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 giratoria , a menudo multipunta. La broca se presiona contra la pieza de trabajo y se hace girar a velocidades de cientos a miles de revoluciones por minuto . Esto fuerza el filo contra la pieza de trabajo, cortando virutas (virutas) del orificio a medida que se perfora.
En la perforación de rocas , el orificio generalmente no se realiza mediante un movimiento de corte circular, aunque generalmente se gira la broca. En cambio, el agujero generalmente se hace martillando una broca en el agujero con movimientos cortos y repetidos rápidamente. La acción de percusión se puede realizar desde fuera del pozo (taladro de martillo superior) o dentro del pozo ( taladro de fondo , DTH). Las perforadoras utilizadas para la perforación horizontal se denominan perforadoras .
En casos raros, se utilizan brocas con formas especiales para cortar orificios de sección transversal no circular; Es posible una sección transversal cuadrada . [1]
La diferencia entre perforación y mandrinado es: el propósito de la perforación es obtener la profundidad del orificio, mientras que el propósito de la perforación es obtener un orificio radial preciso en función del vacío existente. [2]
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 orificio suele tener marcas de avance helicoidales. [3]
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 a la propagación de grietas en la superficie sometida a tensión. Se puede realizar una operación de acabado para evitar estas condiciones perjudiciales.
En el caso de las brocas estriadas , las posibles virutas se eliminan a través de las estrías. Las virutas pueden formar largas espirales o pequeñas escamas, según el material y los parámetros del proceso. [3] El tipo de virutas formadas puede ser un indicador de la maquinabilidad del material, y las virutas largas sugieren una buena maquinabilidad del material.
Cuando sea posible, los agujeros perforados deben ubicarse perpendiculares 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, provocando que el orificio quede mal colocado. Cuanto mayor sea la relación longitud-diámetro de la broca, mayor será la tendencia a caminar. La tendencia a caminar también se previene de otras formas, que incluyen:
El acabado superficial producido mediante perforación puede oscilar entre 32 y 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 usa comúnmente para enfriar la broca, aumentar la vida útil de la herramienta, aumentar las velocidades y los avances , aumentar el acabado de la superficie y ayudar en la expulsión de virutas. La aplicación de estos fluidos generalmente se realiza inundando la pieza de trabajo con refrigerante y lubricante o aplicando una nebulización. [3]
Al decidir qué taladro(s) utilizar, es importante considerar la tarea en cuestión y evaluar qué taladro realizaría mejor la tarea. Hay una variedad de estilos de ejercicios y cada uno tiene un propósito diferente. La perforadora subterránea es capaz de perforar más de un diámetro. El taladro de espada se utiliza para perforar agujeros de mayor tamaño. La broca indexable es útil para gestionar las virutas. [3]
El propósito de la perforación puntual es perforar un orificio que actuará como guía para perforar el orificio final. El agujero sólo se perfora parcialmente en la pieza de trabajo, ya que sólo sirve para guiar el comienzo del siguiente proceso de perforación.
La broca central es una herramienta de dos aletas que consta de una broca helicoidal con un avellanado de 60°; Se utiliza para perforar orificios centrales avellanados en una pieza de trabajo que se montará entre centros para tornear o esmerilar.
La perforación de pozos profundos se define como la perforación de un pozo de profundidad mayor a diez veces el diámetro del pozo. [4] Este tipo de agujeros requieren equipo especial para mantener la rectitud y las tolerancias. Otras consideraciones son la redondez y el acabado superficial.
La perforación de agujeros profundos generalmente se puede lograr con algunos métodos de herramientas, generalmente perforación con pistola o perforación BTA. Se diferencian por el método de entrada de refrigerante (interno o externo) y el método de extracción de viruta (interno o externo). El uso de métodos como una herramienta giratoria y una pieza de trabajo contrarrotante son técnicas comunes para lograr las tolerancias de rectitud requeridas. [5] Los métodos de herramientas secundarias incluyen trepanado, raspado y bruñido, mandrinado por tracción o mandrinado en botella. Por último, existe un nuevo tipo de tecnología de perforación para afrontar este problema: la perforación por vibración. Esta tecnología rompe las virutas mediante una pequeña vibración axial controlada del taladro. Las pequeñas virutas se eliminan fácilmente con las estrías del taladro.
Se utiliza un sistema de monitoreo de alta tecnología para controlar la fuerza , el torque , las vibraciones y las emisiones acústicas. La vibración se considera un defecto importante en la perforación de agujeros profundos que a menudo puede provocar que la broca se rompa. Generalmente se utiliza un refrigerante especial para ayudar en este tipo de perforación.
La perforación con pistola se desarrolló originalmente para perforar cañones de armas y se usa comúnmente para perforar orificios profundos de diámetro más pequeño. La relación profundidad-diámetro puede ser incluso mayor que 300:1. La característica clave de la perforación con pistola es que las brocas son autocentrantes; esto es lo que permite agujeros tan profundos y precisos. Las brocas utilizan un movimiento giratorio similar a un taladro helicoidal; sin embargo, las brocas están diseñadas con cojinetes que se deslizan a lo largo de la superficie del orificio manteniendo la broca en el centro. La perforación con pistola generalmente se realiza a altas velocidades y bajos avances.
La trepanación se utiliza comúnmente para crear orificios de mayor diámetro (hasta 915 mm (36,0 pulgadas)) donde una broca estándar no es factible ni económica. La trepanación elimina el diámetro deseado cortando un disco sólido similar al funcionamiento de un compás de dibujo . La trepanación se realiza sobre productos planos como láminas de metal, granito ( piedra rizadora ), placas o miembros estructurales como vigas en I. La trepanación también puede resultar útil para realizar ranuras para insertar juntas , como juntas tóricas .
La microperforación se refiere a la perforación de orificios de menos de 0,5 mm (0,020 pulgadas). La perforación de agujeros con este pequeño diámetro presenta mayores problemas ya que no se pueden utilizar brocas alimentadas con refrigerante y se requieren altas velocidades del husillo. Las altas velocidades del husillo que superan las 10.000 RPM también requieren el uso de portaherramientas equilibrados.
Los primeros estudios sobre la perforación por vibración comenzaron en los años 50 (Pr. VN Poduraev, Universidad Bauman de Moscú). El principio fundamental consiste en generar vibraciones u oscilaciones axiales además del movimiento de avance de la broca para que las virutas se rompan y luego sean fácilmente eliminadas de la zona de corte.
Existen dos tecnologías principales de perforación por vibración: sistemas de vibración automantenidos 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 automantenida, la frecuencia propia de la herramienta se utiliza para hacerla vibrar naturalmente durante el corte; Las vibraciones se mantienen automáticamente mediante un sistema masa-resorte incluido en el portaherramientas. [6] Otras obras 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 especialmente adecuados para perforar agujeros pequeños. Finalmente, las vibraciones pueden ser generadas por sistemas mecánicos: [7] la frecuencia viene dada por la combinación de la velocidad de rotación y el número de oscilaciones por rotación (unas pocas 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 perforación de pozos profundos, perforación de pilas de materiales múltiples (aeronáutica) y perforación en seco (sin lubricación). Generalmente, proporciona una confiabilidad mejorada y un mayor control de la operación de perforación.
La interpolación circular , también conocida como perforación orbital , es un proceso para crear agujeros utilizando cortadoras mecánicas.
La perforación orbital se basa en hacer girar una herramienta de corte alrededor de su propio eje y simultáneamente alrededor de un eje central que está desplazado del eje de la herramienta de corte. Luego, la herramienta de corte se puede mover simultáneamente en dirección axial para perforar o mecanizar un agujero, y/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 ilustra. 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 agujero. El desplazamiento dinámico y 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 agujero sin rebabas al taladrar metales. Al perforar materiales compuestos se elimina el problema de la delaminación . [8]
En condiciones de uso normal, las virutas se elevan y se alejan de la punta de la broca mediante las estrías de la broca. Los filos de corte producen más virutas que continúan el movimiento de las virutas hacia afuera del agujero. Esto tiene éxito hasta que las virutas se apiñan demasiado, ya sea debido a orificios más profundos de lo normal o a un retroceso insuficiente (retirando la broca leve o totalmente del orificio mientras se perfora). A veces se utiliza fluido de corte para aliviar este problema y prolongar la vida útil de la herramienta enfriando y lubricando la punta y el flujo de viruta. Se puede introducir refrigerante a través de orificios a través del vástago del taladro, lo cual es común cuando se utiliza un taladro de pistola. Al cortar aluminio en particular, el fluido de corte ayuda a garantizar un orificio suave y preciso, al tiempo que evita que el metal agarre la broca durante el proceso de perforación. Al cortar latón y otros metales blandos que pueden agarrar la broca y provocar "vibración", una cara de aprox. Se pueden rectificar entre 1 y 2 milímetros en el filo para crear un ángulo obtuso de 91 a 93 grados. Esto evita la "vibración" durante la cual el taladro rasga el metal en lugar de cortarlo. Sin embargo, con esa forma de filo de la broca, el taladro empuja el metal hacia afuera, en lugar de agarrarlo. Esto crea una alta fricción y virutas muy calientes.
Para avances pesados y orificios comparativamente profundos , se utilizan brocas con aceite en la broca, con un lubricante bombeado al cabezal 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 de taladradora convencional en la perforación de pozos de petróleo, pero se ve más comúnmente en maquinaria de perforación automática en la que es la pieza de trabajo la que gira en lugar de la broca.
En las máquinas herramienta de control numérico por computadora (CNC), existe un proceso llamadoLa perforación por pico , operforación con corte interrumpido, se utiliza para evitar que se acumulen virutas de manera perjudicial al perforar agujeros profundos (aproximadamente cuando la profundidad del agujero es tres veces mayor que el diámetro de la broca). La perforación profunda implica hundir la broca parcialmente a través de la pieza de trabajo, no más de cinco veces el diámetro de la broca, y luego retraerla hacia la superficie. Esto se repite hasta terminar el agujero. Una forma modificada de este proceso, llamadaperforación por penetración a alta velocidadorotura de viruta, solo retrae ligeramente la broca. Este proceso es más rápido, pero sólo se utiliza en agujeros moderadamente largos, de lo contrario se sobrecalentará la broca. También se utiliza al perforar material fibroso para romper las virutas. [9][10][ ¿ fuente autoeditada? ][11]
Cuando no sea posible llevar el material a la máquina CNС, se podrá utilizar una Taladro de Base Magnética. La base permite perforar en posición horizontal e incluso en el techo. Por lo general, para estas máquinas es mejor utilizar cortadores porque pueden perforar mucho más rápido con menos velocidad. Los tamaños de cortador varían de 12 mm a 200 mm de diámetro y de 30 mm a 200 mm DOC (profundidad de corte). Estas máquinas se utilizan ampliamente en las industrias de construcción, fabricación, marina y de petróleo y gas. En la industria del petróleo y del gas , se utilizan perforadoras magnéticas neumáticas para evitar chispas, así como perforadoras magnéticas de tubos especiales que pueden fijarse en tuberías de diferentes tamaños, incluso en el interior. Las perforadoras de placas de alta potencia ofrecen soluciones de alta calidad en la fabricación de estructuras de acero, construcción de puentes, astilleros y diversos campos del sector de la construcción.
Al ser la madera más blanda que la mayoría de los metales, perforar en madera es considerablemente más fácil y rápido que perforar en metal. No se utilizan ni necesitan fluidos de corte. La principal cuestión al perforar madera es garantizar que los orificios de entrada y salida estén limpios y evitar quemaduras. Evitar quemaduras es cuestión de utilizar brocas afiladas y la velocidad de corte adecuada . Las brocas pueden arrancar astillas de madera alrededor de la parte superior e inferior del orificio y esto no es deseable en aplicaciones de carpintería fina .
Las omnipresentes brocas helicoidales que se utilizan en el trabajo con metales también funcionan bien en madera, pero tienden a astillar la madera en la entrada y salida del agujero. En algunos casos, como en los agujeros para carpintería en bruto, la calidad del agujero no importa y existen varias brocas para cortes rápidos en madera, incluidas brocas de pala y brocas de barrena autoalimentadas . Se han desarrollado muchos tipos de brocas especializadas para perforar agujeros limpios en la madera, incluidas brocas de punta, brocas Forstner y sierras perforadoras . El desconchado al salir se puede minimizar utilizando un trozo de madera como soporte detrás de la pieza de trabajo, y a veces se utiliza la misma técnica para mantener ordenada la entrada del orificio.
Es más fácil hacer agujeros en la madera ya que la broca se puede colocar con precisión empujándola en la madera y creando un hoyuelo. Por tanto, la broca tendrá poca tendencia a desviarse.
Algunos materiales como los plásticos y otros no metales y algunos metales tienden a calentarse lo suficiente como para expandirse, lo que hace que el orificio sea más pequeño de lo deseado.
Los siguientes son algunos procesos relacionados que suelen acompañar a la perforación:
