Un escariador es un tipo de herramienta de corte rotatoria que se utiliza en el trabajo de metales . Los escariadores de precisión están diseñados para agrandar el tamaño de un orificio previamente formado en una pequeña cantidad pero con un alto grado de precisión para dejar los lados lisos. También hay escariadores que no son de precisión que se utilizan para agrandar orificios de manera más básica o para eliminar rebabas . El proceso de agrandar el orificio se denomina escariado . Hay muchos tipos diferentes de escariadores y pueden estar diseñados para usarse como herramienta manual o en una máquina herramienta , como una fresadora o un taladro de columna .
Un escariador típico consta de un conjunto de filos de corte rectos o helicoidales paralelos a lo largo de un cuerpo cilíndrico . Cada filo de corte se rectifica en un ligero ángulo y con un ligero socavado debajo del filo de corte. Los escariadores deben combinar dureza en los filos de corte, para una larga vida útil, y tenacidad, para que la herramienta no falle bajo las fuerzas normales de uso. Solo deben usarse para eliminar pequeñas cantidades de material. Esto garantiza una larga vida útil del escariador y un acabado superior del orificio.
La espiral puede girar en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario, según el uso. Por ejemplo, un escariador manual cónico con una espiral en el sentido de las agujas del reloj tenderá a avanzar por sí solo a medida que se utiliza, lo que puede provocar una acción de acuñamiento y la consiguiente rotura. Por lo tanto, se prefiere una espiral en el sentido contrario de las agujas del reloj, aunque el escariador siga girando en el sentido de las agujas del reloj.
En el caso de las máquinas herramienta de producción, el tipo de vástago suele ser uno de los siguientes: un cono estándar (como Morse o Brown & Sharpe ), un vástago redondo recto que se sujeta con una pinza o un vástago redondo recto con una parte plana para un tornillo de fijación , que se sujeta con un portaherramientas sólido. En el caso de las herramientas manuales, el extremo del vástago suele ser de accionamiento cuadrado, destinado a usarse con el mismo tipo de llave que se usa para girar un macho para cortar roscas de tornillos .
La geometría de un orificio perforado en metal con una broca helicoidal puede no ser lo suficientemente precisa (lo suficientemente cercana a un cilindro real de un cierto diámetro preciso) y puede no tener el acabado superficial suave requerido para ciertas aplicaciones de ingeniería. Aunque las brocas helicoidales modernas pueden funcionar de manera excelente en muchos casos (normalmente producen orificios suficientemente precisos para la mayoría de las aplicaciones), a veces la rigurosidad de los requisitos para la geometría y el acabado del orificio requieren dos operaciones: una perforación para reducir ligeramente el tamaño, seguida de un escariado con un escariador. La diferencia planificada entre el diámetro de la broca y el diámetro del escariador se denomina tolerancia (permite la eliminación de una pequeña cantidad de material). La tolerancia debe ser < 0,2 mm (0,008 in) para materiales blandos y < 0,13 mm (0,005 in) para materiales duros. Las tolerancias mayores pueden dañar el escariador. El orificio perforado no debe agrandarse en más del 5 % del diámetro perforado. La perforación seguida del escariado generalmente produce una geometría y un acabado del orificio que se acercan lo más posible a la perfección teórica. (Otros métodos de creación de agujeros que se acercan más a la perfección en determinadas condiciones son el mandrilado [especialmente el mandrilado de un solo punto] y el rectificado cilíndrico interno ).
Los escariadores de sujeción, o escariadores de máquina, son el tipo más común de escariador utilizado en tornos, taladros de columna y máquinas de tornillos que proporcionan un acabado suave al orificio. Vienen en una variedad de ranuras y cortes (por ejemplo, corte a la derecha, espiral a la izquierda, ranura recta), así como diferentes tipos de vástago. Los escariadores de sujeción se pueden fabricar con un vástago recto o un vástago con cono morse. [2]
Un escariador manual ajustable puede cubrir una pequeña variedad de tamaños. Generalmente se los identifica con una letra que equivale a un rango de tamaño. Las hojas desechables se deslizan a lo largo de una ranura cónica. El acto de apretar y aflojar las tuercas de sujeción en cada extremo varía el tamaño que se puede cortar. La ausencia de espirales en las ranuras las restringe a un uso ligero (remoción mínima de material por ajuste) ya que tienen tendencia a vibrar . También están restringidas al uso en agujeros sin romper. Si un agujero tiene una división axial a lo largo de él, como un casquillo partido o un agujero de sujeción, cada diente recto caerá a su vez en el espacio, lo que hará que los otros dientes se retraigan de su posición de corte. Esto también da lugar a marcas de vibración y frustra el propósito de usar el escariador para medir un agujero.
Un escariador recto se utiliza para hacer solo una pequeña ampliación de un orificio. El extremo de entrada del escariador tendrá una ligera conicidad, cuya longitud dependerá de su tipo. Esto produce una acción de autocentrado a medida que ingresa en el orificio sin procesar. La mayor parte de la longitud tendrá un diámetro constante.
Los agujeros escariados se utilizan para crear agujeros de circularidad y tamaño precisos, por ejemplo, con tolerancias de -0/+0,02 mm (0,0008"). Esto permitirá el ajuste a presión de los pasadores de ubicación, que no necesitan estar retenidos en el cuerpo que los sostiene. Otros agujeros, escariados un poco más grandes en otras partes, ajustarán estos pasadores con precisión, pero no tan apretados como para dificultar el desmontaje. Este tipo de alineación es común en la unión de mitades de cárter divididas, como las que se utilizan en motores de motocicletas y motores tipo bóxer . Después de unir las mitades, la caja ensamblada puede perforarse en línea (usando lo que en efecto es un escariador de gran diámetro) y luego desmontarse para la colocación de cojinetes y otras piezas. El uso de agujeros escariados para pasadores es típico en cualquier diseño de máquina, donde dos piezas de ubicación deben ubicarse y acoplarse con precisión entre sí, generalmente como se indicó anteriormente, con una diferencia de 0,02 mm o menos de 0,001".
Otro uso de los agujeros escariados es recibir un perno especializado que tiene un hombro sin rosca, también llamado perno de hombro. Este tipo de perno se usa comúnmente para reemplazar remaches granallados en caliente durante la modernización sísmica de estructuras.
Un escariador manual tiene un cono o entrada más larga en la parte delantera que un escariador mecánico. Esto sirve para compensar la dificultad de iniciar un orificio solo con la fuerza manual. También permite que el escariador comience recto y reduce el riesgo de rotura. Las estrías pueden ser rectas o espirales.
Un escariador de máquina tiene un paso de entrada muy pequeño. Debido a que el escariador y la pieza de trabajo están alineados previamente por la máquina, no hay riesgo de que se desvíen de su trayectoria. Además, la fuerza de corte constante que puede aplicar la máquina garantiza que comience a cortar inmediatamente. Las ranuras espirales tienen la ventaja de limpiar la viruta automáticamente, pero también están disponibles con ranuras rectas, ya que la cantidad de viruta generada durante una operación de escariado debe ser muy pequeña.
Un escariador en forma de rosa no tiene relieve en la periferia y está compensado por un cono frontal para evitar que se atasque. Se utilizan secundariamente como escariadores de ablandamiento.
Los escariadores de concha están diseñados para escariar cojinetes y otros elementos similares. Tienen estrías en casi toda su longitud.
Un escariador cónico de precisión se utiliza para hacer un orificio cónico para recibir posteriormente un pasador cónico. Un pasador cónico es un dispositivo de autoajuste debido al ángulo poco profundo de la conicidad. Se pueden introducir en el orificio cónico de modo que la extracción solo se pueda realizar con un martillo y un punzón . Se dimensionan según una secuencia numérica (por ejemplo, un escariador n.° 4 utilizaría pasadores cónicos n.° 4). Estas juntas de precisión se utilizan en el ensamblaje de aeronaves y se utilizan con frecuencia para unir las dos o más secciones de ala utilizadas en un planeador . Estas se pueden volver a escariar una o más veces durante la vida útil de la aeronave, con un pasador de tamaño adecuado que reemplaza al pasador anterior.
Un escariador de cono morse se utiliza manualmente para terminar los manguitos de cono morse. Estos manguitos son una herramienta que se utiliza para sujetar herramientas de corte de máquina o soportes en los husillos de máquinas como un taladro o una fresadora. El escariador que se muestra es un escariador de acabado. Un escariador de desbaste tendría estrías a lo largo de las ranuras para romper las virutas más gruesas producidas por la acción de corte más pesada utilizada para él.
Un escariador combinado tiene dos o más superficies de corte. El escariador combinado se rectifica con precisión en un patrón que se asemeja a los múltiples diámetros internos de la pieza. La ventaja de utilizar un escariador combinado es reducir el número de operaciones de torreta, al tiempo que se sujetan con mayor precisión las profundidades, los diámetros internos y la concentricidad. Los escariadores combinados se utilizan principalmente en máquinas de tornillos o tornos de segunda operación , no con máquinas de control numérico por computadora ( CNC ) porque se puede generar fácilmente un código G para perfilar los diámetros internos.
Los escariadores combinados pueden estar hechos de cobalto, carburo o herramientas de acero de alta velocidad . Cuando se utilizan escariadores combinados para escariar diámetros internos grandes hechos de material con menor superficie de pies por minuto , las puntas de carburo se pueden soldar a una broca en bruto configurada para construir el escariador. El carburo requiere un cuidado adicional porque es muy frágil y se astillará si se produce vibración. Es común utilizar una broca o una broca combinada para eliminar la mayor parte del material para reducir el desgaste o el riesgo de que la pieza se desprenda del escariador combinado.
Un escariador cónico se puede utilizar para limpiar rebabas de un agujero perforado o para agrandar un agujero. El cuerpo de la herramienta se estrecha hasta formar una punta. Este tipo de escariador consta de un cuerpo que, por lo general, tiene hasta 1/2 pulgada de diámetro, con una pieza transversal de varilla en el extremo grande que actúa para formar un mango. Es especialmente útil para trabajar metales más blandos como aluminio, cobre y acero dulce. Otro nombre para este es "escariador de mantenimiento", en referencia a su uso en las diversas tareas de desbarbado y agrandamiento que se encuentran a menudo en el trabajo MRO . Se puede ver una herramienta similar en determinadas navajas suizas , como el modelo de electricista, para usar en conductos.
Para lograr diámetros sumamente precisos y consistentes con un escariador, se deben considerar las variables del proceso que pueden influir en la calidad general del orificio que se está escariando. Se deben tener en cuenta variables como el material del escariador, el diseño del escariador, el material que se está escariando, la temperatura en la superficie escariada, la velocidad del escariador, el movimiento de la máquina o del operador, etc. Al controlar estas variables en la mayor medida posible, el proceso de escariado puede producir fácilmente orificios sumamente precisos y de tamaño uniforme.
Los escariadores no deben invertirse durante su uso, ya que esto tenderá a desafilar los bordes de corte. [3]
El tamaño final del orificio que se logra con un escariador depende posteriormente del proceso de escariado que se utilice junto con el diseño del escariador y los materiales involucrados. Se han realizado estudios que demuestran el efecto del uso de refrigerante durante el escariado. [4] Se ha demostrado que el uso continuo de un flujo de refrigerante durante el proceso de escariado da como resultado de manera constante (75 % del tiempo) tamaños de orificios que son 0,0001 pulg. (0,0025 mm) más grandes que el escariador en sí, con una extensión del proceso de +/- 0,0002 pulg. el resto del tiempo. De manera similar, el uso de un proceso de escariado semihúmedo a menudo da como resultado tamaños de orificios que son 0,0004 pulg. más grandes que el escariador en sí, aproximadamente el 60 % del tiempo, con una extensión del proceso de 0,0006 pulg. que favorece un aumento en el tamaño. Se debe desaconsejar el escariado en seco debido a su bajo nivel de repetibilidad (20 %) en tamaño y la amplia variedad de procesos de tamaños hasta 0,0012 pulgadas (0,030 mm) más grandes que el tamaño del escariador.
Cuando se diseñan y utilizan correctamente, los escariadores pueden tener una vida útil prolongada de hasta 30 000 orificios. [5] Un proceso controlado adecuadamente también es capaz de mantener un tamaño constante a lo largo de todo el orificio, al tiempo que minimiza el efecto de reloj de arena. Los orificios escariados pueden tener normalmente un acabado superficial de 10 a 25 μin (250 a 640 nm) Ra .
Generalmente, el escariado se realiza con un taladro de columna, aunque también se pueden utilizar tornos, centros de mecanizado y máquinas similares. La pieza de trabajo se sujeta firmemente en su lugar mediante una prensa, un mandril o un dispositivo de sujeción mientras avanza el escariador. [6]
Al igual que otras herramientas de corte, existen dos categorías de materiales que se utilizan para construir escariadores: tratados térmicamente y duros. Los materiales tratados térmicamente están compuestos por diferentes aceros, en particular el acero al carbono simple (sin alear, considerado obsoleto en la actualidad) y los aceros de alta velocidad. El material duro más común es el carburo de tungsteno (sólido o con punta), pero también existen escariadores con filos de nitruro de boro cúbico (CBN) o diamante. [6]
La principal diferencia entre ambas categorías es que los materiales duros no suelen verse afectados por el calor producido por el proceso de mecanizado y, de hecho, pueden beneficiarse de él. La desventaja es que suelen ser muy frágiles, por lo que requieren bordes de corte ligeramente desafilados para evitar la fractura. Esto aumenta las fuerzas involucradas en el mecanizado y, por esta razón, los materiales duros no suelen recomendarse para maquinaria ligera. Por otro lado, los materiales tratados térmicamente suelen ser mucho más resistentes y no tienen problemas para mantener un borde afilado sin astillarse en condiciones menos favorables (como bajo vibración). Esto los hace adecuados para herramientas manuales y máquinas ligeras. [6]
El aluminio y el latón son piezas típicas con índices de maquinabilidad buenos a excelentes. El hierro fundido, el acero dulce y el plástico tienen buenos índices. El acero inoxidable tiene un índice bajo debido a su tenacidad y tiende a endurecerse a medida que se mecaniza. [6]
Durante el proceso de escariado, la fricción hace que la pieza y la herramienta se calienten. Una lubricación adecuada enfría la herramienta, lo que aumenta su vida útil. Otro beneficio de la lubricación incluye velocidades de corte más altas, lo que reduce los tiempos de producción. La lubricación también elimina las virutas y contribuye a un mejor acabado de la pieza de trabajo. Para la lubricación se utilizan aceites minerales, aceites sintéticos y aceites solubles en agua, que se aplican por inundación o pulverización. En el caso de algunos materiales, solo se necesita aire frío para enfriar la pieza de trabajo. Esto se aplica mediante un chorro de aire [6] o un tubo de vórtice. [7]
Se utilizan normas nacionales e internacionales para estandarizar las definiciones y clasificaciones utilizadas para los escariadores (ya sea en función de su construcción o en función del método de sujeción o de accionamiento). La selección de la norma que se utilizará es un acuerdo entre el proveedor y el usuario y tiene cierta importancia en el diseño del escariador. En los Estados Unidos, ASME ha desarrollado la norma B94.2, que establece los requisitos y métodos para especificar la clasificación de los escariadores. [8]
