El mecanizado es un proceso de fabricación mediante el cual se logra una forma o pieza deseada mediante la eliminación controlada de material de una pieza más grande de materia prima mediante corte; la mayoría de las veces se realiza con material metálico. Estos procesos se denominan colectivamente fabricación sustractiva , [1] que utiliza máquinas herramienta , en contraste con la fabricación aditiva (por ejemplo, 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] Se llama maquinista a una persona que se especializa en mecanizado . 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 las necesidades especializadas de la empresa. Gran parte del mecanizado moderno se lleva a cabo mediante control numérico por computadora (CNC), en el que se utilizan computadoras para controlar el movimiento y el funcionamiento de fresadoras, tornos y otras máquinas de corte. Esto aumenta la eficiencia, ya que la máquina CNC funciona sin personal, lo que reduce los costos de mano de obra para los talleres mecánicos. Hasta el momento se han desarrollado incluso fresadoras CNC que combinan torneado y fresado, denominadas centros compuestos de torneado-fresado CNC. [3]
El significado preciso del término mecanizado ha cambiado durante el último siglo y medio a medida que la tecnología ha avanzado de diversas formas. En el siglo XVIII, la palabra maquinista significaba una persona que construía o reparaba máquinas . El trabajo de esta persona se realizaba principalmente a mano, utilizando procesos como el tallado de madera y la escritura, forja y limado manual de metal. En aquella época, los fabricantes de molinos y los constructores de nuevos tipos de motores (es decir, más o menos, máquinas de cualquier tipo), como James Watt o John Wilkinson , encajarían en la definición. El sustantivo máquina herramienta y el verbo mecanizar ( mecanizar, mecanizar ) aún no existían.
Hacia mediados del siglo XX, estas últimas palabras se acuñaron a medida que los conceptos que describían evolucionaban hacia 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", tales como torneado , taladrado , taladrado , fresado , brochado , aserrado , conformado , cepillado , corte abrasivo , escariado y roscado . [4] En estos procesos de mecanizado "tradicionales" o "convencionales", se utilizan máquinas herramienta , como tornos , fresadoras , taladradoras , u otras, con una herramienta de corte afilada para eliminar material y lograr una geometría deseada. [5]
Desde la llegada 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 , el retrónimo "mecanizado convencional" se puede utilizar para diferenciar esas tecnologías clásicas de las los más nuevos. Actualmente, "mecanizar" sin cualificación suele implicar los procesos de mecanizado tradicionales.
En las décadas de 2000 y 2010, a medida que la fabricación aditiva (MA) evolucionó más allá de sus contextos anteriores de laboratorio y de creación rápida de prototipos y comenzó a convertirse en estándar en todas las fases de la fabricación, el término fabricación sustractiva se volvió común de manera retrónimo en contraste lógico con AM, abarcando esencialmente cualquier proceso de remoción también cubierto anteriormente por el término mecanizado . Los dos términos son efectivamente sinónimos , aunque continúa el uso establecido desde hace mucho tiempo del término mecanizado . 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 escribe a .
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 la pieza de trabajo para eliminar material; Los procesos de mecanizado no tradicionales utilizan otros métodos de eliminación de material, como la corriente eléctrica en EDM (mecanizado por electroerosión). Este movimiento relativo se logra en la mayoría de las operaciones de mecanizado moviendo (mediante movimiento giratorio 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.
una actividad primaria llamada "velocidad de corte" y un movimiento secundario llamado "avance". [6]
Las operaciones de mecanizado se pueden dividir en operaciones tradicionales y no tradicionales. Dentro de las operaciones tradicionales, existen dos categorías de mecanizados en función de la forma que mecanizan; siendo formas circulares que incluye; tornear, taladrar, taladrar, escariar, roscar y más, y formas varias/rectas que incluyen; fresado, brochado, aserrado, rectificado y conformado.
Una herramienta de corte tiene uno o más filos cortantes y está hecha de un material más duro que el material de trabajo. El filo sirve para separar la viruta del material de trabajo principal. Conectadas al filo están las dos superficies de la herramienta:
La cara de inclinación, que dirige el flujo de la viruta recién formada, está orientada en un cierto ángulo y se denomina ángulo de inclinación "α". Se mide con respecto al plano perpendicular a la superficie de trabajo. El ángulo de inclinación puede ser positivo o negativo. El flanco de la herramienta proporciona un espacio libre 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 de flanco se llama ángulo de relieve. Hay dos tipos básicos de herramientas de corte:
Una herramienta de punta única tiene un filo 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. El hecho a veces se redondea a un radio determinado, llamado radio de punta.
Múltiples herramientas de vanguardia tienen más de un filo y generalmente logran su movimiento en relación con la pieza de trabajo mediante rotación. El taladrado y el fresado utilizan herramientas de torneado de múltiples filos. Aunque las formas de estas herramientas son diferentes a las de un dispositivo de punta única, muchos elementos de la geometría de la herramienta son similares.
A una pieza de trabajo sin terminar que requiere mecanizado se le debe cortar algo de material 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 o planos de ingeniería . 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 agujero cilíndrico. Otras herramientas que pueden usarse para la remoción de metal son fresadoras, sierras y 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 dibujos o planos de ingeniería. Además de los problemas obvios relacionados con las dimensiones correctas, existe el problema de lograr el acabado correcto o la suavidad superficial de 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 mal acabado superficial, conocido como vibración, se hace evidente por un acabado ondulado o regular de ondas en las superficies mecanizadas de la pieza de trabajo.
Se requiere un movimiento relativo entre la herramienta y el trabajo para realizar una operación de mecanizado. La acción principal es a una velocidad de corte específica . Además, el dispositivo debe desplazarse lateralmente a lo largo de la obra. Este es un movimiento mucho más lento llamado avance. La dimensión restante del corte es la penetración de la herramienta de corte 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. [8] Forman las tres dimensiones del proceso de mecanizado y, para determinadas operaciones, su producto se puede utilizar para obtener la tasa de eliminación de material del proceso:
dónde
Las operaciones de mecanizado suelen dividirse en dos categorías, que se distinguen por su finalidad y condiciones de corte:
Los cortes de desbaste se utilizan para eliminar una gran cantidad de material de la pieza inicial de trabajo 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 superficial. En los trabajos de mecanizado de producción, normalmente se realizan uno o más cortes de desbaste en la pieza, seguidos de uno o dos cortes de acabado. Las operaciones de desbaste se realizan con avances y profundidades elevados: son típicos 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), 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: son típicos cenas de 0,0125 a 0,04 mm/rev (0,0005 a 0,0015 pulgadas/rev) y profundidades de 0,75 a 2,0 mm (0,030 a 0,075 pulgadas). [ cita necesaria ] 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, de ser así, elegir el fluido de corte adecuado generalmente se incluye dentro del alcance de la condición de corte.
Hoy en día, otras formas de corte de metales son cada vez más populares. Un ejemplo de esto es el corte por chorro de agua. El corte por chorro de agua implica agua a presión 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 retrónimo , en pensamiento y lenguaje, como un método de fabricación sustractivo . 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 complejos imposibles de replicar mediante mecanizado, la resistencia y la selección de materiales pueden ser limitadas. [9]
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