Mecanizado: Definición, tipos y aplicaciones industriales

El proceso de mecanizado es esencial en la ingeniería mecánica que abarca desde la fabricación de piezas hasta la automatización. Conozca los tipos, herramientas y ventajas en diversas industrias.

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Para los profesionales de las diferentes industrias, el mecanizado es una técnica que está en constante evolución, que impulsa la calidad y la eficiencia en la producción. La habilidad para mecanizar metales con alta precisión y en grandes volúmenes, no solo mejora la rentabilidad, sino que también coloca a las empresas a la vanguardia de la innovación tecnológica.

¿Qué es mecanizado?

El mecanizado es una disciplina de la ingeniería mecánica que abarca una amplia variedad de procesos de fabricación que son fundamentales para la creación de piezas como tornillos y pernos, hasta componentes aeroespaciales de alta precisión. 

Implica una serie de procesos industriales, como el corte, marcado, prensado y agujereado, realizados en una pieza de materia prima, comúnmente metálica pero también puede ser de cerámica, madera o plástico, entre otros, con el propósito de darle la forma y tamaño finales deseados mediante la eliminación controlada del material sobrante.

El objetivo es eliminar el exceso de material y modificar de manera precisa esa materia prima. Se busca obtener una forma y tamaño definitivos. Estas piezas suelen ser utilizadas para complementar la estructura o la función de un proceso específico. El mecanizado puede definirse como un proceso controlado que toma un material y lo transforma para darle otra forma y tamaño final deseados. 

Para entender mejor qué es el mecanizado, es necesario diferenciar los siguientes procesos:

• Cortar: Implica un solo punto o varios puntos de corte.
• Procesos de mecanizados tradicionales: Torneado, molienda y perforación
• Procesos de mecanizados no tradicionales: Electroerosión, Mecanizado CNC, corte por chorro de agua

Proceso de mecanizado

En la era actual, donde la eficiencia y la precisión son cruciales, el proceso de mecanizado se presenta como una solución indispensable que no solo permite la fabricación de piezas con tolerancias extremadamente ajustadas, sino que también ofrecen la posibilidad de producir en masa con una calidad constante. Esto es especialmente relevante en industrias como la automotriz, aeroespacial, médica y de defensa, donde un pequeño error puede tener consecuencias graves.

Con la evolución de la tecnología, el mecanizado también ha visto avances significativos y la automatización en el mecanizado de alta velocidad y la fabricación asistida por computadora (CAM), son solo algunas de las innovaciones que están transformando la industria. Es importante tener en cuenta el impacto ambiental del mecanizado y la adopción de prácticas sostenibles como el reciclaje de virutas de metal y el uso de refrigerantes ecológicos.

Para los profesionales de las diferentes industrias, el mecanizado es una técnica que está en constante evolución, que impulsa la calidad y la eficiencia en la producción. La habilidad para mecanizar metales con alta precisión y en grandes volúmenes, no solo mejora la rentabilidad, sino que también coloca a las empresas a la vanguardia de la innovación tecnológica.

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Tipos de mecanizado y sus diferencias

El mecanizado al ser una técnica de fabricación que ha evolucionado significativamente con el tiempo, se adapta a las necesidades cambiantes de diversas industrias, transforma un material en bruto en una pieza acabada, con su implementación se puede tener una producción exitosa. Veamos sus tipos:

Mecanizado por arranque de viruta

En este proceso, cuchillas o herramientas de corte son utilizadas para dar forma a la pieza mediante la eliminación de material. Este método implica una secuencia de procesos, comenzando con el arranque abundante y poco preciso en etapas intermedias, y culminando en un proceso final con arranque controlado para lograr mayor precisión en las dimensiones y acabado de la pieza.

Taladrado

Este método de mecanizado de piezas consiste en la creación o mejora de orificios utilizando una broca rotativa con bordes cortantes en su extremo inferior.

Durante esta operación, la pieza de trabajo permanece inmóvil mientras la broca penetra en el material. Aunque las taladradoras son las máquinas más comunes para llevar a cabo este proceso de mecanizado, los tornos o fresadoras también pueden realizar taladros.

Fresado

El fresado constituye un método de mecanizado que emplea cortadores giratorios para eliminar material de una pieza de trabajo. Se distinguen principalmente dos tipos de operaciones de fresado: el planeado y el fresado de losas.

El fresado frontal se utiliza en la fabricación para alisar o nivelar la superficie de las piezas de trabajo. En cambio, el fresado de losas es idóneo para mecanizar superficies planas y anchas, implicando cortes planos mediante los bordes periféricos de la fresa.

Este tipo de mecanizado resulta complejo y, en muchas ocasiones, demanda una variedad de cortadores especializados para llevar a cabo las tareas.

Foto mecanizado por fresado

Torneado

En el proceso de torneado, la herramienta de corte permanece fija mientras la pieza de trabajo gira. Es una operación típica de torno que implica la eliminación del exceso de material de una pieza con la ayuda de una herramienta de corte. Esta herramienta trabaja a lo largo de dos ejes de movimiento, generando cortes con ancho y profundidad precisos.

El proceso de torneado es eficaz para mecanizar tanto la parte interna como externa de un material. El torneado en la superficie externa se conoce como refrentado, mientras que el realizado en el interior se denomina mandrinado.

Limado

Es una técnica manual tradicional y una de las formas más antiguas de remover material. Se realiza deslizando una lima de manera repetida para desbastar el material. Aunque tiene una capacidad de remoción limitada, se emplea para ajustes precisos, requiriendo mano de obra altamente especializada. Hay diversos tipos de limas disponibles, variando en el tamaño de los dientes y la sección de la lima.

Máquina herramienta mortajadora

Conocida también como limadora vertical, es una máquina que utiliza una herramienta con movimiento rectilíneo y alternativo vertical para remover virutas mientras se desplaza sobre piezas sujetas a la mesa de la máquina.

Estas máquinas, al igual que otras herramientas de movimiento alternativo, tienen un rendimiento limitado. Además, muchos de los trabajos realizados con mortajadoras pueden ser llevados a cabo en piezas más pequeñas utilizando fresadoras, lo que ha impedido el pleno desarrollo y perfeccionamiento de las mortajadoras en comparación con otras máquinas herramientas.

Originalmente diseñadas para la creación de ranuras, especialmente chaveteros, en poleas, volantes, etc., las mortajadoras también se emplean en la fabricación de matrices, levas, placas, así como en el tallado de engranajes, entre otros usos.

Roscado

Implica el uso de una herramienta de corte que se gira mientras se introduce en un agujero previamente perforado (para hacer una rosca interna) o se gira alrededor de una varilla (para hacer una rosca externa), ayudado por un dispositivo llamado volvedor para facilitar el giro.

Este proceso puede realizarse de forma manual o con máquina herramienta. En el roscado manual, se utiliza un macho de roscar para hacer una rosca interna (hembra) en un agujero, mientras que para hacer una rosca externa (macho) se utiliza una herramienta llamada terraja.

También es posible realizar el roscado en máquinas como taladros o fresadoras, o en máquinas específicamente diseñadas para roscado (roscadoras), donde la herramienta de corte se acopla a la máquina para llevar a cabo el proceso.

Brochado

Consiste en pasar una herramienta rectilínea de filos múltiples, llamada brocha, sobre la superficie a tallar en la pieza, ya sea exterior o interior, para darle una forma determinada.

El brochado se realiza normalmente de una sola pasada mediante el avance continuo de la brocha, la cual retrocede a su punto de partida después de completar su recorrido.

La brocha trabaja por arranque progresivo de material mediante el escalonamiento racional de los dientes, determinado por la forma cónica de la herramienta.

La forma de la herramienta permite obtener formas que por otro procedimiento serían muy costosas o imposibles.

El movimiento de corte (C) lo produce la brocha al avanzar, mientras la pieza está fija; la profundidad de pasada (P) la proporciona la propia herramienta.

La brochadora es una máquina relativamente moderna y se emplea en series largas ya que la brocha es una herramienta un poco costosa.

Rectificado

Consiste en utilizar una muela abrasiva para eliminar material y obtener superficies de alta precisión y acabado. Es ideal para piezas que requieren tolerancias muy ajustadas y superficies suaves.

Bruñido

Es un proceso de acabado superficial que utiliza herramientas especiales para pulir y alisar la superficie de una pieza, mejorando su precisión y acabado.

Lapeado

Implica el uso de una pasta abrasiva entre dos superficies en contacto para eliminar pequeñas imperfecciones y lograr un acabado de alta calidad.

Honing

Similar al lapeado, es un proceso de acabado que emplea piedras abrasivas especiales para mejorar la geometría y el acabado de superficies internas, como los cilindros de motores.

Mandrinado

Se lleva a cabo para mecanizar agujeros de gran diámetro y alta precisión en piezas grandes, utilizando un mandril giratorio y las herramientas de corte adecuadas.

Mecanizado por abrasión

Este método busca dar forma al lingote a través del desgaste, llegando en ocasiones a la incandescencia del material. Se utiliza una muela abrasiva para rayar la superficie y lograr el acabado deseado. Aunque los resultados pueden ser buenos, la desventaja es el tiempo prolongado de fabricación.

Desbarbado

Proceso de eliminación del material sobrante en componentes trabajados mediante mecanizado. Puede realizarse con discos de amolar, arenado con piedras para el bruñido o mediante electropulido, entre otros métodos.

Aserrado

El proceso de aserrado tiene como finalidad generar secciones más cortas a partir de formas extruidas, barras y otros materiales mediante el uso de máquinas especializadas. Los ingenieros emplean diversas máquinas de corte para llevar a cabo esta tarea, entre las que se incluyen sierras para metales, sierras circulares y sierras circulares abrasivas.

La velocidad de la cinta de la sierra para el aserrado varía según el tipo de material a trabajar. Por ejemplo, materiales más blandos como las aleaciones de aluminio requieren una velocidad de corte de 1000 fpm o incluso más. En contraste, algunas aleaciones de alta temperatura necesitan una velocidad de corte más lenta, alrededor de 30 fpm.

Mecanizado sin arranque de viruta

Estampado

Es un proceso  mecanizado en el que se utiliza una prensa para deformar un material en bruto y crear una forma específica. Este método es común en la fabricación de componentes de chapa metálica.

Electroerosión

Se utilizan descargas eléctricas para eliminar material y este proceso es ideal para elementos que son difíciles de mecanizar mediante métodos convencionales, como aleaciones endurecidas.

Electroerosión por hilo (EDM)

Las descargas eléctricas son controladas para eliminar material de una pieza, siendo útil para cortar perfiles precisos en materiales conductores

Electroerosión por penetración (EDM)

Similar al EDM por hilo, tanto la herramienta como la pieza de trabajo se sumergen en un líquido dieléctrico, utilizándose para crear cavidades y perfiles.

Mecanizado asistido por computadora (CAM)

Este es un tipo de mecanizado que utiliza un software especializado para controlar máquinas herramienta en la fabricación de piezas, ofreciendo alta precisión y es ideal para producciones en masa.

Mecanizado CNC

Las siglas CNC hacen referencia al término, Control Numérico Computarizado es un método de manufactura que se caracteriza por utilizar controles computarizados y máquinas herramienta para quitar material de una pieza en bruto y dar forma a una pieza personalizada. Este proceso se prefiere sobre la fabricación aditiva, como la impresión 3D, o la fabricación formativa, como el moldeo por inyección de líquidos. La automatización del mecanizado CNC permite la creación eficiente de piezas precisas, incluso en lotes de producción a escala media.

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Lea también: Fresadoras CNC: guía completa y usos

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Herramientas utilizadas en el mecanizado

El mecanizado es un campo que requiere una precisión extrema y una atención meticulosa a los detalles y uno de los aspectos más cruciales para lograr estos niveles de excelencia, es la selección y uso de las herramientas adecuadas que mejoran su funcionalidad y cómo contribuyen a la eficiencia y calidad del producto final.

Herramientas de corte

• Brocas: Utilizadas principalmente en operaciones de taladrado, vienen en una variedad de tamaños y materiales, incluidos carburo y acero de alta velocidad, para perforar agujeros en diferentes tipos de elementos.
• Fresas: Estas herramientas rotativas se utilizan en el fresado para cortar y modelar materiales y pueden tener diferentes formas y tamaños para adaptarse a las necesidades específicas, como la creación de ranuras, bordes y superficies planas.
• Cuchillas de torno: Son las responsables de cortar el material mientras este gira y pueden ser de diferentes tipos como rectas, curvas o en forma de V, dependiendo de la operación.

Herramientas de acabado

• Muelas abrasivas: Son discos que contienen partículas abrasivas para pulir y mejorar la superficie del material.
• Lijadoras: Se utilizan para suavizar las superficies mediante el uso de papel de lija y son especialmente útiles para preparar piezas para el pintado o el revestimiento.

Herramientas especializadas

• Electrodos: En la electroerosión, se utilizan para generar descargas eléctricas que eliminan material del componente y pueden ser de diferentes formas y tamaños, dependiendo de la complejidad de la pieza.
• Punzones y matrices: Utilizados en el estampado, estos elementos trabajan en conjunto para deformar el material y crear formas específicas.

Herramientas auxiliares

• Portaherramientas: Estos dispositivos sostienen la herramienta de corte o acabado en su lugar durante el mecanizado, garantizando la precisión y la seguridad.
• Medidores y calibradores: Estas herramientas se utilizan para medir dimensiones y asegurar que las piezas cumplan con las especificaciones exactas.
• Innovaciones tecnológicas: Con el avance de la tecnología, también sea visto la introducción de herramientas inteligentes que incorporan sensores y conectividad para monitorear el desgaste de la herramienta y optimizar el proceso de mecanizado.

Sectores que usan el mecanizado

El mecanizado es aplicado en diversos sectores industriales para la producción de piezas metálicas o de plástico

Automoción

Este sector encuentra en el mecanizado la posibilidad de fabricar componentes estructurales, sistemas de propulsión y sistemas de frenos, creando elementos internos para motores, carburadores y radiadores, así como artículos externos para la carrocería y accesorios de salpicadero de cualquier vehículo.

Aeroespacial

Este sector emplea el mecanizado para la producción de componentes estructurales. La fabricación de piezas para aviones es altamente compleja, ya que requiere el uso de ingeniería avanzada para obtener componentes especializados y adaptados a las necesidades específicas de la aeronave.

Fabricación de maquinaria

Se utiliza para la producción de ejes, engranajes y rodillos.

Equipos médicos

En los campos de la medicina y la odontología, numerosos dispositivos e instrumentos se utilizan con regularidad, y muchos de ellos necesitan de diseños específicos para cumplir con sus funciones. Estos diseños se logran mediante el mecanizado de piezas.

En medicina, algunos ejemplos comunes de piezas mecanizadas incluyen la tornería inoxidable, piezas ortopédicas, instrumentos dentales, así como prótesis e implantes. La precisión en la fabricación es fundamental, especialmente para estos últimos, donde se requiere un alto nivel de precisión

Construcción

En el ámbito de la construcción y las reformas, el mecanizado desempeña un papel fundamental, ya que permite la fabricación de amplia variedad de elementos, como marcos y manijas para puertas, tornillos, tuercas y pernos, así como para crear elementos decorativos como lámparas y soportes de iluminación.

Además, las piezas mecanizadas son esenciales en trabajos de fontanería y en la instalación de sistemas de climatización.

Ventajas del mecanizado en la industria manufacturera

El mecanizado ha revolucionado la forma en que se producen bienes y servicios en la industria y desde la fabricación de componentes de automóviles hasta dispositivos médicos y piezas aeroespaciales, este proceso juega un papel crucial en la producción de alta calidad.

• Precisión y consistencia: Una de las mayores ventajas del mecanizado es la precisión extrema que se puede lograr y las tolerancias pueden ser tan ajustadas como unas pocas micras, lo que es esencial en industrias como la aeroespacial y la médica, donde incluso el más mínimo error puede tener graves consecuencias.
• Eficiencia en la producción: Esta técnica permite la fabricación en masa de piezas con una alta consistencia en la calidad. Esto no solo reduce el tiempo de producción, sino que también minimiza el desperdicio de material, lo que a su vez reduce los costos.
• Versatilidad: Es aplicable a una amplia variedad de materiales incluidos metales, plásticos, cerámicas y compuestos. Además, la tecnología de mecanizado moderna permite la fabricación de piezas con geometrías complejas que serían difíciles de producir mediante métodos tradicionales.
• Personalización: Este proceso ofrece la flexibilidad de adaptar la producción para satisfacer necesidades específicas en la fabricación de prototipos y piezas personalizadas.
• Automatización y escalabilidad: Con la incorporación de sistemas de control numérico computarizado (CNC), el mecanizado se ha vuelto altamente automatizado, permitiendo una mayor eficiencia y menos intervención humana, facilitando la escalabilidad de la producción para satisfacer demandas fluctuantes.
• Mejora de la calidad: Este proceso contribuye a la mejora de la calidad del producto al permitir acabados superficiales superiores y una mayor integridad estructural de las piezas, siendo crucial en aplicaciones donde la durabilidad y la fiabilidad son primordiales.
• Sostenibilidad: El mecanizado moderno está cada vez más enfocado en la sostenibilidad, con máquinas más eficientes energéticamente y la capacidad de reciclar virutas y otros desperdicios de material.

Proceso paso a paso del mecanizado: desde el diseño hasta el acabado

El mecanizado es un proceso complejo que requiere una planificación meticulosa y una ejecución precisa, que desde la fase de diseño hasta el acabado final, cada etapa tiene su propia importancia y contribuye al éxito del producto final.

Fase 1: Diseño y planificación

• Diseño CAD: Todo comienza con un diseño detallado utilizando un software asistido por computadora (CAD), donde se crean modelos 3D de la pieza, definiendo sus dimensiones, tolerancias y especificaciones.
• Selección de material: Seleccionar los elementos adecuados dependerá de factores como la resistencia, la durabilidad y el costo para obtener mejores resultados en la fabricación.
• Planificación del proceso: Una vez que el diseño y el material están establecidos, se planifica el proceso de mecanizado, seleccionando las herramientas y métodos más adecuados.

Fase 2: Preparación de la máquina

• Configuración: Antes de comenzar, la máquina herramienta debe configurarse de acuerdo con las especificaciones del proyecto, incluyendo la instalación de las herramientas de corte y la calibración de la máquina.
• Programación: Para máquinas controladas por CNC, se introduce un programa que guiará la máquina durante el proceso de mecanizado.

Fase 3: Mecanizado

• Corte inicial: La pieza de material en bruto se coloca en la máquina y se realiza el corte inicial para darle una forma aproximada.
• Operaciones secundarias: Estas incluyen procesos como el torneado, fresado y taladrado para añadir detalles y características específicas a la pieza.
• Inspección intermedia: Es crucial realizar controles periódicos para asegurarse de que la pieza cumpla con las tolerancias y especificaciones.

Fase 4: Acabado y post-procesamiento

• Rectificado y pulido: Estas operaciones de acabado se realizan para mejorar la superficie de la pieza, eliminando cualquier imperfección.
• Tratamientos térmicos o de superficie: Dependiendo de la aplicación, la pieza puede requerir tratamientos adicionales como endurecimiento, anodizado o revestimientos protectores.
• Inspección final: Una inspección rigurosa debe llevarse a cabo para asegurar que la pieza cumpla con todas las especificaciones y estándares de calidad.

Fase 5: Control de calidad y entrega

• Documentación: Se prepara toda la documentación necesaria, incluidos los informes de inspección y certificados de conformidad.
• Entrega: Finalmente, la pieza mecanizada se empaqueta de manera segura y se prepara para ser entrega al cliente o para su integración en un ensamblaje más grande.

Materiales comunes en el mecanizado y sus propiedades

El mecanizado se aplica a una amplia variedad de materiales y cada uno con propiedades únicas que afectan tanto la técnica como el producto final. Es por esto, que tener claro cuáles son los procesos utilizados en los materiales, permitirá destacar sus propiedades distintivas y las aplicaciones para las que son más adecuadas.

Metales

Acero al carbono:

• Propiedades: Alta resistencia, buena maquinabilidad y tiene buena durabilidad.
• Aplicaciones: Piezas de automóviles, estructuras de construcción y herramientas.

Acero Inoxidable

• Propiedades: Es resistente a la corrosión, alta resistencia a la tracción, y tiene buena maquinabilidad.
• Aplicaciones: Equipos médicos, componentes aeroespaciales y utensilios de cocina.

Aluminio

• Propiedades: Ligero, buena conductividad térmica, eléctrica y es fácil de mecanizar.
• Aplicaciones: Componentes electrónicos, estructuras de aeronaves, envases.

Plásticos

Polietileno

• Propiedades: Baja fricción, resistencia química, fácil de mecanizar.
• Aplicaciones: Recipientes para productos químicos, componentes de baja carga.

Acrílico

• Propiedades: Transparencia, resistencia al impacto, buena maquinabilidad.
• Aplicaciones: Pantallas, lentes, señalización.

Polipropileno

• Propiedades: Resistencia química, baja densidad, buena estabilidad térmica.
• Aplicaciones: Componentes automotrices, envases, textiles.

Cerámicas y Compuestos

Óxido de aluminio

• Propiedades: Alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia a altas temperaturas.
• Aplicaciones: Componentes de motores, herramientas de corte, implantes médicos.

Carburo de silicio

• Propiedades: Dureza extrema, resistencia a la corrosión y tiene baja expansión térmica.
• Aplicaciones: Componentes electrónicos, herramientas abrasivas, revestimientos protectores.

Materiales exóticos

Titanio

• Propiedades: Alta resistencia a la tracción, resistencia a la corrosión y contiene biocompatibilidad.
• Aplicaciones: Implantes médicos, componentes aeroespaciales, equipos deportivos.

Inconel

• Propiedades: Resistencia a la corrosión, estabilidad a altas temperaturas y difícil de mecanizar.
• Aplicaciones: Turbinas de gas, componentes de motores de cohetes, equipos petroquímicos.

La selección del material adecuado es un paso importante en el proceso de mecanizado, ya que influye directamente en la calidad, durabilidad y la funcionalidad del producto final. Cada material tiene sus propiedades y comprender las características de cada elemento, los fabricantes pueden tomar decisiones más informadas, optimizando así el proceso de mecanizado y mejorando la calidad del producto.

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