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ARTICULO 6:Brocas, la revolucion silenciosa
Articulo 6 Procesos de Manufactura II – 2 – Grupo 1 – Cárdenas – Casas – Mendez.doc
Introducción
Este articulo habla sobre broca, algunos puedes pensar que es un elemento común y corriente, pero lo que no saben es lo trascendental que este elemento se está convirtiendo en la industria, ya que el proceso de taladrado es el que mayor porcentaje de tiempo tiene en la elaboración de un producto. Este artículo nos habla de la evolución de este elemento con el pasar de los años, la modificación en su geometría con nuevos tipos de materiales, su recubrimiento con composites y las diferentes aplicaciones que está adquiriendo. Son factores que influyen para que las brocas sean consideradas en un futuro la cuarta revolución industrial.
Desarrollo
En tan sólo una década se han visto los mayores avances en el mecanizado de piezas, impulsados por las exigencias del mercado global para sectores como el automotriz, aeroespacial, médico, energía, y electrónico, por mencionar algunos, los cuales enfrentan el reto de producir más, con más calidad y a menor costo.
Dentro de las operaciones de mecanizado, la más importante y donde se podrían obtener sustanciales ahorros es el taladrado. Varios estudios y encuestas indican que la fabricación de agujeros (taladrado) es una de las operaciones de corte de metal que consumen más tiempo en el área de mecanizado. Se estima que 36% de todas las horas-máquina (40% con máquinas de control numérico [CNC]) se gasta realizando operaciones de fabricación de agujeros, en comparación con 26% para el fresado y 25% para el torneado.
Figura 1. Representación de brocas durante el taladrado
Fuente: metalmecánica internacional
En los últimos 10 años, los materiales para herramientas y recubrimientos utilizados en brocas han mejorado dramáticamente: una mayor potencia, husillos de alta velocidad, máquinas rígidas y de alta presión, mejora en accesorios de sujeción, alta concentración de fluidos metálicos (MWF), han permitido una mejora significativa en la calidad de los agujeros perforados, mientras que la velocidad de corte se ha triplicado y la tasa de penetración se ha duplicado.
Según la Society of Manufacturing Engineers (SME), hace 20 años, las brocas de carburo sólido corrían comúnmente a velocidades de 60 a 80 m/min, mientras que hoy 200 m/min en acero es común, siempre que la máquina tenga suficiente potencia, estabilidad y capacidad de suministro de refrigerante.
estas mejoras, según Viktor P. Astakhov, empresario y autor del libro Drill: Science and Technology of Advanced Operations, se les podría considerar la revolución ‘silenciosa’ o la cuarta revolución industrial.
Geometría, recubrimientos, refrigeración
Lo que es un hecho, es que el uso de materiales ligeros se ha expandido en prácticamente todos los sectores de la industria, y son cada vez más comunes en las máquinas herramienta, robots industriales y el sector de consumo, de modo que los nuevos materiales requieren también nuevas herramientas.
Figura 2. Diferentes geometrías de brocas
Fuente: Metalmecánica internacional
Una tendencia fundamental, según Carlos Rosales, gerente de Ventas Zona Sur de Walter Tools México, es incrementar la vida útil de la herramienta, mediante nuevos sustratos, nuevos recubrimientos, con mayor resistencia al calor y al desgaste al momento que está barrenando, con un mejor desalojo de la rebaba, es decir, la mayor remoción de material en menor tiempo.
Sobre todo en el taladrado se está trabajando con nuevas geometrías y nuevos recubrimientos. De acuerdo con Salvador Rivera Chequer, gerente general de OSG Royco, veremos geometrías cada vez más especializadas para cada aplicación, si antes había una misma para aleación de níquel y aleación de titanio, ahora se está trabajando en una específica para cada caso.
Esto es porque una mejora en la geometría de la punta de la broca permite asegurar el auto centrado de la misma, sin tener que utilizar previamente una broca de centrado, lo que garantiza un mecanizado más eficaz sobre la longitud de corte, un buen desprendimiento de la viruta y mayor vida útil de la herramienta, incluso, si se trata de materiales muy duros.
Y en cuanto a los recubrimientos, la preparación de la broca para utilizar la menor cantidad de lubricación o enfriamiento, será algo común en la industria, según Carlos Rosales. “La base del sustrato sería el mismo, solamente la composición y el afilado, la preparación de filos y los recubrimientos que se utilizan serían diferentes”.
Como explica el especialista, esto implica un menor costo y un proceso más ecológico. “Para minimizar el impacto que tenemos al medio ambiente, en vez de utilizar galones de refrigerante, por ejemplo, 200 litros para una máquina, esto se va a reducir a galones para el mismo proceso, utilizando MQL (Minimum Quantum of Lubrication), los mismos fabricantes de máquinas ya lo tienen dentro de su oferta y esto nos obligó a tener desarrollos y hoy en día los tenemos”, asegura Rosales.
En materia de recubrimientos, agrega Salvador Rivera, se trata de aumentar la resistencia al calor, al desgaste y reducir el coeficiente de fricción. Recubrimientos como el PCD de diamante de policristalino o el diamante de monocristalino (MCD), van a tener mayor auge, ya que los metales duros permiten mecanizar casi cualquier tipo de combinación de materiales duros, además de que su costo es menor que otros, como sería el de diamante monocristalino, que se utiliza básicamente para conseguir superficies de alto brillo. La tendencia, dice, es desarrollar herramientas que permitan una adaptación a centros de maquinado convencionales y tornos CNC, lo que elimina el uso de herramienta especial que tiene un costo y tiempo de entrega elevado.
Hacia la especialización
También hay una tendencia hacia la especialización, ya que cada sector de la industria tiene requerimientos específicos para sus procesos.
Figura 3. Operario realizando un taladrado
Fuente: Metalmecánica internacional
En la industria automotriz, hoy en día, a la par de los rápidos cambios de modelo, la productividad debe aumentar de forma constante, manteniendo niveles de calidad óptimos, con márgenes reducidos para competir en el mercado global.
Materiales de fundición gris y de grafito vermicular son cada vez más usados en el bloque de motor para lograr gran potencia con una pequeña cilindrada y bajo consumo; también el aluminio para un menor peso del vehículo; acero de alta dureza y materiales GGG para piezas del motor y frenos; aleaciones de magnesio para la caja de engranaje. El mecanizado en estos casos requiere de un arranque de viruta preciso, alta productividad y larga vida de la herramienta para lograr costos por unidad competitivos.
figura 4. taladrado en chasis
La industria aeroespacial, junto con la de dispositivos médicos, es una de las más exigentes a la hora del mecanizado de piezas. Actualmente, las aeronaves tienen cada vez más partes de materiales como CFRP, aluminio, titanio, acero, níquel y otros materiales.
El CFRP, que se espera sustituya las partes de aluminio en los aviones, es duro y abrasivo, tiene una resistencia de la tensión 10 veces mayor que el acero; una densidad que es una cuarta parte de la del acero; alta resistencia a la compresión; resistencia a la oxidación, al calor y a las bajas temperaturas; y es un material de larga vida. Maquinar piezas de este material implica que se tienen láminas delgadas, geometrías complejas, una baja rigidez de sujeción, además de vibraciones que marcan la pieza al cortarla, de acuerdo con Salvador Rivera, de OSG Royco.
Los talleres de mecanizado usan para este material, brocas de insertos PCD, brocas con canales PCD o herramientas de mandril con soldadura fuerte; pero, este tipo de cortadores provocan la de laminación en lugar de hacer un corte limpio, dejando marcas casi invisibles de los desprendimientos y comprometiendo el material.
Al cortar CFRP, que es muy suave y abrasivo, se requiere un recubrimiento muy fino que permita ángulos de corte positivos, por lo que el de diamante provee un bajo coeficiente de fricción, alta resistencia al desgaste, un excelente acabado superficial, y tiene la posibilidad de refilar.
figura 5. taladrado en estructuras aeroespaciales
Para la industria médica, se verán en los próximos años más materiales compositos, aunque hoy se trabaja especialmente con cromo de cobalto y titanio, por ser materiales ligeros, duraderos y no tóxicos, y cuyo mecanizado es más difícil que el del acero.
Por ejemplo, el mecanizado de prótesis a partir de barras implica la eliminación de una gran cantidad de material, y ya que se moldea hasta obtener una pieza exacta, exige el empleo de técnicas de fijación, como resultado se encarece el proceso, comenta Phil Russel, responsable de Cuentas Internacionales de Seco Tools.
figura 6. mecanizado de protesis
La industria de la energía, en particular, la eólica impone retos en materia de herramientas para el taladrado, ya que al tratarse de piezas de gran tamaño como las roscas para las turbinas que son de muy alto costo, se requiere gran precisión, así como un proceso estable y fiable.
Se requiere de una nueva combinación de engranajes externos e internos, desde grandes anillos de rotación a pequeñas ruedas de engranaje convencionales. Entre lo más reciente para este sector, está CoroMill 170, de Sanvik Coromant, que es un disco de desbaste para el fresado de engranajes que reduce el tiempo de mecanizado de piezas críticas de la caja de engranajes y de la transmisión de los aerogeneradores. Puede mecanizar engranajes de dimensiones de módulos entre 12 y 22, en función de los requisitos de la aplicación.
figura 7. Generador energia eolica
En la medida en que haya nuevos materiales en la industria, las herramientas seguirán cambiando en función de las nuevas necesidades, por lo pronto, en Europa, ya se preparan para el futuro y se ha iniciado el proyecto INTEFIX, como una colaboración de empresas e instituciones de varios países europeos en busca de integrar software y hardware (CAD/CAM/CAE, sensores, actuadores, etc.) con herramientas, para incrementar el rendimiento de los procesos de mecanizado, en precisión, calidad y costo. La revolución comenzó.
Conclusiones
La evolución de las brocas puede considerarse la cuarta revolución industrial, ya que el taladrado es el proceso de mayor duración en la elaboración de una máquina. Así que al diseñar brocas se busca incrementar la vida útil de la herramienta, mediante nuevos sustratos, nuevos recubrimientos, con mayor resistencia al calor y al desgaste al momento que está barrenando, con un mejor desalojo de la rebaba, es decir, la mayor remoción de material en menor tiempo.
El material de recubrimiento de la broca también es fundamental ya que de esta manera contribuimos con el medio ambiente, al diseñar recubrimientos que reduzcan la fricción y de esta manera el uso de aceites refrigerantes.
Esta serie de estudios sobre la nueva composición de una broca busca una mayor vida útil de la herramienta, mayor productividad, procesos más limpios, y por lo tanto, menores costos.
Hay que tener también en cuenta que uso específico va a tener la broca, por tal razón se debe mirar en que campo va a estar especializada la broca. En los campos donde se están desarrollando mejores brocas son la industria automotriz, aeroespacial, medicina e industria de la energía.
Un dato adicional es que en Europa se está buscando integrar softwares y hardware con herramientas, para incrementar el rendimiento de los procesos de mecanizado, en precisión, calidad y costo.
Referencias
[1] veronica alcantara. brocas, la revolución silenciosa. metalmecánica internacional, octubre de 2014, tomado de http://www.metalmecanica.com/temas/Brocas,-la-revolucion-silenciosa+100478?tema=6160000&pagina=4
