La mayoría de los productos manufacturados que vemos a nuestro alrededor se crean mediante procesos de mecanizado. Esto ha sido así durante siglos, y los distintos pasos que intervienen en el proceso han evolucionado drásticamente a lo largo del tiempo.
El mecanizado es un proceso de fabricación fundamental que se utiliza para dar forma a los materiales mediante la eliminación de cantidades controladas de material. Esta guía explica cómo funciona el mecanizado, los métodos de mecanizado más comunes, sus aplicaciones, las herramientas que se utilizan y cómo las tecnologías CNC modernas mejoran la precisión de la fabricación.
¿Qué es el Mecanizado?
El mecanizado es un proceso de fabricación que consiste en 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 máquinas herramienta como centros de mecanizado y funcionan eliminando material, a menudo se denominan procesos de fabricación sustractiva, a diferencia de la fabricación aditiva, que implica la adición controlada de material.
Los procesos de mecanizado pueden aplicarse a una gran variedad de materiales, como metales, plásticos, madera, vidrio y muchos más. Esta versatilidad les confiere aplicaciones en numerosas industrias.
Historia de los procesos de mecanizado
La historia de los procesos de mecanizado se remonta a varios siglos atrás. En el siglo XVIII, estos procesos se referían a la reparación de máquinas y equipos mediante técnicas laboriosas como el tallado de madera o el trabajo del metal mediante forja. Para ser precisos, existía el término «maquinistas», pero no el de «herramientas de mecanizado».
Las herramientas de mecanizado surgieron a mediados del siglo XX. Esto se debió al desarrollo de procesos de mecanizado como el taladrado, el torneado, el mandrinado, el fresado, el brochado, el cepillado, el aserrado, el escariado, el roscado, entre otros. Estos procesos se realizaban manualmente con herramientas como tornos sencillos, taladros, herramientas de corte o taladros de columna. Con el paso de los años, gracias a la aparición de las computadoras y diversas tecnologías, todos los procesos de mecanizado se integraron al Control Numérico Computarizado (CNC).
¿Cómo funciona el mecanizado?
El concepto de mecanizado consiste en partir de una pieza de material mayor que la requerida y, posteriormente, eliminarla mediante una herramienta de corte controlada. En la industria manufacturera moderna, las herramientas de mecanizado se controlan mediante tecnologías de control numérico computarizado (CNC) . Se trata de un proceso estructurado que comienza con el diseño conceptual de la forma deseada y continúa con la ejecución del diseño en las herramientas de mecanizado.
Etapas del proceso de mecanizado
El proceso de mecanizado de cualquier componente sigue estos pasos en este orden:
Creación de planos
En primer lugar, es importante crear una idea conceptual de la pieza requerida. Esto se logra mediante planos y dibujos técnicos de la pieza, donde se especifican las dimensiones previstas. Al definir las dimensiones, es fundamental tener en cuenta la maleabilidad de los materiales y su resistencia mecánica. Por ejemplo, una pared debe tener un espesor mínimo, ya que de lo contrario la pieza podría colapsar durante el proceso de mecanizado.
Creación de modelos CAD
Una vez que los planos de la pieza están listos, deben convertirse en un modelo 3D digital. Esto se realiza mediante software de diseño asistido por computadora (CAD). Esta es la labor de un programador. Las piezas más complejas requieren programas CAD más complejos.
Los modelos CAD se convierten a programas de fabricación asistida por ordenador (CAM). El programa CAM es el lenguaje que entiende la máquina CNC. Los programas CAD también pueden detectar problemas en el diseño que podrían provocar errores en el proceso de mecanizado.
Configuración de la máquina
El operario se encarga de la configuración de la máquina, que incluye el ajuste de las herramientas y el montaje de las piezas en la máquina CNC. La configuración puede variar según el tipo de proceso de mecanizado. También incluye la transferencia de las instrucciones CAD a la máquina.
Ejecución del programa
Una vez que la máquina está lista, el operario ejecuta el programa. La máquina se encarga entonces de dar forma a la pieza final. Esto puede hacerse de diversas maneras, según la máquina utilizada. Tras la ejecución, la pieza final está lista y el operario la desmonta. Según los requisitos, puede enviarse a procesos de mecanizado secundarios.
Aplicaciones del mecanizado
Las máquinas herramienta 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:
¿Cuáles son los diferentes tipos de procesos de mecanizado?
Existen muchos tipos de procesos y operaciones de mecanizado , cada uno con su propio propósito y diseño. A continuación, se presenta una breve descripción general de estos diferentes procesos de mecanizado:
Torneado
En el torneado, la pieza gira alrededor de un eje central mientras la herramienta de corte la va desbastando. Este método se utiliza para dar forma simétrica a una pieza. La herramienta de corte puede controlarse mediante ordenador. Algunas aplicaciones del proceso de torneado son:
Fresado
El fresado consiste en el movimiento de una superficie de corte giratoria contra la pieza de trabajo para crear diferentes formas de planos. Estas formas de corte pueden variar desde simples cortes rectos hasta superficies angulares e inclinadas para fines específicos. Existen diversas herramientas de fresado para lograrlo, como fresas de bancada, de columna, de pórtico, de bastidor en C, de rodilla, de torreta, de ariete, entre otras. Algunas aplicaciones de las herramientas de fresado son:
Trío
Las herramientas de perforación son uno de los tipos más sencillos de maquinaria. Su función es desplazarse alrededor de la pieza de trabajo y crear agujeros mediante taladros. Estos agujeros se realizan para insertar tornillos, para el ensamblaje secundario o simplemente por motivos estéticos. Las aplicaciones de la perforación son:
Aburrido
Las herramientas de mandrinado agrandan los orificios previamente perforados en la pieza de trabajo. Esto se realiza con una herramienta de corte de un solo punto o con un conjunto de herramientas similares. En cierto modo, el mandrinado es similar al torneado, con la principal diferencia de que el mandrinado trabaja sobre el diámetro interno, mientras que las herramientas de torneado trabajan sobre el diámetro externo. Se pueden observar aplicaciones comunes de este proceso en cañones de armas de fuego o cilindros de motores. Las aplicaciones del mandrinado son:
Escariado
El escariado es un proceso para ensanchar ligeramente el diámetro de un orificio perforado y añadirle un acabado superficial interno. Este proceso se utiliza cuando se requiere un orificio con un diámetro o acabado superficial muy preciso, algo que las herramientas de perforación no pueden proporcionar. El proceso habitual para crear un orificio preciso mediante escariado consiste en perforar un orificio de menor diámetro y luego utilizar el escariado para ensancharlo hasta alcanzar el ancho y acabado precisos. Las aplicaciones del escariado son:
Trituración
El rectificado se realiza para eliminar una pequeña cantidad de material no deseado de una pieza de trabajo, con el fin de obtener un acabado liso y garantizar dimensiones de alta precisión. Este proceso utiliza una superficie abrasiva llamada muela abrasiva como herramienta de corte. Existen muchos tipos de herramientas de rectificado, incluyendo opciones manuales y computarizadas. Las herramientas de rectificado más comunes son las amoladoras angulares, las amoladoras de troqueles y las amoladoras de banco. Las aplicaciones del rectificado son:
Cepillado
El cepillado es el proceso de generar superficies planas en una pieza de trabajo, realizado con una máquina llamada cepilladora. Las cepilladoras utilizan el movimiento relativo entre una herramienta de corte de un solo punto y la pieza de trabajo para generar la acción de corte. Además del cepillado lineal, también se pueden utilizar para aplicaciones de cepillado helicoidal. Las aplicaciones del cepillado incluyen:
Aserradura
El aserrado es uno de los procesos de mecanizado más antiguos. Utiliza una hoja afilada (a veces reemplazada por un alambre o una cadena) con bordes dentados. Se usa con mayor frecuencia en la carpintería, pero también tiene algunas aplicaciones en la metalurgia y el corte de piedra. Algunos de los usos del aserrado son:
brochado
En el brochado, la eliminación del material no deseado se realiza mediante una herramienta de corte dentada. Esta herramienta se denomina «brocha». El brochado se puede realizar de dos maneras: lineal y rotativa, siendo el método lineal el más común. Este proceso es ideal para el mecanizado de precisión de formas complejas. Algunas aplicaciones comunes del brochado son:
Técnicas de mecanizado por quemado
El proceso de mecanizado por combustión utiliza una temperatura elevada para eliminar material, en lugar de una herramienta de corte afilada como 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 técnica de combustión utilizada. Existen tres métodos comunes de mecanizado por combustión:
Corte por láser
En el corte por láser, la eliminación de material se produce mediante un haz de luz altamente focalizado. Se utiliza para cortar materiales de cualquier forma. El proceso funciona tanto en metales como en no metales. Es uno de los métodos de corte más precisos que existen. Algunas aplicaciones del corte por láser son:
El 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:
Corte con oxicorte
El corte por oxicorte, también conocido como corte por gas, 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 mediante fusión. No es tan preciso como el corte por láser o plasma. Sin embargo, el equipo es muy portátil. Las aplicaciones de este proceso son:
Técnicas de mecanizado por erosión
Las técnicas de mecanizado por erosión eliminan material convirtiéndolo en partículas que luego son removidas por dichas técnicas. Al igual que en el caso de las técnicas de mecanizado por combustión, existen múltiples maneras 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 del agua a alta presión para realizar el corte. Funciona con todo tipo de materiales, como metales, madera, piedra, cerámica, plásticos, papel, caucho y muchos más. Las formas pueden ser complejas y elaboradas, dependiendo del número de ejes de la máquina. Algunas de las aplicaciones de este proceso son:
Corte por electroerosión
EDM son las siglas de mecanizado por descarga eléctrica, también conocido como electroerosión, mecanizado por chispa, corte por hilo o penetración de matriz. Este proceso se utiliza en la industria metalúrgica, ya que solo funciona con materiales conductores de electricidad. En este método, la eliminación de material se produce mediante chispas rápidas (descargas debidas a un arco eléctrico) generadas por un alto voltaje. Las aplicaciones de este método son:
Mecanizado CNC
El mecanizado CNC no es un método de mecanizado en sí mismo, sino una tecnología que se aplica a otros métodos. Sus siglas significan Control Numérico por Computadora y permiten el control automatizado de una máquina. Requiere una inversión inicial elevada y un operario cualificado, pero ahorra tiempo y costes laborales. Se utiliza en todas las industrias modernas debido a la alta tasa de producción que se exige.
Maquinado de Precision
El mecanizado de precisión es una evolución del mecanizado CNC que permite crear piezas con un alto grado de exactitud. Utiliza los diversos métodos de mecanizado mencionados anteriormente, con los más altos estándares de calidad en las herramientas de corte, el utillaje y otros componentes. Suele ser necesario en sectores donde se requiere consistencia a micro o nanoescala, como la electrónica, la industria aeroespacial, la militar, la médica y otras industrias similares.
¿Cuáles son las diferentes herramientas de mecanizado?
Las herramientas de mecanizado utilizadas en un proceso dependen del método de mecanizado empleado. Algunas de las herramientas de mecanizado más comunes son:
Herramientas de torneado
Existen muchos tipos diferentes de herramientas de torneado, como por ejemplo:
Herramientas de fresado
Las distintas herramientas que se utilizan en las operaciones de fresado son:
Herramientas de molienda
Existen muchos tipos diferentes de herramientas de esmerilado, como por ejemplo:
Herramientas de perforación
Existen muchos tipos diferentes de herramientas de perforación, como por ejemplo:
En cada taladro, existe la opción de utilizar diferentes puntas según las necesidades. Algunas opciones de puntas comunes son:
herramientas aburridas
Aunque aburrir es una tarea sencilla, se pueden utilizar diversas herramientas para personalizarla. Algunas herramientas comunes para aburrir son:
¿Cuáles son las ventajas del mecanizado?
Las técnicas de mecanizado se han utilizado durante tanto tiempo debido a las innumerables ventajas que ofrecen frente a cualquier otro proceso de fabricación, como la fabricación aditiva. Algunas de las ventajas de las técnicas de mecanizado son:
- Proceso versátil: El mecanizado es un proceso muy versátil en cuanto a la cantidad de materiales con los que puede trabajar. Si bien los métodos de fabricación aditiva generalmente solo funcionan con plásticos, el mecanizado no se limita a este caso. Puede trabajar tanto con metales como con materiales no metálicos, como veremos más adelante en la sección sobre la aplicación de las operaciones de mecanizado a diferentes materiales.
- Precisión: El mecanizado CNC proporciona una precisión que no puede ser igualada por ningún otro método. Es fácil de lograr. tolerancias de mecanizado de aproximadamente 0.001″. Es posible lograr tolerancias aún menores utilizando herramientas especiales de mecanizado de precisión.
- Acabado de superficie: Las operaciones de mecanizado ofrecen múltiples opciones en lo que respecta al acabado superficial. Además, el proceso de mecanizado es bastante sencillo, lo que elimina la necesidad de etapas de acabado secundarias posteriores, ahorrando tiempo y costes.
- Mecanizado de alta densidad: En muchas situaciones, especialmente en la industria aeroespacial y de defensa, se requieren piezas fabricadas con los materiales más resistentes que existen. Estos materiales son difíciles de moldear con otros métodos de fabricación. Sin embargo, el mecanizado permite trabajar con facilidad con estos materiales de alta densidad.
- Ahorro de mano de obra: En la actualidad, el proceso de mecanizado está automatizado y controlado por ordenadores. Ya no es necesario el manejo manual de las herramientas. Esto ahorra mucha mano de obra y permite destinar los recursos humanos a aplicaciones intelectuales de alta prioridad.
- Tasa de producción: El mecanizado permite una alta tasa de producción, ideal para la fabricación en masa. Esta tasa puede ajustarse y, para aplicaciones como la creación de prototipos o la fabricación de herramientas, se pueden obtener cantidades menores de material.
- Consistencia: Las operaciones de mecanizado presentan una alta repetibilidad y consistencia. Esto se debe a que las herramientas están controladas por ordenador, lo que garantiza que su movimiento y funcionamiento sean idénticos, sin errores humanos. Esto resulta muy beneficioso para la producción en masa, donde los clientes buscan productos uniformes.
- Beneficios más altos: Gracias a la producción exponencialmente más rápida y a la reducción de los costes laborales, los fabricantes pueden obtener mayores beneficios del proceso de fabricación. Además, las operaciones de mecanizado requieren menos infraestructura, lo que se traduce en menores gastos.
¿Cuáles son las desventajas del mecanizado?
Si bien el mecanizado es el pilar fundamental de la fabricación moderna, el proceso puede presentar algunas desventajas, tales como:
- Limitación de la superficie mecanizable: Existe una limitación en cuanto al número de superficies que se pueden mecanizar en una pieza. El área bajo las abrazaderas y el lado que toca la mesa de trabajo a menudo no son accesibles para la herramienta de corte giratoria. Para mecanizar estas superficies, el operario debe desmontar la pieza, cambiar su orientación y volver a montarla.
- Habilidad del operador: Si bien la mano de obra en el mecanizado se reduce considerablemente, se hace mayor hincapié en la habilidad del operario. Un operario sin experiencia 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 coste inicial de las máquinas de mecanizado industrial puede ser muy elevado. Las fresadoras multieje son excelentes para la producción rápida de piezas complejas, pero su alto coste disuade a los fabricantes de adquirirlas.
Estas desventajas del mecanizado pueden evitarse fácilmente subcontratando los requisitos de mecanizado a un fabricante externo. 3ERP es la mejor solución en este sentido, ya que cuenta con el equipo más avanzado y un equipo altamente experimentado.
¿Qué materiales se pueden mecanizar?
No hay límites en cuanto a los materiales que pueden someterse a procesos de mecanizado. Algunas de las opciones más populares son:
Aluminio:
Su bajo peso y alta resistencia hacen del aluminio un material atractivo para muchos fabricantes. Por ello, es uno de los materiales más utilizados en el mecanizado. Se pueden mecanizar todas las aleaciones de aluminio, como las 6061, 7075, 6082, 5083, etc.
Acero
El acero, una aleación de hierro y carbono, es un material muy versátil y resistente. Existen muchas variedades de acero que se obtienen al modificar la cantidad de carbono en su composición. Todas estas variantes de acero son mecanizables. Algunos ejemplos comunes son el acero inoxidable, el acero al carbono, el acero dulce, etc.
Latón
Si bien el latón es un material costoso, también se somete a procesos de mecanizado con mucha frecuencia. Algunas aplicaciones comunes del mecanizado del latón se encuentran en piezas de arte y escultura.
Titanium
El titanio es uno de los metales más duros que existen. El mecanizado de piezas de titanio se realiza cuando se requieren las características de alta resistencia y densidad de este material.
Madera
Los talleres de mecanizado de madera existen desde hace mucho tiempo. El mecanizado de la madera se realiza habitualmente para la fabricación de muebles, el tallado y muchas otras aplicaciones.
Plásticos
Los plásticos constituyen una amplia categoría. Todas las variedades de plásticos, incluidos los termoplásticos y los termoestables, pueden mecanizarse. 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, quienes trabajan en la industria deben conocer la terminología utilizada en los talleres . Existen muchos tipos diferentes de mecanizado, por lo que la lista completa de términos es bastante extensa. A continuación, se presentan algunos términos de uso común:
- Adaptador: Adapta una herramienta de un tamaño particular a una máquina de diferente tamaño.
- Tolerancia: Se utiliza para indicar la diferencia en las medidas de dos piezas que se acoplan.
- Delantal: La parte de una máquina (generalmente un torno) que contiene y protege los engranajes, embragues y otros componentes.
- Eje: Línea imaginaria que pasa por el centro de un objeto y alrededor de la cual puede girar. Se utiliza para indicar la capacidad de una máquina CNC (como una fresadora de 5 ejes).
- Cojinetes: Se utilizan entre piezas móviles para reducir considerablemente la fricción.
- Herramienta/broca: Pieza fabricada de titanio o acero endurecido que se utiliza para generar la acción de corte.
- Rebabas: 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 que se introduce en una máquina CNC para reducir la acumulación de calor y aumentar la facilidad de trabajo.
- Cabezal: Extremo fijo de una máquina CNC
- Preparación: Tareas que se realizan antes de comenzar el mecanizado, como ajustar la configuración y montar la pieza de trabajo.
- Stock: Materiales utilizados para fabricar la pieza final.
¿Cuál es el costo promedio del mecanizado?
El rango de precios del mecanizado es muy amplio. El costo de la máquina en sí puede oscilar entre unos pocos miles de dólares y más de 500 000 dólares. El costo por hora depende de si se utiliza una máquina multieje o no. Por ejemplo, las máquinas de 3 ejes pueden costar 40 dólares por hora, mientras que este costo puede llegar hasta los 120 dólares por hora para las máquinas multieje.
Requisitos de habilidad para el mecanizado de alta calidad
Un proyecto de mecanizado de alta calidad puede requerir habilidades como:
Preguntas frecuentes
El nivel de dificultad del mecanizado depende de la complejidad de la pieza fabricada y de la habilidad del equipo. Un equipo altamente capacitado puede mecanizar una pieza compleja con facilidad, mientras que un equipo sin experiencia podría tener dificultades incluso para mecanizar piezas sencillas.
El taladrado y el rectificado son algunos de los procesos de mecanizado más comunes, utilizados en casi todas las industrias y en combinación con cualquier otro proceso de mecanizado.
La fabricación es un campo muy amplio que abarca procesos aditivos y sustractivos. Sin embargo, el mecanizado solo incluye procesos de fabricación sustractivos.
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