La perforación es un proceso de corte en el que se hace girar una broca para cortar un orificio de sección transversal circular en materiales sólidos. La broca suele ser una herramienta de corte rotatoria , a menudo de múltiples puntas. La broca se presiona contra la pieza de trabajo y gira a velocidades de cientos a miles de revoluciones por minuto . Esto fuerza el borde de corte contra la pieza de trabajo, cortando virutas del orificio a medida que se perfora.
En la perforación de rocas , el agujero no suele hacerse mediante un movimiento de corte circular, aunque la broca suele girar. En su lugar, el agujero se suele hacer martillando una broca en el agujero con movimientos cortos y rápidos repetidos. La acción de martilleo se puede realizar desde fuera del agujero (perforación con martillo superior) o desde dentro del agujero ( perforación con martillo en fondo , DTH). Las perforadoras que se utilizan para la perforación horizontal se denominan perforadoras de deriva .
En casos excepcionales se utilizan brocas con formas especiales para cortar agujeros de sección transversal no circular; es posible realizar una sección transversal cuadrada . [1]
Los agujeros perforados se caracterizan por tener un borde afilado en el lado de entrada y la presencia de rebabas en el lado de salida (a menos que hayan sido eliminadas). Además, el interior del agujero suele tener marcas de avance helicoidales. [2]
La perforación puede afectar las propiedades mecánicas de la pieza de trabajo al crear tensiones residuales bajas alrededor de la abertura del orificio y una capa muy delgada de material altamente estresado y alterado en la superficie recién formada. Esto hace que la pieza de trabajo se vuelva más susceptible a la corrosión y la propagación de grietas en la superficie estresada. Se puede realizar una operación de acabado para evitar estas condiciones perjudiciales.
En el caso de las brocas acanaladas , las virutas se eliminan a través de las ranuras. Las virutas pueden formar espirales largas o pequeñas escamas, según el material y los parámetros del proceso. [2] El tipo de virutas formadas puede ser un indicador de la maquinabilidad del material; las virutas largas sugieren una buena maquinabilidad del material.
Siempre que sea posible, los orificios perforados deben ubicarse perpendicularmente a la superficie de la pieza de trabajo. Esto minimiza la tendencia de la broca a "caminar", es decir, a desviarse de la línea central prevista del orificio, lo que hace que el orificio quede mal ubicado. Cuanto mayor sea la relación longitud-diámetro de la broca, mayor será la tendencia a caminar. La tendencia a caminar también se evita de varias otras maneras, que incluyen:
El acabado superficial producido por perforación puede variar de 32 a 500 micropulgadas. Los cortes de acabado generarán superficies cercanas a las 32 micropulgadas, y el desbaste será cercano a las 500 micropulgadas.
El fluido de corte se utiliza habitualmente para enfriar la broca, aumentar la vida útil de la herramienta, aumentar las velocidades y los avances , mejorar el acabado de la superficie y ayudar a expulsar las virutas. La aplicación de estos fluidos se realiza habitualmente inundando la pieza de trabajo con refrigerante y lubricante o aplicando un rocío en aerosol. [2]
A la hora de decidir qué broca(s) utilizar, es importante tener en cuenta la tarea en cuestión y evaluar qué broca sería la más adecuada para realizarla. Hay una variedad de estilos de brocas, cada una de las cuales cumple una función diferente. La broca de pala es capaz de perforar más de un diámetro. La broca de pala se utiliza para perforar agujeros de mayor tamaño. La broca indexable es útil para controlar las virutas. [2]
El propósito de la perforación puntual es perforar un orificio que actuará como guía para perforar el orificio final. El orificio solo se perfora parcialmente en la pieza de trabajo porque solo se utiliza para guiar el comienzo del siguiente proceso de perforación.
La broca central es una herramienta de dos estrías que consta de una broca helicoidal con un avellanado de 60°; se utiliza para perforar agujeros centrales avellanados en una pieza de trabajo que se montará entre centros para tornear o rectificar.
La perforación de agujeros profundos se define como la perforación de un agujero cuya profundidad sea diez veces mayor que el diámetro del agujero. [3] Este tipo de agujeros requiere un equipo especial para mantener la rectitud y las tolerancias. Otras consideraciones son la redondez y el acabado de la superficie.
La perforación de agujeros profundos generalmente se puede lograr con algunos métodos de herramientas, generalmente perforación con pistola o perforación BTA. Estos se diferencian debido al método de entrada de refrigerante (interno o externo) y el método de eliminación de viruta (interno o externo). El uso de métodos como una herramienta giratoria y una pieza de trabajo contrarrotativa son técnicas comunes para lograr las tolerancias de rectitud requeridas. [4] Los métodos de herramientas secundarias incluyen trepanado, biselado y bruñido, perforación por tracción o perforación en botella. Finalmente, existe un nuevo tipo de tecnología de perforación disponible para enfrentar este problema: la perforación por vibración. Esta tecnología rompe las virutas mediante una pequeña vibración axial controlada de la broca. Las pequeñas virutas se eliminan fácilmente mediante las ranuras de la broca.
Se utiliza un sistema de monitoreo de alta tecnología para controlar la fuerza , el torque , las vibraciones y la emisión acústica. La vibración se considera un defecto importante en la perforación de pozos profundos que a menudo puede provocar la rotura de la broca. Por lo general, se utiliza un refrigerante especial para ayudar en este tipo de perforación.
La perforación con cañón se desarrolló originalmente para perforar cañones de armas y se utiliza comúnmente para perforar agujeros profundos de diámetro más pequeño. La relación profundidad-diámetro puede ser incluso mayor que 300:1. La característica clave de la perforación con cañón es que las brocas son autocentrantes; esto es lo que permite realizar agujeros tan profundos y precisos. Las brocas utilizan un movimiento rotatorio similar al de una broca helicoidal; sin embargo, las brocas están diseñadas con almohadillas de apoyo que se deslizan a lo largo de la superficie del agujero manteniendo la broca centrada. La perforación con cañón se realiza generalmente a altas velocidades y bajas velocidades de avance.
El trepanado se utiliza comúnmente para crear agujeros de mayor diámetro (hasta 915 mm (36,0 pulgadas)) donde una broca estándar no es factible o económica. El trepanado elimina el diámetro deseado cortando un disco sólido similar al funcionamiento de un compás de dibujo . El trepanado se realiza en productos planos como chapa metálica, granito ( piedra para curling ), placas o elementos estructurales como vigas en I. El trepanado también puede ser útil para hacer ranuras para insertar sellos , como juntas tóricas .
La microperforación se refiere a la perforación de orificios de menos de 0,5 mm (0,020 in). La perforación de orificios de este diámetro pequeño presenta mayores problemas, ya que no se pueden utilizar brocas alimentadas con refrigerante y se requieren altas velocidades de husillo. Las altas velocidades de husillo que superan las 10 000 RPM también requieren el uso de portaherramientas equilibrados.
Los primeros estudios sobre el taladrado por vibración comenzaron en los años 50 (Pr. V.N. Poduraev, Universidad Bauman de Moscú). El principio fundamental consiste en generar vibraciones axiales u oscilaciones además del movimiento de avance de la broca, de modo que las virutas se rompan y puedan ser retiradas fácilmente de la zona de corte.
Existen dos tecnologías principales de perforación por vibración: sistemas de vibración autosostenida y sistemas de vibración forzada. La mayoría de las tecnologías de perforación por vibración aún se encuentran en una etapa de investigación. En el caso de la perforación por vibración autosostenida, se utiliza la frecuencia propia de la herramienta para hacerla vibrar naturalmente mientras corta; las vibraciones son autosostenidas por un sistema de masa-resorte incluido en el portaherramientas. [5] Otros trabajos utilizan un sistema piezoeléctrico para generar y controlar las vibraciones. Estos sistemas permiten altas frecuencias de vibración (hasta 2 kHz) para pequeñas magnitudes (alrededor de unos pocos micrómetros); son particularmente adecuados para perforar agujeros pequeños. Finalmente, las vibraciones pueden generarse mediante sistemas mecánicos: [6] la frecuencia viene dada por la combinación de la velocidad de rotación y el número de oscilaciones por rotación (algunas oscilaciones por rotación), con una magnitud de aproximadamente 0,1 mm.
Esta última tecnología es totalmente industrial (ejemplo: tecnología SineHoling® de MITIS). La perforación por vibración es una solución preferida en situaciones como la perforación de pozos profundos, la perforación de apilado de materiales múltiples (aeronáutica) y la perforación en seco (sin lubricación). En general, proporciona una mayor confiabilidad y un mayor control de la operación de perforación.
La interpolación circular , también conocida como perforación orbital , es un proceso para crear agujeros utilizando cortadores de máquina.
La perforación orbital se basa en la rotación de una herramienta de corte sobre su propio eje y, al mismo tiempo, sobre un eje central que está desplazado respecto del eje de la herramienta de corte. La herramienta de corte puede entonces moverse simultáneamente en dirección axial para perforar o mecanizar un orificio, o combinarse con un movimiento lateral arbitrario para mecanizar una abertura o cavidad.
Al ajustar el desplazamiento, se puede utilizar una herramienta de corte de un diámetro específico para perforar orificios de diferentes diámetros, como se muestra en la ilustración. Esto implica que el inventario de herramientas de corte se puede reducir sustancialmente.
El término perforación orbital proviene del hecho de que la herramienta de corte “orbita” alrededor del centro del orificio. El desplazamiento dinámico forzado mecánicamente en la perforación orbital tiene varias ventajas en comparación con la perforación convencional que aumenta drásticamente la precisión del orificio. La menor fuerza de empuje da como resultado un orificio sin rebabas al perforar metales. Al perforar materiales compuestos, se elimina el problema de la delaminación . [7]
En condiciones normales de uso, las virutas se elevan y se alejan de la punta de la broca gracias a las estrías de la misma. Los bordes de corte producen más virutas que continúan su movimiento hacia el exterior del orificio. Esto funciona hasta que las virutas se amontonan demasiado, ya sea porque los orificios son más profundos de lo normal o porque no se retira la broca del orificio de forma suficiente (retirando la broca ligeramente o totalmente del orificio durante la perforación). A veces se utiliza líquido de corte para solucionar este problema y prolongar la vida útil de la herramienta enfriando y lubricando la punta y el flujo de virutas. Se puede introducir refrigerante a través de orificios en el vástago de la broca, lo que es habitual cuando se utiliza un taladro de cañón. Al cortar aluminio en particular, el líquido de corte ayuda a garantizar un orificio liso y preciso, al tiempo que evita que el metal se enganche en la broca durante el proceso de perforación. Al cortar latón y otros metales blandos que pueden engancharse en la broca y provocar "vibraciones", se puede rectificar una cara de aproximadamente 1 a 2 milímetros en el borde de corte para crear un ángulo obtuso de 91 a 93 grados. Esto evita el "vibración" durante la cual la broca rasga el metal en lugar de cortarlo. Sin embargo, con esa forma del filo de corte de la broca, la broca empuja el metal en lugar de agarrarlo. Esto crea una alta fricción y virutas muy calientes.
Para perforaciones con grandes avances y relativamente profundas, se utilizan taladros con orificios engrasados en la broca, con un lubricante bombeado a la cabeza de perforación a través de un pequeño orificio en la broca y que fluye a lo largo de las estrías. Se puede utilizar una disposición convencional de taladro de columna en la perforación de orificios engrasados, pero es más común verla en máquinas de perforación automáticas en las que es la pieza de trabajo la que gira en lugar de la broca.
En las máquinas herramienta de control numérico por computadora (CNC) se utiliza un proceso denominadoLa perforación por picos , operforación por corte interrumpido, se utiliza para evitar que las virutas se acumulen de forma perjudicial al perforar agujeros profundos (aproximadamente cuando la profundidad del agujero es tres veces mayor que el diámetro de la broca). La perforación por picos implica hundir la broca parcialmente en la pieza de trabajo, no más de cinco veces el diámetro de la broca, y luego retraerla hasta la superficie. Esto se repite hasta que se termina el agujero. Una forma modificada de este proceso, llamadaperforación por picos de alta velocidadorotura de viruta, solo retrae la broca ligeramente. Este proceso es más rápido, pero solo se utiliza en agujeros moderadamente largos, de lo contrario sobrecalentará la broca. También se utiliza al perforar material fibroso para romper las virutas.[8][9][ ¿ Fuente autopublicada? ][10]
Cuando no es posible llevar el material a la máquina СNС, se puede utilizar una máquina perforadora con base magnética. La base permite perforar en posición horizontal e incluso en un techo. Por lo general, para estas máquinas, es mejor utilizar cortadores porque pueden perforar mucho más rápido con menos velocidad. Los tamaños de los cortadores varían de 12 mm a 200 mm de diámetro y de 30 mm a 200 mm de profundidad de corte. Estas máquinas se utilizan ampliamente en las industrias de construcción, fabricación, marina y petróleo y gas. En la industria del petróleo y el gas , se utilizan máquinas perforadoras magnéticas neumáticas para evitar chispas, así como máquinas perforadoras magnéticas especiales para tubos que se pueden fijar en tuberías de diferentes tamaños, incluso en el interior. Las máquinas perforadoras de placas de servicio pesado brindan soluciones de alta calidad en la fabricación de estructuras de acero, construcción de puentes, astilleros y varios campos del sector de la construcción.
La madera es más blanda que la mayoría de los metales, por lo que perforar en madera es considerablemente más fácil y rápido que hacerlo en metal. No se utilizan ni son necesarios líquidos de corte. La cuestión principal al perforar madera es garantizar orificios de entrada y salida limpios y evitar quemaduras. Evitar quemaduras es una cuestión de utilizar brocas afiladas y la velocidad de corte adecuada . Las brocas pueden arrancar virutas de madera alrededor de la parte superior e inferior del orificio, lo que no es deseable en aplicaciones de carpintería fina .
Las brocas helicoidales que se utilizan en la metalistería también funcionan bien en la madera, pero tienden a astillarse en la entrada y la salida del agujero. En algunos casos, como en los agujeros para carpintería básica, la calidad del agujero no importa, y existen varias brocas para cortes rápidos en madera, incluidas las brocas de pala y las brocas de barrena autoalimentadas . Se han desarrollado muchos tipos de brocas especializadas para perforar agujeros limpios en madera, incluidas las brocas de punta de clavo, las brocas Forstner y las sierras de corona . El astillado en la salida se puede minimizar utilizando un trozo de madera como respaldo detrás de la pieza de trabajo, y a veces se utiliza la misma técnica para mantener limpia la entrada del agujero.
Es más fácil hacer agujeros en la madera porque la broca se puede colocar con precisión presionándola en la madera y creando un hoyuelo. De esta manera, la broca tendrá poca tendencia a desviarse.
Algunos materiales, como los plásticos y otros no metales, así como algunos metales, tienen tendencia a calentarse lo suficiente como para expandirse, haciendo que el agujero sea más pequeño de lo deseado.
Los siguientes son algunos procesos relacionados que suelen acompañar la perforación:
