28 MAQUINARIA ras: Trabajo Preciso en Cavidades Internas Carlos Elías Sepúlveda lozano Periodista Metal Actual El portaherramientas de alesado avanza, independiente del cabezal, hasta un metro y medio. La alesadora es usada para trabajar y aumentar superficies de cavidades internas en un sin número de piezas utilizadas en sectores industriales como el automotor, agroindustrial y petrolero, entre otros. Los procesos de mecanizado de piezas son diversos y cada uno cumple un fin específico; cuando es necesario ajustar las medidas internas de una pieza circular para una actividad puntual, lo más adecuado es que el industrial utilice una máquina alesadora, que con la calibración correcta puede realizar esta tarea sin ningún inconveniente. El alesado es la expansión cilíndrica o cónica interna de la superficie de una cavidad previamente hecha a una pieza. Este procedimiento se realiza con el objetivo de rebajar material de la pieza para alcanzar las dimensiones requeridas de producción. Alesar también se define como realizar una cavidad mayor dentro de otra cavidad.
MAQUINARIA 29 El proceso es realizado a camisas para motores de combustión interna, camisas para cilindros hidráulicos (empleados en maquinaria agrícola, vial e industrial) y también en sistemas neumáticos. Se le aplica a bielas y pistones, así como en tapas de cilindros y en la fabricación de diversos tipos de bombas hidráulicas, entre otras piezas. En Colombia y en países como España y México, específicamente, también se conoce al proceso como mandrilado, debido a que el componente que sostiene el portaherramienta de la máquina es llamado popularmente mandril (plato-cabezal). Por ello, es pertinente aclarar que las dos palabras hacen referencia al mismo procedimiento. Máquinas ras Las alesadoras están conformadas generalmente por bancada; columna fija delantera y columna posterior; cabezal; mesa, donde se ubica la pieza a trabajar; los carros, que permiten el desplazamiento; plato del cabezal; husillo; inserto o cuchilla; soporte de portaherramientas posterior y el control eléctrico o manual (palancas), según el tipo de máquina. Sobre la bancada está la mesa que puede moverse, longitudinal o transversalmente, por los carros o rieles ubicados para dicha acción. En la columna delantera se encuentra el cabezal y el husillo con la respectiva herramienta que trabaja la pieza, los cuales también pueden desplazarse mediante carros. Las máquinas alesadoras CNC trabajan desde 4 hasta 6 ejes simultáneos, principal diferencia con las alesadoras convencionales, lo que les permite realizar alesados más complejos. El husillo (portaherramienta) puede avanzar independientemente del cabezal principal diferencia de las alesadoras con otro tipo de máquina utilizada para mecanizado- hasta Foto: Metal Actual un metro y medio; lo que le permite trabajar cavidades profundas de piezas de gran tamaño que requieran someterse al proceso de alesado. El movimiento principal del husillo es el de rotación, complementado con avances en posición que son realizados según el material trabajado y la herramienta empleada. Cuando el husillo avanza, una distancia considerable, tiende a fluctuarse (doblarse) por su peso, razón por la cual en muchas ocasiones es colocada una barra desde la columna delantera hasta la posterior, que atraviesa toda la pieza, con la herramienta o cuchilla fijada en la mitad, para ejecutar el alesado sin este inconveniente. Las alesadoras, en general, se clasifican en verticales y horizontales. Las primeras son las más utilizadas para la fabricación de piezas, como por ejemplo culatas de motor, que luego de su fundición son perforadas y posteriormente son alesados los orificios, para que tomen forma y medidas exactas. Es relevante decir que las alesadoras en el país también son conocidas con el nombre de rectificadoras, debido a que, son mayormente utilizadas en la reparación de piezas y no en su fabricación. El proceso de rectificación consiste en rebajar el tamaño del orificio 5 o 6 mm con la alesadora y En la imagen se observa la estructura general de una alesadora horizontal. luego maquinar una camisa cilindro metálico que sirve de relleno para que el orificio quede nuevamente con las dimensiones exactas requeridas ; posteriormente es realizado el acabado final y en ese momento se rectifica la pieza. Otra diferencia importante entre una alesadora vertical y una horizontal es el espacio que ocupan; debido a que, por lo general, una máquina horizontal es para trabajar piezas de gran tamaño; si estas mismas piezas fueran mecanizadas en una alesadora vertical, el problema radicaría en que la estructura debería ser excesivamente alta y las columnas de la máquina no tendrían la misma estabilidad, por ende, el equipo presentaría un problema que afectaría su correcto funcionamiento. Tipo de ra Según la Pieza Trabajada Dentro de estos dos tipos de alesadoras pueden encontrarse variaciones con características específicas, por ejemplo en su estructura, que depende de si las piezas a trabajar son livianas o pesadas. Si son livianas, el árbol portaherramienta es fijo y la pieza móvil; en caso que sean pesadas, el árbol es móvil y la pieza se ubica sobre una bancada de tal forma que quede fija.
30 MAQUINARIA necesarias para desempeñarse este proceso. (Ver cuadro 1). Vertical Horizontal Herramientas Utilizadas para Alesar Gráfica: Metal Actual Cuando la empresa se dedica a tornear el interior de cilindros de piezas muy pesadas, lo ideal es que utilice una alesadora horizontal con husillo desplazable verticalmente y mesa móvil, que por lo general es empleada para el alesado de cilindros de motores térmicos. Al lado superior izquierdo de la gráfica es mostrada la forma de trabajo de una alesadora vertical; al lado derecho, la alesadora horizontal. Si las piezas a maquinar, tienen agujeros paralelos en su superficie, igual o desigualmente distribuidos, es preciso trasladar la pieza por debajo de la posición de acción de la herramienta que va a realizar el trabajo, por lo cual es requerida una alesadora vertical, que reúne las características Es claro que las máquinas son las que tienen toda la infraestructura necesaria para realizar el proceso de alesado, pero las herramientas son, específicamente, las que ejecutan el trabajo de transformación de la pieza como tal. Para el alesado o torneado cilíndrico interior son usadas, con más regularidad por su tamaño reducido, herramientas monocortantes y cuchillas, que por sus características se emplean para tornear diámetros pequeños y trabajar a profundidades o longitudes apreciables. La colocación precisa de esta o cualquier herramienta, es factor determinante para obtener el alesado con el diámetro exacto requerido. Los utensilios monocortantes son construidos como los buriles de tor- Otra variante para trabajar piezas de considerable tamaño es la alesadora con árbol a altura fija, la cual posee la particularidad de tener un portaherramienta giratorio siempre a la misma altura siempre. Dicho árbol desplaza el portaherramienta de forma independiente mediante un mecanismo interior de tornillo; en este caso la pieza es sujetada sobre una base inmóvil. En el caso que sea necesario trabajar piezas livianas o medianamente pesadas, la alesadora con husillo a altura fija es la máquina apropiada, puesto que en ellas las piezas con dichas características pueden ser colocadas sobre la mesa y movilizarlas en tres sentidos perpendiculares entre si, sin ningún inconveniente. La longitud que se puede trabajar en las piezas está condicionada por la distancia entre el husillo y el montaje; y el radio máximo de alesado esta determinado por la distancia vertical máxima entre el eje prolongado del husillo y la posición de menor altura que adopta la superficie superior de la mesa. Cuadro 1. Principales procesos del alesado Es pertinente decir, que no todas las piezas son iguales, por ende los procesos tampoco son llevados a cabo de la misma manera. Es por ello que el proceso de alesado involucra diferentes formas de llevarse a cabo, lo que hace que este oficio sea aún más específico y especializado. La primera de estas opciones es denominada ejecución de asientos, y es aplicada debido a que a ciertas piezas debe realizárseles agujeros cilíndricos de distintos diámetros para lograr la superficie anular (en anillo) de asiento, por lo que es necesaria una herramienta que se adapte al extremo de un mandril con guía; para escariar se puede usar un escariador frontal o una cuchilla laminar que es sujetada en el extremo del mandril gracias a un tornillo. Otro proceso para tratar las piezas es el alesado o torneado cilíndrico, en el cual el mandril avanza en una dirección paralela al eje de rotación del movimiento principal de traslación del porta-herramienta. Así mismo es posible realizar el procedimiento denominado frenteado si el industrial tiene un mandril portaherramienta que posea movimiento de rotación, mecanismo que permite el avance radial de una herramienta sobre el brazo instalado al eje de rotación; este conjunto puede formarse con un par de ruedas cónicas y un sistema tornillo-tuerca (guiada para evitar rotación de esta). En otras ocasiones puede emplearse el alesado o torneado esférico, operación realizada por un mecanismo piñón-cremallera ubicado al interior del mandril portaherramienta. El proceso es producido por la rotación del mandril en su eje y del movimiento incompleto de rotación de la herramienta alrededor de un punto central ubicado en dicho eje. En efecto una cremallera, obliga al piñón que engrana con ella, a girar, y este a su vez a la herramienta, la cual se desplaza en arco y cuyo radio es el de la superficie esférica deseada. Es posible también, si la empresa cuenta con un mandril con la conicidad deseada y en éste un mecanismo capaz de causar el desplazamiento de la herramienta a lo largo de la guía, realizar un alesado o torneado cónico.
Foto: www.mecanizadosmc.com Agujeros complejos de una pieza, hechos con una alesadora. neado. Básicamente se componen de un trozo de barra de sección calibrada, al cual, en uno de sus extremos, le es formado un filo o borde cortante; la herramienta puede ser fija o gradual. En el caso de las fijas, éstas son sujetadas mediante clavijas, y se utilizan para arrancar material en un sólo recorrido. Las graduales en cambio permiten, mediante un tornillo de empuje, mover longitudinalmente la herramienta, para ampliar el diámetro del alesado en cada recorrido. Las cuchillas, por su parte, tienen forma plana y en muchas ocasiones un filo en ambos extremos de su sección, por lo que realizan doble corte en la pieza que estén trabajando. Son utilizadas, principalmente, para frentear (tornear áreas planas perpendiculares al eje de rotación) superficies de los agujeros cilíndricos que son hechos a las piezas. Mercado: Más Usadas, Menos Nuevas El precio de las alesadoras manuales o estándar puede oscilar, en el mercado, entre US$130.000 y US$160.000, según las características que posea. Para el caso de las alesadoras CNC, el costo puede ir desde los US$230.000, dependiendo de su tamaño. Es pertinente decir que existe una categoría intermedia entre estos dos tipos de alesadoras llamadas NC, que tienen un control de mando más sencillo que el de las máquinas CNC, pero puede realizar las mismas funciones que una manual, la diferencia con respecto a las CNC radica en que no puede interpolar los ejes simultáneamente; pero llega a tener
32 MAQUINARIA En el mercado colombiano la mayoría de industriales adquiere esta máquina usada, y el 70 por ciento de ellos la cuida y conserva en óptimas condiciones, debido a que conocen el valor real del equipo. Así mismo, en el país se repotencia de forma frecuente la máquina, aunque las fallas de funcionamiento no se presentan regularmente en el motor o las herramientas, sino por desgaste de la bancada y la columna, daños que son muy difíciles de reparar. Foto: smsales.com.au Cuadro 2. Refrigerante El refrigerante a utilizar en el proceso de alesado depende del material que está siendo trabajado, porque no es igual mecanizar un material de fundición ya sea gris, nodular o blanca; a trabajar un acero (dúctil, templado, acero inoxidable, acero tratado, acero rápido). Para el acero se manejan tres tipos de refrigerantes: sintéticos, minerales y semisintéticos -compuestos por los dos anteriores-. Existen casos en que los industriales solo realizan mantenimiento, por lo que trabajan con piezas realizadas de diversos materiales; situación en la cual es recomendable utilizar refrigerante multipropósito, que funciona tanto para acero como para material de fundición. Lo ideal es que si la empresa trabaja solo un tipo de material, utilice un refrigerante especial para ello, puesto que así obtiene mejores beneficios que el refrigerante multipropósito. De la aplicación de un refrigerante de calidad depende que partes internas y externas de la máquina como la bancada, las guías y la parte interna del husillo no se oxiden y ocasionen daños casi irreparables en la alesadora. Velocidad de mecanizado: Existen máquinas que van de 4 a 800 rpm/minuto u otras que van de 8 a 1000 rpm/minuto. una buena precisión y movimientos más rápidos y suaves, además su manipulación es más sencilla. El costo de esta última es de aproximadamente US$160.000, si es del mismo tamaño que la manual ya referida. El mercado actual para este tipo de máquinas en Colombia es bastante reducido comparado con mercados como el de Argentina y Brasil. En proporción el mercado colombiano equivale a entre dos y tres por ciento del mercado brasileño, debido a que, en ese país, son vendidas entre 30 y 40 unidades anuales; en Argentina entre 10 y 15 unidades anuales, mientras que en Colombia son vendidas una o dos unidades al año. Es posible que la causa de que el mercado de alesadoras esté en este punto, sea la mayor comercialización de alesadoras usadas, debido a que los industriales viajan a destinos como Italia, Alemania, Estados Unidos, entre otros, para comprar y traer maquinaria usada al país y venderla. El precio de estas máquinas varía dependiendo su antigüedad, el estado y el cuidado que hayan tenido al usarla. Personal para Manejar una ra Lo ideal es que el operario que maneja este tipo de máquinas o cualquier equipo utilizado en la industria, sea bachiller técnico, debido a que este perfil de profesional tiene habilidades específicas como interpretación de planos, razonamiento técnico e interacción previa con máquinas de diversos tipos; hechos que hacen más fácil la adaptación y aprendizaje de los conceptos y especificaciones para manipular una alesadora. El problema en la industria colombiana radica en que, la mayoría de veces, el operario del torno o de la máquina fresadora es a quien le solicitan manejar la alesadora y puede que lo haga bien, por experiencia, pero al momento de interpretar un plano técnico de una pieza, casi siempre, no lo puede hacer. Por ello, la mejor opción es entrenar a una persona para manejar la alesadora específicamente y que adquiera los conocimientos técnicos necesarios para ello. Fuentes Ingeniero Kent Wong. Director de productos Asia de la empresa Rexcotools. directorproductoasia@campostools.com Documento PDF: Procesos de transformación de materiales es.wikipedia.org