado. Aprendamos en detalle qué es el mecanizado, su proceso y las herramientas y tecnologías utilizadas para ello.

¿Qué es el mecanizado?

El mecanizado es un proceso de prototipado y fabricación que crea la forma final deseada removiendo material no deseado de una pieza de material más grande. En estos procesos, una pieza se construye removiendo material, este proceso también se conoce como manufactura sustractiva, en contraste con la manufactura aditiva, en la que se usa una adición controlada de material.

Exactamente lo que implica la parte «controlada» de la definición puede variar, pero generalmente implica el uso de herramientas de máquina.

El mecanizado es parte de la fabricación de muchos productos metálicos, pero también puede usarse en otros materiales como madera, plástico, cerámica y material compuesto. Una persona que se especializa en mecanizado se llama maquinista.

Una habitación, edificio o empresa donde se hace mecanizado se llama taller de mecanizado. Gran parte del mecanizado moderno se lleva a cabo por control numérico computarizado (CNC), en el que se usan computadoras para controlar el movimiento y operación de fresadoras, tornos y otras máquinas de corte. Esto aumenta la eficiencia, ya que la máquina CNC funciona sin operador, reduciendo así los costos de mano de obra para los talleres de mecanizado.

¿Cuáles son los diferentes tipos de mecanizado?

Los tres procesos principales de mecanizado se clasifican como torneado, taladrado y fresado. Otras operaciones que caen en categorías misceláneas incluyen brochado, cepillado, mandrinado, aserrado y ranurado. Son:

• Torneado– El torneado implica rotar la pieza de trabajo en una máquina, mientras que una herramienta de corte de un solo filo permanece estacionaria. La herramienta de corte se mueve lentamente paralela al eje de rotación de la pieza de trabajo, removiendo material a medida que avanza.
• Taladrado – El taladrado resulta en la creación de un agujero redondo al rotar una herramienta cilíndrica paralela al eje de rotación de la pieza de trabajo. El agujero creado es igual en diámetro a la herramienta que se usó.
• Fresado – El fresado es el proceso de remover material, usando cortadores rotativos, de una pieza de trabajo en un movimiento de avance perpendicular al eje de rotación de la herramienta de corte. Este es uno de los tipos de mecanizado más comunes usados hoy en día.
• Operaciones misceláneas son operaciones que estrictamente hablando pueden no ser operaciones de mecanizado en el sentido de que pueden no producir viruta, pero estas operaciones se realizan en una herramienta de máquina típica. El brunido es un ejemplo de una operación miscelánea. El brunido no produce viruta pero puede realizarse en un torno, fresadora o taladro.

¿Cómo funciona el mecanizado?

Una pieza de trabajo sin terminar que requiera mecanizado necesitará tener algo de material cortado para crear un producto terminado. Un producto terminado sería una pieza de trabajo que cumple con las especificaciones establecidas para esa pieza por dibujos de ingeniería o planos.

Por ejemplo, una pieza de trabajo puede requerir tener un diámetro exterior específico. Un torno es una herramienta de máquina que puede usarse para crear ese diámetro rotando una pieza de trabajo metálica para que una herramienta de corte pueda cortar metal, creando una superficie lisa y redonda que coincida con el diámetro y acabado superficial requeridos.

Un taladro puede usarse para remover el metal en forma de un agujero cilíndrico. Otras herramientas que pueden usarse para varios tipos de remoción de metal son fresadoras, sierras y máquinas de rectificado. Muchas de estas mismas técnicas se usan en carpintería.

Técnicas de mecanizado más recientes y avanzadas incluyen mecanizado CNC de precisión, mecanizado por descarga eléctrica (EDM), mecanizado electroquímico (ECM), corte por láser o corte por chorro de agua para dar forma a piezas de trabajo metálicas.

En el desarrollo moderno de productos, el mecanizado se hace más a menudo usando una máquina CNC, que significa Control Numérico Computarizado. En esencia, la máquina usa software de computadora para tomar modelos de diseño CAD y trazar trayectorias de herramientas, convirtiendo los diseños en piezas mecanizadas 3D. La CNC puede crear piezas de una amplia variedad de materiales, en diversos tipos de acabados, con tolerancias creadas al 0.001" más cercano desde material sólido.

A diferencia del prototipado rápido, las piezas se mecanizan usando materiales reales que reflejan la densidad, acabado y porosidad del diseño terminado. Las piezas mecanizadas pueden usarse para pruebas representativas, modelos que incluyen componentes deslizantes donde la fricción es un factor, y para componentes sellados que requieren anillos O y superficies de junta.

Ahora que sabemos qué es el mecanizado y cómo se hace, sabemos que el mecanizado se hace con herramientas de mecanizado, así que aprendamos sobre diferentes herramientas de mecanizado y sus usos.

¿Qué es una herramienta de mecanizado?

Una herramienta de máquina es una máquina para manejar o mecanizar metal u otros materiales rígidos, usualmente por corte, mandrinado, rectificado, cizallamiento u otras formas de deformación. Las herramientas de máquina emplean algún tipo de herramienta que hace el corte o conformado.

Todas las herramientas de máquina tienen algún medio para constreñir la pieza de trabajo y proporcionan un movimiento guiado de las partes de la máquina. Así, el movimiento relativo entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte (que se llama trayectoria de herramienta) es controlado o constreñido por la máquina al menos en cierta medida, en lugar de ser completamente «a mano libre» o «a mano alzada».

Es una máquina de corte de metal accionada por potencia que asiste en gestionar el movimiento relativo necesario entre la herramienta de corte y el trabajo que cambia el tamaño y forma del material del trabajo.

La definición precisa del término herramienta de máquina varía entre usuarios, como se discute a continuación. Mientras que todas las herramientas de máquina son «máquinas que ayudan a la gente a hacer cosas», no todas las máquinas de fábrica son herramientas de máquina.

Hoy en día, las herramientas de máquina se alimentan típicamente de otra manera que no sea por músculo humano (p. ej., eléctricamente, hidráulicamente o mediante eje de línea), usadas para hacer partes manufacturadas (componentes) de varias maneras que incluyen corte u otros ciertos tipos de deformación. Con su precisión inherente, las herramientas de máquina permitieron la producción económica de piezas intercambiables.

Diferentes tipos de herramientas y tecnologías de mecanizado

Tipos de herramientas de mecanizado

Hay muchos tipos de herramientas de mecanizado, y pueden usarse solas o en conjunto con otras herramientas en varios pasos del proceso de fabricación para lograr la geometría de pieza prevista. Las categorías principales de herramientas de mecanizado son:

• Herramientas de mandrinado: Típicamente usadas como equipo de acabado para agrandar agujeros previamente cortados en el material.
• Herramientas de corte: Dispositivos como sierras y cizallas son ejemplos típicos de implementos de corte. A menudo se usan para cortar material con dimensiones predeterminadas, como chapa metálica, en una forma deseada.
• Herramientas de taladrado: Esta categoría consiste en dispositivos rotativos de dos filos que crean agujeros redondos paralelos al eje de rotación.
• Herramientas de rectificado: Estos instrumentos aplican una rueda rotativa para lograr un acabado fino o para hacer cortes ligeros en una pieza de trabajo.
• Herramientas de fresado: Una herramienta de fresado emplea una superficie de corte rotativa con varias cuchillas para crear agujeros no circulares o cortar diseños únicos del material.
• Herramientas de torneado: Estas herramientas rotan una pieza de trabajo en su eje mientras una herramienta de corte le da forma. Los tornos son el tipo más común de equipo de torneado.

Tipos de tecnologías de mecanizado por combustión (Burning)

Las herramientas de máquina de soldadura y combustión usan calor para dar forma a una pieza de trabajo. Los tipos más comunes de tecnologías de mecanizado por soldadura y combustión incluyen:

• Corte por láser: Una máquina láser emite un haz estrecho de luz de alta energía que efectivamente funde, vaporiza o quema material. Los láseres CO2 y Nd:YAG son los tipos más comunes usados en mecanizado. El proceso de corte por láser es adecuado para dar forma a acero o grabar patrones en una pieza de material. Sus beneficios incluyen acabados superficiales de alta calidad y precisión de corte extrema.
• Corte oxi-combustible: También conocido como corte por gas, este método de mecanizado emplea una mezcla de gases combustibles y oxígeno para fundir y cortar material. Acetileno, gasolina, hidrógeno y propano frecuentemente sirven como medios de gas debido a su alta inflamabilidad. Los beneficios de este método incluyen alta portabilidad, baja dependencia de fuentes de energía primarias y la capacidad de cortar materiales gruesos o duros, como grados de acero resistentes.
• Corte por plasma: Las antorchas de plasma disparan un arco eléctrico para transformar gas inerte en plasma. Este plasma alcanza temperaturas extremadamente elevadas y se aplica a la pieza de trabajo a alta velocidad para fundir material no deseado. El proceso se usa a menudo en metales eléctricamente conductivos que requieren un ancho de corte preciso y tiempo mínimo de preparación.

Tipos de tecnologías de mecanizado por erosión

Mientras que las herramientas de combustión aplican calor para fundir exceso de material, los dispositivos de mecanizado por erosión usan agua o electricidad para erosionar material de la pieza de trabajo. Los dos tipos principales de tecnologías de mecanizado por erosión son:

• Corte por chorro de agua: Este proceso usa un chorro de agua a alta presión para cortar a través del material. Polvo abrasivo puede añadirse al chorro de agua para facilitar la erosión. El corte por chorro de agua se usa típicamente en materiales que pueden sufrir daño o deformación por una zona afectada por calor.
• Mecanizado por descarga eléctrica (EDM): También conocido como mecanizado por chispa, este proceso usa descargas de arco eléctrico para crear micro-cráteres que rápidamente resultan en cortes completos. EDM se usa en aplicaciones que requieren formas geométricas complejas en materiales duros y tolerancias cercanas. EDM requiere que el material base sea eléctricamente conductor, lo que limita su uso a aleaciones ferrosas.

Mecanizado CNC

El mecanizado de control numérico computarizado (mecanizado CNC) es una técnica asistida por computadora que puede usarse en conjunto con una amplia gama de equipo. Requiere software y programación, usualmente en lenguaje G-code, para guiar una herramienta de mecanizado en dar forma a la pieza de trabajo según parámetros preestablecidos.

A diferencia de los métodos guiados manualmente, el mecanizado CNC es un proceso automatizado. Algunos de sus beneficios incluyen:

• Altos ciclos de producción: Una vez que la máquina CNC ha sido codificada correctamente, usualmente necesita mantenimiento o tiempo de inactividad mínimo, permitiendo una tasa de producción más rápida.
• Costos de fabricación bajos: Debido a su velocidad de rotación y bajos requisitos de mano de obra manual, el mecanizado CNC puede ser un proceso rentable, particularmente para series de producción de alto volumen.
• Producción uniforme: El mecanizado CNC es típicamente preciso y produce un alto nivel de consistencia de diseño entre sus productos.

Mecanizado de precisión

Cualquier proceso de mecanizado que requiera tolerancias de corte inusualmente pequeñas (entre 0.013 mm y 0.0005 mm, como regla general) o acabados superficiales más finos que 32T puede considerarse una forma de mecanizado de precisión. Como el mecanizado CNC, el mecanizado de precisión puede aplicarse a una amplia cantidad de métodos y herramientas de fabricación.

Factores como rigidez, amortiguación y precisión geométrica pueden influir en la exactitud del corte de una herramienta de precisión. El control de movimiento y la capacidad de la máquina para responder a tasas de avance rápidas también son importantes en aplicaciones de mecanizado de precisión.

¿Cuáles son los beneficios del mecanizado?

Hay varias ventajas del mecanizado:

1. Fiabilidad

El proceso de mecanizado tiene lugar continuamente sin ninguna avería a pesar de la hora o día de la semana. Las virutas y las materias primas se convierten en productos terminados y se lanzan al mercado como herramientas de alta calidad. Las averías son muy mínimas ya que pueden ocurrir cuando se requiere mantenimiento o durante una reparación. Las máquinas trabajan de forma fiable; no importa si es un día laborable, fin de semana o festivo.

2. Requiere menos mano de obra humana

Debido al desarrollo de la tecnología, el mecanizado en industrias manufactureras está automatizado. El proceso es principalmente controlado por computadoras o robots que usualmente reducen los costos de producción eliminando la mano de obra humana. Durante la adición controlada de material, el proceso requiere supervisión y vigilancia mínimas para propósitos de mantenimiento.

3. Alta producción

El proceso produce alta productividad porque generalmente hacen una cantidad masiva de trabajo como taladrado, mejor acabado superficial, fresado y torneado en un período relativamente corto.

4. Productos idénticos

Los productos terminados, como los metales de corte, son homogéneos y tienen muy pocos o ningún error a pesar de la alta tasa de producción. Como resultado, los productos se vuelven comercializables debido a su calidad mejorada.

5. Aumenta ganancias y reduce esfuerzos

Otra gran razón por la que necesita mecanizar sus dispositivos metálicos es para ayudar a aumentar ganancias y reducir esfuerzos. Algunas personas pueden preguntarse, ¿cómo se relaciona el mecanizado con ganancias aumentadas? El hecho es que el mecanizado hace los dispositivos un poco caros, pero por otro lado, es muy beneficioso.

Con un metal que ha pasado por mecanizado, no solo reducirá el costo de producción, sino que también ahorrará mucho de su tiempo y esfuerzo. A pesar de esta ventaja, siempre es aconsejable si quiere comprar uno, asegurarse de verificar si la máquina es correcta y si está libre de errores mientras trabaja.

6. Eficiencia mejorada

El mecanizado es una de esas mejores formas que pueden ayudar a aumentar la eficiencia en sus metales. Al mecanizar los metales, siempre están equipados con detectores internos de aseguramiento de calidad. Esto trae mucha eficiencia en términos de aumentar la velocidad de producción de los metales y asegurar buen uso de las materias primas.

Más aún, el mecanizado siempre se considera una forma notable de asegurar estándares de alto nivel de trabajo en metal y fabricación de piezas. Además de mayor eficiencia, el mecanizado se considera una de las formas de reducir costos de gasto.

Esto se debe a su capacidad para reducir el costo de consumo; por lo tanto, reduciendo el desperdicio de dinero. En resumen, reduce el gasto; así, añadiendo a los beneficios de llevar a cabo el proceso de mecanizado.

7. Precisión aumentada

La mayoría de los metales que pasan por mecanizado se usan en industrias manufactureras. Esto incluye lugares que requieren procesos de torneado y fresado manuales. También pueden usarse en el sector de la salud, pero el punto que necesita notar aquí, todos estos sectores involucran mucha precisión.

En esto, se convierten en metales que han pasado por mecanizado debido a su nivel de precisión. Esta es una evidencia clara de cómo el mecanizado es esencial para asegurar mayor precisión en sus metales, lo que se traduce en precisión al completar sus tareas.