El mecanizado es un proceso de fabricación en el que se crea una forma o pieza deseada mediante la eliminación controlada de material, generalmente metal, de una pieza más grande de materia prima mediante corte. El mecanizado es una forma de fabricación sustractiva [ 1] que utiliza máquinas herramienta , en contraste con la fabricación aditiva (por ejemplo, la impresión 3D ), que utiliza la adición controlada de material.
El mecanizado es un proceso importante en la fabricación de muchos productos metálicos , pero también se puede utilizar en otros materiales como madera , plástico , cerámica y compuestos . [2] Una persona que se especializa en el mecanizado se llama maquinista . Como empresa comercial, el mecanizado generalmente se realiza en un taller de máquinas , que consta de una o más salas de trabajo que contienen máquinas herramienta primarias. Aunque un taller de máquinas puede ser una operación independiente, muchas empresas mantienen talleres de máquinas internos o salas de herramientas que respaldan sus necesidades especializadas. Gran parte del mecanizado moderno utiliza control numérico por computadora (CNC), en el que las computadoras controlan el movimiento y el funcionamiento de fresadoras , tornos y otras máquinas de corte.
El significado preciso del término mecanizado ha cambiado durante el último siglo y medio a medida que la tecnología ha avanzado de diversas maneras. En el siglo XVIII, la palabra maquinista significaba una persona que construía o reparaba máquinas . El trabajo de esta persona se hacía principalmente a mano, utilizando procesos como el tallado de madera y la escritura, la forja y el limado manual del metal. En ese momento, los mecánicos y los constructores de nuevos tipos de motores (es decir, más o menos, máquinas de cualquier tipo), como James Watt o John Wilkinson , encajaban en la definición. El sustantivo máquina herramienta y el verbo mecanizar ( mecanizar, maquinizar ) aún no existían. [ cita requerida ]
A mediados del siglo XX, se acuñaron estas últimas palabras a medida que los conceptos que describían evolucionaron hasta alcanzar una existencia generalizada. Por lo tanto, durante la Era de las Máquinas , el mecanizado se refería a (lo que hoy podríamos llamar) los procesos de mecanizado "tradicionales", como torneado , taladrado , perforado , fresado , brochado , aserrado , conformado , cepillado , corte abrasivo , escariado y roscado . [3] En estos procesos de mecanizado "tradicionales" o "convencionales", se utilizan máquinas herramienta , como tornos , fresadoras , taladros de columna u otras, con una herramienta de corte afilada para eliminar material y lograr una geometría deseada. [4]
Desde la aparición de nuevas tecnologías en la era posterior a la Segunda Guerra Mundial, como el mecanizado por descarga eléctrica , el mecanizado electroquímico , el mecanizado por haz de electrones , el mecanizado fotoquímico y el mecanizado ultrasónico , se puede utilizar el retrónimo "mecanizado convencional" para diferenciar esas tecnologías clásicas de las más nuevas. Actualmente, "mecanizado" sin calificación suele implicar los procesos de mecanizado tradicionales.
En las décadas de 2000 y 2010, a medida que la fabricación aditiva (FA) evolucionó más allá de sus contextos anteriores de laboratorio y prototipado rápido y comenzó a convertirse en estándar en todas las fases de fabricación, el término fabricación sustractiva se volvió común de forma retrógrada en contraste lógico con FA, cubriendo esencialmente cualquier proceso de eliminación también cubierto anteriormente por el término mecanizado . Los dos términos son efectivamente sinónimos , aunque el uso establecido desde hace mucho tiempo del término mecanizado continúa. Esto es comparable a la idea de que el sentido verbal de contacto evolucionó debido a la proliferación de formas de contactar a alguien (teléfono, correo electrónico, mensajería instantánea, SMS, etc.) pero no reemplazó por completo los términos anteriores como llamar , hablar con o escribir a . [ cita requerida ]
El mecanizado es cualquier proceso en el que una herramienta de corte elimina material de la pieza de trabajo (la pieza de trabajo a menudo se denomina "trabajo"). En el mecanizado tradicional, se requiere un movimiento relativo entre el dispositivo y el trabajo para eliminar material; los procesos de mecanizado no tradicionales utilizan otros métodos de eliminación de material, como la corriente eléctrica en la electroerosión (mecanizado por descarga eléctrica). Este movimiento relativo se logra en la mayoría de las operaciones de mecanizado moviendo (mediante un movimiento lateral rotatorio o lateral) la herramienta o la pieza de trabajo. La forma de la herramienta, el movimiento relativo y su penetración en el trabajo producen la forma deseada de la superficie de trabajo resultante.
Las operaciones de mecanizado se pueden dividir en operaciones tradicionales y no tradicionales. Dentro de las operaciones tradicionales, hay dos categorías de mecanizado en función de la forma que mecanizan: formas circulares que incluyen: torneado, taladrado, perforado, escariado, roscado y más, y formas diversas/rectas que incluyen: fresado, brochado, aserrado, rectificado y conformado.
Una herramienta de corte tiene uno o más bordes cortantes afilados y está hecha de un material más duro que el material de trabajo. El borde cortante sirve para separar la viruta del material de trabajo original. Conectadas al borde cortante están las dos superficies de la herramienta:
La cara de ataque, que dirige el flujo de la viruta recién formada, está orientada en un ángulo determinado y se denomina ángulo de ataque "α". Se mide en relación con el plano perpendicular a la superficie de trabajo. El ángulo de ataque puede ser positivo o negativo. El flanco de la herramienta proporciona una holgura entre la herramienta y la superficie de trabajo recién formada, protegiendo así la superficie de la abrasión, que degradaría el acabado. Este ángulo entre las superficies de trabajo y del flanco se denomina ángulo de alivio. Existen dos tipos básicos de herramientas de corte:
Una herramienta de una sola punta tiene un filo de corte para tornear, taladrar y cepillar. Durante el mecanizado, la punta del dispositivo penetra por debajo de la superficie de trabajo original de la pieza de trabajo. A veces, la punta se redondea hasta un radio determinado, llamado radio de punta.
Las herramientas de múltiples filos tienen más de un filo de corte y, por lo general, logran su movimiento en relación con la pieza de trabajo mediante rotación. El taladrado y el fresado utilizan herramientas de torneado de múltiples filos de corte. Aunque las formas de estas herramientas son diferentes a las de un dispositivo de un solo filo, muchos elementos de la geometría de la herramienta son similares.
Una pieza de trabajo inacabada que requiere mecanizado debe 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 de trabajo mediante dibujos de ingeniería o planos . Por ejemplo, una pieza de trabajo puede requerir un diámetro exterior específico. Un torno es una máquina herramienta que puede crear ese diámetro girando una pieza de trabajo de metal para que una herramienta de corte pueda cortar el metal, creando una superficie lisa y redonda que coincida con el diámetro y el acabado de la superficie requeridos. Un taladro puede quitar el metal en forma de un agujero cilíndrico. Otras herramientas que se pueden utilizar para la eliminación de metal son las fresadoras, las sierras y las rectificadoras . Muchas de estas mismas técnicas se utilizan en la carpintería .
El mecanizado requiere atención a muchos detalles para que una pieza de trabajo cumpla con las especificaciones de los planos o dibujos de ingeniería. Además de los problemas obvios relacionados con las dimensiones correctas, existe el problema de lograr el acabado correcto o la suavidad de la superficie en la pieza de trabajo. El acabado inferior que se encuentra en la superficie mecanizada de una pieza de trabajo puede deberse a una sujeción incorrecta , una herramienta desafilada o una presentación inadecuada de un dispositivo. Con frecuencia, este acabado superficial deficiente, conocido como vibración, se evidencia por un acabado ondulado o regular de ondas en las superficies mecanizadas de la pieza de trabajo.
Para realizar una operación de mecanizado, se requiere un movimiento relativo entre la herramienta y la pieza. La acción principal es a una velocidad de corte específica . Además, el dispositivo debe moverse lateralmente a través de la pieza. Este es un movimiento mucho más lento llamado avance. La dimensión restante del corte es la penetración de la herramienta de corte por debajo de la superficie de trabajo original, alcanzando la profundidad del corte. La velocidad, el avance y la profundidad de corte se denominan condiciones de corte. [6] Forman las tres dimensiones del proceso de mecanizado y, para ciertas operaciones, su producto se puede utilizar para obtener la tasa de eliminación de material para el proceso:
dónde
Las operaciones de mecanizado generalmente se dividen en dos categorías, que se distinguen por el propósito y las condiciones de corte:
Los cortes de desbaste se utilizan para eliminar una gran cantidad de material de la pieza de trabajo inicial lo más rápido posible, es decir, con una tasa de eliminación de material (MRR) significativa, para producir una forma cercana a la forma deseada pero dejando algo de material en la pieza para una operación de acabado posterior. Los cortes de acabado completan la pieza y logran la dimensión final, las tolerancias y el acabado de la superficie. En los trabajos de mecanizado de producción, generalmente se realizan uno o más cortes de desbaste en la pieza de trabajo, seguidos de uno o dos cortes de acabado. Las operaciones de desbaste se realizan a avances y profundidades altos: avances de 0,4 a 1,25 mm/rev (0,015 a 0,050 in/rev) y profundidades de 2,5 a 20 mm (0,100 a 0,750 in) son típicos, pero los valores reales dependen de los materiales de la pieza de trabajo. Las operaciones de acabado se llevan a cabo con avances y profundidades bajos: los cortes típicos son de 0,0125–0,04 mm/rev (0,0005–0,0015 in/rev) y profundidades de 0,75–2,0 mm (0,030–0,075 in). [ cita requerida ] Las velocidades de corte son más bajas en el desbaste que en el acabado.
A menudo se aplica un fluido de corte a la operación de mecanizado para enfriar y lubricar la herramienta de corte. Determinar si se debe utilizar un fluido de corte y, en caso afirmativo, elegir el fluido de corte adecuado suele estar incluido en el alcance de las condiciones de corte.
En la actualidad, se están volviendo cada vez más populares otras formas de corte de metales. Un ejemplo de esto es el corte por chorro de agua. El corte por chorro de agua implica agua presurizada a más de 620 MPa (90 000 psi) y puede cortar metal y obtener un producto terminado. Este proceso se llama corte en frío, que elimina el daño causado por una zona afectada por el calor, a diferencia del corte por láser y plasma .
Con la reciente proliferación de tecnologías de fabricación aditiva , el mecanizado convencional ha sido clasificado de manera retronimizada , en el pensamiento y el lenguaje, como un método de fabricación sustractiva . En contextos estrechos, los métodos aditivos y sustractivos pueden competir entre sí. En el contexto amplio de industrias enteras, su relación es complementaria. Cada método tiene sus ventajas sobre el otro. Si bien los métodos de fabricación aditiva pueden producir diseños de prototipos muy intrincados imposibles de replicar mediante mecanizado, la resistencia y la selección de materiales pueden ser limitadas. [7]
