Taladradora

Hitos principales:

• 1838: primer taladro de sobremesa hecho enteramente de metal fue creado por James Nasmyth.[2] En España es posible encontrar un taladro original de James Nasmyth en el Museo de la Siderurgia y la Minería de Castilla y León en Sabero, provincia de León. Este taladro se ubicó en la Ferrería de San Blas de Sabero, fábrica de hierro perteneciente a la Sociedad Palentina-Leonesa de Minas.
• 1850: taladro de columna con transmisión a correa y engranajes cónicos (Joseph Whitworth).[2]
• 1851: primer taladro radial (Sharp, Roberts & Co).[3]
• 1860: invención de la broca helicoidal por Martignon, que reemplaza rápidamente a las brocas en punta de lanza utilizadas hasta entonces.[2]
• 1898: invención del acero rápido, que permite aumentar significativamente la velocidad de taladrado.[2]

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.[2] 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.[2]

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.[2]

Los factores principales que caracterizan un agujero desde el punto de vista de su mecanizado son:

• Diámetro
• Calidad superficial y tolerancia
• Material de la pieza

• Longitud del agujero
• Condiciones tecnológicas del mecanizado
• Cantidad de agujeros a producir
• Sistema de fijación de la pieza en el taladro.

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.

Representación gráfica de los agujeros ciegos roscados

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:

${\displaystyle V_{c}\left(\mathrm {m \over min} \right)\ =\ {\frac {n\ \mathrm {({min}^{-1})} \ \times \ \pi \times \ \mathrm {D_{c}(mm)} }{1000\left({{\text{mm}} \over {\text{m}}}\right)}}}$

Donde V_c es la velocidad de corte, n es la velocidad de rotación de la herramienta y D_c 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.[5]

La velocidad de corte excesiva puede dar lugar a:

• Desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta.
• Deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado.
• Calidad del mecanizado deficiente.

La velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a:

• Formación de filo de aportación en la herramienta.
• Efecto negativo sobre la evacuación de viruta.
• Baja productividad.
• Coste elevado del mecanizado.

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.

${\displaystyle n\ ({\text{min}}^{-1})={V_{c}\left({{\text{m}} \over {\text{min}}}\right)*1000\left({{\text{mm}} \over {\text{m}}}\right) \over \pi *D_{c}({\text{mm}})}}$

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 (f_rev). 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.

${\displaystyle F\ \mathrm {(mm/minuto)} \ =\ N\ \mathrm {(rpm)} \ \times F\ \mathrm {(mm/rev)} }$

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

• Decisiva para la formación de viruta
• Afecta al consumo de potencia
• Contribuye a la tensión mecánica y térmica

La elevada velocidad de avance da lugar a:

• Buen control de viruta
• Menor tiempo de corte
• Menor desgaste de la herramienta
• Riesgo más alto de rotura de la herramienta
• Elevada rugosidad superficial del mecanizado.

La velocidad de avance baja da lugar a:

• Viruta más larga
• Mejora de la calidad del mecanizado
• Desgaste acelerado de la herramienta
• Mayor duración del tiempo de mecanizado
• Mayor coste del mecanizado

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.

${\displaystyle T{\text{ (minutos)}}={\frac {\text{Longitud de acercamiento (mm) + Longitud a taladrar (mm)}}{F{\text{ (mm/minuto)}}}}}$

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 K_x. La fuerza específica de corte se expresa en N/mm².[6]

La potencia de corte P_c 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 F_c, 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.

${\displaystyle P_{c}={A_{c}*p*f*F_{c} \over 60*10^{6}*\rho }}$

donde

• P_c es la potencia de corte (kW)
• A_c es el diámetro de la broca (mm)
• p es la profundidad de pasada (mm)
• f es la velocidad de avance (mm/min)
• F_c es la fuerza específica de corte (N/mm²)
• ρ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina

Broca trepanadora.

Entre algunas de las partes y generalidades comunes a la mayoría de las brocas están:

1. Longitud total de la broca. Existen brocas normales, largas y súper-largas.
2. Longitud de corte. Es la profundidad máxima que se puede taladrar con una broca y viene definida por la longitud de la parte helicoidal.
3. Diámetro de corte. Es el diámetro del orificio obtenido con la broca. Existen diámetros normalizados y también se pueden fabricar brocas con diámetros especiales.
4. Diámetro y forma del mango. El mango es cilíndrico para diámetros inferiores a 13 mm, que es la capacidad de fijación de un portabrocas normal. Para diámetros superiores, el mango es cónico (tipo Morse).
5. Ángulo de corte. El ángulo de corte normal en una broca es el de 118°. También se puede utilizar el de 135°, quizá menos conocido pero, quizás, más eficiente al emplear un ángulo obtuso más amplio para el corte de los materiales.
6. Número de labios o flautas. La cantidad más común de labios (también llamados flautas) es dos y después cuatro, aunque hay brocas de tres flautas o brocas de una (sola y derecha), por ejemplo en el caso del taladrado de escopeta.
7. Profundidad de los labios. También importante pues afecta a la fortaleza de la broca.
8. Ángulo de la hélice. Es variable de unas brocas a otras dependiendo del material que se trate de taladrar. Tiene como objetivo facilitar la evacuación de la viruta.
9. Material constitutivo de la broca. Existen tres tipos básicos de materiales:
   1. Acero al carbono, para taladrar materiales muy blandos (madera, plástico, etc.)
   2. Acero rápido (HSS), para taladrar aceros de poca dureza
   3. Metal duro (Widia), para taladrar fundiciones y aceros en trabajos de gran rendimiento.
10. Acabado de la broca. Dependiendo del material y uso específico de la broca, se le puede aplicar una capa de recubrimiento que puede ser de óxido negro, de titanio o de níquel, cubriendo total o parcialmente la broca, desde el punto de corte.

Broca de metal duro soldada.

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.[4]

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 con la resistencia y la tenacidad que tienen.

Portabrocas.

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.

Mordaza para sujetar piezas.

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.

Pinzas cónicas portaherramientas.

Granetes.

Se denomina granete a una herramienta manual que tiene forma de puntero de acero templado afilado en un extremo con una punta de 60° 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.