Se denomina taladradora o taladro a la máquina o herramienta con la que se mecanizan la mayoría de los agujeros que se hacen a las piezas en los talleres mecánicos. Destacan estas máquinas por la sencillez de su manejo. Tienen dos movimientos: El de rotación de la broca que le imprime el motor eléctrico de la máquina a través de una transmisión por poleas y engranajes, y el de avance de penetración de la broca, que puede realizarse de forma manual sensitiva o de forma automática, si incorpora transmisión para hacerlo.
Se llama taladrar a la operación de mecanizado que tiene por objeto producir agujeros cilíndricos en una pieza cualquiera, utilizando como herramienta una broca. La operación de taladrar se puede hacer con un taladro portátil, con una máquina taladradora, en un torno, en una fresadora, en un centro de mecanizado CNC o en una mandriladora.
De todos los procesos de mecanizado, el taladrado es considerado como uno de los procesos más importantes debido a su amplio uso y facilidad de realización, puesto que es una de las operaciones de mecanizado más sencillas de realizar y que se hace necesaria en la mayoría de los componentes que se fabrican.
Los taladros descritos en este artículo se refieren básicamente a los usados en las industrias metalúrgicas para el mecanizado de metales. Otros tipos de taladros empleados en la cimentación de edificios y obras públicas, así como en sondeos mineros, tienen otras características muy diferentes y serán objeto de otros artículos específicos.
Ya en el Paleolítico Superior los humanos taladraban conchas de moluscos con fines ornamentales. Se han hallado conchas perforadas de entre 70.000 y 120.000 años de antigüedad en África y Oriente Próximo, atribuidas al Homo sapiens. En Europa unos restos similares datados de hace 50.000 años muestran que también el Hombre de Neandertal conocía la técnica del taladrado.
Taladrar requiere imprimir un movimiento de rotación a la herramienta. El procedimiento más antiguo que se conoce para ello es el denominado "arco de violín", que proporciona una rotación alternativa. Un bajorrelieve egipcio del año 2700 a. C. muestra una herramienta para taladrar piedra accionada de otra manera, mediante un mango.
A finales de la Edad Media está documentado el uso de taladros manuales llamadas berbiquís.
Hitos principales:
Las tecnologías desarrolladas durante la Revolución Industrial se fueron aplicando a los taladros, que de esta manera fueron pasando a ser accionadas eléctricamente y a ser cada vez más precisas gracias a la metrología y más productivas gracias a nuevos materiales como el carburo de silicio o el carburo de tungsteno. Sin embargo, en su arquitectura las máquinas se conservaron casi sin cambios las formas que habían sido puestas a punto a lo largo del siglo XIX.
La aparición del control numérico a partir de los años 1950 y sobre todo del control numérico por computadora a partir de los 1970 revolucionó las máquinas-herramienta en general y los taladros en particular. La microelectrónica permitió integrar los taladros con otras máquinas-herramienta como tornos o mandrinadoras para formar "centros de mecanizado" polivalentes gestionados por ordenador.
El taladrado es un término que cubre todos los métodos para producir agujeros cilíndricos en una pieza con herramientas de arranque de viruta. Además del taladrado de agujeros cortos y largos, también cubre el trepanado y los mecanizados posteriores tales como escariado, mandrinado, roscado y brochado. La diferencia entre taladrado corto y taladrado profundo es que el taladrado profundo es una técnica específica diferente que se utiliza para mecanizar agujeros donde su longitud es varias veces más larga (8-9) que su diámetro.
Con el desarrollo de brocas modernas el proceso de taladrado ha cambiado de manera drástica, porque con las brocas modernas se consigue que un taladro macizo de diámetro grande se pueda realizar en una sola operación, sin necesidad de un agujero previo, ni de agujero guía, y que la calidad del mecanizado y exactitud del agujero evite la operación posterior de escariado.
Como todo proceso de mecanizado por arranque de viruta la evacuación de la misma se torna crítica cuando el agujero es bastante profundo, por eso el taladrado está restringido según sean las características del mismo. Cuanto mayor sea su profundidad, más importante es el control del proceso y la evacuación de la viruta.
Los factores principales que caracterizan un agujero desde el punto de vista de su mecanizado son:
Casi la totalidad de agujeros que se realizan en los diferentes taladros que existen guardan relación con la tornillería en general, es decir la mayoría de agujeros taladrados sirven para incrustar los diferentes tornillos que se utilizan para ensamblar unas piezas con otras de los mecanismos o máquinas de las que forman parte.
Según este criterio hay dos tipos de agujeros diferentes los que son pasantes y atraviesan en su totalidad la pieza y los que son ciegos y solo se introducen una longitud determinada en la pieza sin llegarla a traspasar, tanto unos como otros pueden ser lisos o pueden ser roscados.
Respecto de los agujeros pasantes que sirven para incrustar tornillos en ellos los hay de entrada avellanada, para tornillos de cabeza plana, agujeros de dos diámetros para insertar tornillos allen y agujeros cilíndricos de un solo diámetro con la cara superior refrentada para mejorar el asiento de la arandela y cabeza del tornillo. El diámetro de estos agujeros corresponde con el diámetro exterior que tenga el tornillo.
Respecto de los agujeros roscados el diámetro de la broca del agujero debe ser la que corresponda de acuerdo con el tipo de rosca que se utilice y el diámetro nominal del tornillo. En los tornillos ciegos se debe profundizar más la broca que la longitud de la rosca por problema de la viruta del macho de roscar.
Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso de taladrado son los siguientes:
Se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la broca u otra herramienta que se utilice en el taladro (Escariador, macho de roscar, etc). La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de broca que se utilice, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta.
A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendrá el husillo portafresas según la siguiente fórmula:
Donde Vc es la velocidad de corte, n es la velocidad de rotación de la herramienta y Dc es el diámetro de la herramienta.
La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. Los fabricantes de herramientas y prontuarios de mecanizado, ofrecen datos orientativos sobre la velocidad de corte adecuada de las herramientas para una duración determinada de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos. En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta en operación de corte no es lineal.
La velocidad de corte excesiva puede dar lugar a:
La velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a:
La velocidad de rotación del husillo portabrocas se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). En los taladros convencionales hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En los taladros de control numérico, esta velocidad es controlada con un sistema de realimentación que habitualmente utiliza un variador de frecuencia y puede seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta una velocidad máxima.
La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a la velocidad de corte e inversamente proporcional al diámetro de la herramienta.
El avance o velocidad de avance en el taladrado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de taladrado.
Cada broca puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución (frev). Este rango depende fundamentalmente del diámetro de la broca, de la profundidad del agujero, además del tipo de material de la pieza y de la calidad de la broca. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en los catálogos de los fabricantes de brocas. Además esta velocidad está limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia del motor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es el indicador de limitación más importante para una broca. El filo de corte de las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo de grosor de la viruta.
La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la herramienta.
Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en los taladros convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidades disponibles, mientras que los taladros de control numérico pueden trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la máxima velocidad de avance de la máquina.
Efectos de la velocidad de avance
La elevada velocidad de avance da lugar a:
La velocidad de avance baja da lugar a:
Para poder calcular el tiempo de mecanizado de un taladro hay que tener en cuenta la longitud de aproximación y salida de la broca de la pieza que se mecaniza. La longitud de aproximación depende del diámetro de la broca.
La fuerza de corte es un parámetro necesario para poder calcular la potencia necesaria para efectuar un determinado mecanizado. Este parámetro está en función del avance de la broca, de la velocidad de corte, de la maquinabilidad del material, de la dureza del material, de las características de la herramienta y del espesor medio de la viruta. Todos estos factores se engloban en un coeficiente denominado Kx. La fuerza específica de corte se expresa en N/mm2.
La potencia de corte Pc necesaria para efectuar determinado mecanizado se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga el taladro. Se expresa en kilovatios (kW).
Esta fuerza específica de corte Fc, es una constante que se determina por el tipo de material que se está mecanizando, geometría de la herramienta, espesor de viruta, etc.
Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene que dividirse por un determinado valor (ρ) que tiene en cuenta la eficiencia de la máquina. Este valor es el porcentaje de la potencia del motor que está disponible en la herramienta puesta en el husillo.
donde
La instalación masiva de centros de mecanizado CNC en las industrias metalúrgicas ha supuesto un gran revulsivo en todos los aspectos del mecanizado tradicional.
Un centro de mecanizado ha unido en una sola máquina y en un solo proceso tareas que antes se hacían en varias máquinas, taladros, fresadoras, mandrinadoras, etc, y además efectúa los diferentes mecanizados en unos tiempos mínimos antes impensables debido principalmente a la robustez de estas máquinas a la velocidad de giro tan elevada que funciona el husillo y a la calidad extraordinaria de las diferentes herramientas que se utilizan.
Así que un centro de mecanizado incorpora un almacén de herramientas de diferentes operaciones que se pueden efectuar en las diferentes caras de las piezas cúbicas, con lo que con una sola fijación y manipulación de la pieza se consigue el mecanizado integral de las caras de las piezas, con lo que el tiempo total de mecanizado y precisión que se consigue resulta muy valioso desde el punto de vista de los costes de mecanizado, al conseguir más rapidez y menos piezas defectuosas.
Cuando los ingenieros diseñan una máquina, un equipo o un utensilio, lo hacen mediante el acoplamiento de una serie de componentes de materiales diferentes y que requieren procesos de mecanizado para conseguir las tolerancias de funcionamiento adecuado.
La suma del coste de la materia prima de una pieza, el coste del proceso de mecanizado y el coste de las piezas fabricadas de forma defectuosa constituyen el coste total de una pieza. Desde siempre el desarrollo tecnológico ha tenido como objetivo conseguir la máxima calidad posible de los componentes así como el precio más bajo posible tanto de la materia prima como de los costes de mecanizado. Para reducir el coste de taladrado y del mecanizado en general se ha actuado en los siguientes frentes:
Para disminuir el índice de piezas defectuosas se ha conseguido automatizar al máximo el trabajo de los taladros, disminuyendo drásticamente el taladrado manual, y construyendo taladros automáticos muy sofisticados o guiados por control numérico que ejecutan un mecanizado de acuerdo a un programa establecido previamente.
Debido a las múltiples condiciones en las que se usan los taladros, se pueden clasificar de acuerdo a su fuente de poder, su función y su soporte.
Por su fuente de poder existen:
Por su función existen:
Por su soporte:
Las brocas son las herramientas más comunes que utilizan los taladros, si bien también pueden utilizar machos para roscar a máquina, escariadores para el acabado de agujeros de tolerancias estrechas, avellanadores para chaflanar agujeros, o incluso barras con herramientas de mandrinar
Las brocas tienen diferente geometría dependiendo de la finalidad con que hayan sido fabricadas. Diseñadas específicamente para quitar material y formar, por lo general, un orificio o una cavidad cilíndrica, la intención en su diseño incluye la velocidad con que el material ha de ser retirado y la dureza del material y demás cualidades características del mismo.
Entre algunas de las partes y generalidades comunes a la mayoría de las brocas están:
Para las máquinas taladradoras de gran producción se utilizan brocas macizas de metal duro para agujeros pequeños y barras de mandrinar con plaquitas cambiables para el mecanizado de agujeros grandes. Su selección se hace teniendo en cuenta el material de la pieza, el tipo de aplicación y las condiciones de mecanizado.
La variedad de las formas de las plaquitas es grande y está normalizada. Asimismo la variedad de materiales de las herramientas modernas es considerable y está sujeta a un desarrollo continuo.
La adecuación de los diferentes tipos de plaquitas que se utilizan en las brocas de metal duro ya sean soldadas o cambiables se adecuan a las características del material a mecanizar y se indican a continuación y se clasifican según una Norma ISO/ANSI para indicar las aplicaciones en relación a la resistencia y la tenacidad que tienen.
Los taladros utilizan como accesorios principales:
El portabrocas es el dispositivo que se utiliza para fijar la broca en el taladro cuando las brocas tienen el mango cilíndrico. El portabrocas va fijado a la máquina con un mango de cono Morse según sea el tamaño del portabrocas.
Los portabrocas se abren y cierran de forma manual, aunque hay algunos que llevan un pequeño dispositivo para poder ser apretados con una llave especial. Los portabrocas más comunes pueden sujetar brocas de hasta 13 mm de diámetro. Las brocas de diámetro superior llevan un mango de cono morse y se sujetan directamente al taladro.
En los taladros es muy habitual utilizar mordazas u otros sistemas de apriete para sujetar las piezas mientras se taladran. En la sujeción de las piezas hay que controlar bien la presión y la zona de apriete para que no se deterioren.
Cuando se utilizan cabezales multihusillos o brocas de gran producción se utilizan en vez de portabrocas, cuyo apriete es débil, pinzas cónicas atornilladas que ocupan menos espacio y dan un apriete más rígido a la herramienta.
Se denomina granete a una herramienta manual que tiene forma de puntero de acero templado afilado en un extremo con una punta de 60º aproximadamente que se utiliza para marcar el lugar exacto que se ha trazado previamente en una pieza donde haya que hacerse un agujero, cuando no se dispone de una plantilla adecuada.
Cuando se mecanizan piezas en serie, no se procede a marcar los agujeros con granetes sino que se fabrican unas plantillas que se incorporan al sistema de fijación de la pieza debidamente referenciada. Las plantillas llevan incorporado unos casquillos guías para que la broca pueda encarar los agujeros de forma exacta sin que se produzcan desviaciones de la punta de la broca. En operaciones que llevan incorporado un escariado o un roscado posterior los casquillos guías son extraíbles y se cambian cuando se procede a escariar o roscar el agujero.
En las industrias metalúrgicas que realizan muchos taladros, se dispone de máquinas especiales de afilado para afilar las brocas cuando el filo de corte se ha deteriorado. El afilado se puede realizar en una amoladora que tenga la piedra con grano fino pero la calidad de este afilado manual suele ser muy deficiente porque hay que ser bastante experto para conseguir los ángulos de corte adecuados. La mejor opción es disponer de afiladoras de brocas.
Estos dos factores son muy importantes en el proceso de taladrado. La generación de formas y tamaños de viruta adecuados, y también su evacuación, es vital para realizar correctamente cualquier operación de taladrado. Si el proceso no es correcto, cualquier broca dejará de cortar después de poco tiempo porque la viruta se quedará atascada en el agujero. Con las brocas modernas las velocidades de perforación son muy elevadas pero esto solo ha sido posible gracias a la evacuación eficaz de la viruta mediante el fluido de corte.
Todas las brocas helicoidales disponen de canales para evacuar la viruta. Durante el mecanizado se inyecta fluido de corte en la punta de la broca para lubricarla y para evacuar la viruta por los canales.
La formación de la viruta está determinada por el material de la pieza, la geometría de la herramienta, la velocidad de corte y en cierta medida por el tipo de lubricante que se utilice. La forma y longitud de la viruta son aceptables siempre que permitan su evacuación de manera fiable.
Cuando se está trabajando en un taladro , hay que observar una serie de requisitos para asegurarse de no tener ningún accidente que pudiese ocasionar cualquier pieza que fuese despedida de la mesa o la viruta si no sale bien cortada. Para ello es indispensable que las piezas estén bien sujetas. Pero también de suma importancia es el prevenir ser atrapado (a) por el movimiento rotacional de la máquina, por ejemplo por la ropa o por el cabello largo. La precaución es indispensable, puesto que el ser atrapado accidentalmente puede ser fatal.
No existe una profesión técnica especializada para el manejo de taladros, debido a que son máquinas sencillas de manejar, pero sí se capacitan técnicos que utilizan taladradoras de control numérico, especialmente programadores que conozcan los factores que intervienen en el mecanizado, como las prestaciones de la máquina y las herramientas, la sujeción de piezas, el material y la cantidad de piezas a mecanizar, etc.
También debe conocer los parámetros tecnológicos del taladrado, como la velocidad de corte, el avance del mecanizado, etc. Además debe saber interpretar los planos de las piezas y conocer la técnica de programación según el taladro.
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