El mandrilado es un procedimiento importante para fabricar piezas de máxima calidad. Permite obtener acabados superficiales excelentes y dimensiones precisas.
Por eso hoy vamos a ver qué es el mandrilado y cómo funciona. También conoceremos diferentes máquinas mandriladoras, técnicas de mandrilado y situaciones en las que se utiliza el mandrilado.
¿Qué es el mecanizado por mandrilado?
El mecanizado por mandrinado es un proceso de fabricación sustractivo que aumenta con precisión el diámetro de un orificio ya presente en la pieza. Se utiliza para mejorar el acabado superficial, la redondez y la precisión de un orificio previamente realizado mediante otros métodos, como la fundición o el taladrado.
¿Cómo funciona el mecanizado aburrido?
El mandrilado se realiza con una herramienta de corte de un solo punto unida a una barra de mandrilado. Esta herramienta funciona a una velocidad de más de 100 m/min. En función del tipo de máquina, el movimiento de la herramienta y la rotación de la pieza de trabajo cambian.
En el fresado, la herramienta de mandrilado gira y la pieza de trabajo queda fija. Pero en los tornos, la pieza de trabajo gira mientras la barra de mandrilado permanece inmóvil. La plaquita de corte elimina material de la superficie interior del orificio existente para obtener un mejor acabado superficial y diámetros precisos.
Tipos de máquinas perforadoras
Las máquinas mandrinadoras se presentan en muchos formatos para satisfacer distintas necesidades de fabricación. Veamos ocho tipos que sirven para distintas aplicaciones industriales.
1. Mandriladoras horizontales
Las mandrinadoras horizontales utilizan un husillo montado en paralelo al suelo y se emplean para mecanizar piezas grandes e inamovibles. El husillo puede moverse en los ejes X, Y y Z, pero la pieza permanece fija. Este tipo de mandrinadora permite una tolerancia de tan solo 0.0005 pulgadas.
2. Mandriladoras verticales
Estas máquinas suelen tener un husillo que cuelga sobre una mesa giratoria que sujeta la pieza de trabajo que se va a mecanizar. La máquina realiza perforaciones con gran precisión mediante el movimiento sincronizado de la mesa giratoria y el cabezal del husillo y es capaz de trabajar con piezas de trabajo de hasta 24".
3. Máquinas perforadoras con plantilla
Las mandriladoras con plantilla cuentan con un sistema de husillo vertical combinado con tecnología de medición digital para poder perforar agujeros en puntos exactos. En este tipo de mandriladoras, la pieza de trabajo está fija y la herramienta de corte se mueve en coordenadas XY. Este procedimiento también se utiliza para perforar y agrandar agujeros con tolerancias estrictas (0.0001”) y alineación precisa en plantillas o dispositivos.
4. Mandriladoras lineales
Las máquinas mandriladoras lineales están diseñadas para realizar operaciones de ampliación y alineación de varios orificios que se encuentran ubicados en la misma línea central. Estas máquinas utilizan una barra mandriladora giratoria con herramientas de corte de una sola punta para retirar material lentamente y pueden obtener un diámetro con una precisión de hasta 0.002 %. Este procedimiento también garantiza una alineación perfecta de los orificios de montaje y los muñones de los cojinetes.
5. Máquinas perforadoras de túneles
Las tuneladoras (TBM) perforan túneles a través del suelo y la roca mediante un cabezal de corte giratorio. La máquina utiliza discos de corte y sistemas hidráulicos para una perforación precisa, así como cintas transportadoras para retirar el material excavado. También coloca los revestimientos del túnel, como segmentos de hormigón, para el refuerzo.
6. Mandriladoras de cilindros
Una máquina mandrinadora de cilindros está diseñada principalmente para rectificar las paredes de los cilindros del motor con el fin de eliminar el material dañado. Estas máquinas utilizan herramientas de corte específicas y software de automatización CNC para eliminar el material y lograr el tamaño deseado y un acabado liso en varios cilindros.
7. Mandriladoras portátiles
Las mandrinadoras portátiles son herramientas de servicio en campo especialmente diseñadas para la reparación in situ de equipos pesados. Estas máquinas se montan directamente sobre la pieza de trabajo con soportes de tres puntos y tienen servomotores eléctricos para la eliminación controlada del material. Su diseño modular incluye unidades de control, sistemas de accionamiento y barras de mandrinado.
8. Mandriladoras direccionales
Las máquinas de perforación direccional horizontal (HDD) o perforadoras direccionales se utilizan básicamente para crear rutas subterráneas para tuberías y cables sin excavación en la superficie. El proceso consta de tres pasos que son perforar un orificio piloto con un cabezal de perforación orientable, luego agrandar el orificio con escariadores y, finalmente, retirar la tubería o el cable de servicios públicos. Las máquinas, también con la ayuda de un sistema de fluido de perforación y un sistema de guía electrónico, pueden realizar instalaciones subterráneas precisas.
Técnicas de mecanizado por mandrilado
El mandrilado requiere técnicas específicas. Estas técnicas determinan la calidad final y la precisión dimensional de las piezas mecanizadas. A continuación se presentan técnicas conocidas para el mecanizado por mandrilado.
Línea aburrida
El mandrilado en línea o mandrilado en alineación es un procedimiento de mecanizado que ayuda a realinear varios orificios ubicados en una línea central común. Primero, se monta una barra de mandrilado de precisión entre cojinetes de apoyo. Luego, la barra gira y una herramienta de corte de una sola punta agranda progresivamente cada orificio. Finalmente, las velocidades de avance automatizadas eliminan el material de manera uniforme de todos los orificios.
Aburrido
El mandrilado en retroceso generalmente agranda los orificios desde el extremo más alejado hacia el lado de entrada. El proceso consta de tres pasos: insertar una herramienta especializada a través del orificio existente, desplegar los bordes de corte retráctiles en el extremo más alejado y mecanizar en retroceso con velocidades de avance controladas para crear avellanados o orificios escalonados.
Bien aburrido
El mandrilado fino es una técnica de acabado de precisión que se realiza en agujeros existentes para obtener una mejor calidad de la superficie y una tolerancia de agujero estrecha. Es un proceso de dos pasos. Primero, los cortes iniciales eliminan material mediante cortes profundos a velocidades de avance altas de 0.004” por pasada. Luego, una pasada de acabado final con herramientas microajustables a velocidades de avance minimizadas produce superficies similares a espejos y diámetros exactos.
áspero aburrido
El mandrilado en desbaste es el proceso de mecanizado inicial que elimina material rápidamente de los agujeros ya existentes. El proceso comienza con el posicionamiento de la herramienta en la entrada del agujero, luego se realizan cortes profundos a velocidades de avance altas de 0.04” por pasada. Varias pasadas agrandan el agujero de manera secuencial y dejan 0.02” para el acabado final.
Aplicaciones del mecanizado mandrinado
El mecanizado por mandrilado se utiliza en diversas industrias para realizar funciones vitales. El proceso es especialmente eficaz en aplicaciones que requieren dimensiones precisas de diámetros internos.
Industria automotriz:
El mecanizado de mandrinado es fundamental en la fabricación de bloques de motor para cojinetes de cigüeñal, guías de válvulas y orificios de cilindros. Este proceso alcanza una tolerancia de cilindricidad de 0.01 mm y un acabado superficial de 0.4 Ra, lo cual es vital para el rendimiento del motor y el control del consumo de aceite.
Industria aeroespacial:
Para la producción de piezas como carcasas de turbinas, ejes de motores y puntales de trenes de aterrizaje, se utiliza el mecanizado por mandrilado debido a la seguridad de los componentes y a los excelentes acabados de las superficies.
Maquinaria pesada
Mediante el mecanizado por mandrilado se fabrican componentes básicos de maquinaria pesada, como ejes, engranajes y cojinetes. Estos componentes son partes integrales de las máquinas que se utilizan en las industrias de la construcción y la minería. Además, el mandrilado proporciona la suavidad de superficie necesaria para minimizar la fricción y el desgaste en las piezas móviles.
Petróleo y Gas
La industria del petróleo y el gas utiliza el mecanizado de mandrilado para componentes de seguridad como dispositivos de prevención de reventones, equipos de boca de pozo, accesorios de brida, tuberías de perforación y cuerpos de válvulas submarinas. Estas aplicaciones garantizan un funcionamiento sin fugas a alta presión.
Moldear y morir
El mandrilado se utiliza en moldes y matrices para producir guías de pasadores de expulsión, orificios de alineación de núcleos y cavidades, conductos de canales de refrigeración, bujes de pasadores guía, bujes de bebederos y respiraderos de líneas de separación. Estas características necesitan un acabado de superficie de 32 micropulgadas para un mejor rendimiento.
Beneficios del mecanizado por mandrilado
El mecanizado por mandrilado ofrece numerosas ventajas técnicas en la fabricación de precisión. A continuación, se explica por qué los fabricantes eligen este proceso para piezas importantes.
Alta precisión y exactitud
El mecanizado por mandrilado proporciona una precisión dimensional excepcional, ya que puede alcanzar tolerancias tan estrechas como 0005”. Las máquinas de mandrilado CNC modernas utilizan lecturas digitales y posiciones precisas de herramientas para mantener las tolerancias de los orificios dentro de ±0.005 mm para un ajuste adecuado y un mejor funcionamiento en las aplicaciones.
Acabado superficial superior
El mecanizado por mandrilado produce un excelente acabado superficial debido a la baja rugosidad de 32 µpulgadas Ra en comparación con las 125 µpulgadas de perforación. La herramienta de una sola punta, los avances controlados y la construcción rígida brindan superficies internas suaves y duraderas con menos fricción y desgaste.
Mejor concentricidad y alineación
La otra ventaja principal del mecanizado por mandrilado es que garantiza que los agujeros no solo tengan el tamaño correcto, sino que también estén alineados con otras características de la pieza. Esta concentricidad es importante para piezas como ejes y cojinetes, donde la desalineación puede provocar un rendimiento deficiente o fallas.
Versatilidad
Las operaciones de mecanizado por mandrilado pueden manejar distintos materiales, desde aluminio hasta titanio, y pueden realizar orificios de 0.5 a 2000 mm de diámetro. Las configuraciones tanto verticales como horizontales le otorgan una gran flexibilidad para muchas aplicaciones de mecanizado.
Efectivo en costos
Si bien el costo inicial de instalación de las máquinas mandrinadoras puede ser alto, la precisión y el acabado de la superficie que pueden obtener disminuyen la necesidad de operaciones secundarias como el bruñido o el rectificado, por lo que resulta rentable a largo plazo para producciones de gran volumen.
Desafíos en el mecanizado de mandrilado
A pesar de sus capacidades de precisión, el mecanizado por mandrilado presenta los siguientes desafíos técnicos.
- Las condiciones de corte inestables, la elección incorrecta de la herramienta y la rigidez de la máquina provocan vibraciones y traqueteos en el mandrilado, lo que genera imprecisiones, acabado deficiente y desgaste de la herramienta.
- Las fuerzas de corte dinámicas hacen que las barras de mandrilar se doblen bajo resistencia en agujeros profundos. Esta deflexión debe ser inferior a 0.001” para una mejor calidad y precisión de la superficie.
- Para obtener un acabado superficial inferior a 0.032” Ra, es necesario un control preciso de la geometría de la herramienta, de los parámetros de corte y de la evacuación de viruta.
- Una herramienta de medición incorrecta o no bien calibrada también puede provocar imprecisiones dimensionales al medir diámetros de orificios y tolerancias geométricas en agujeros profundos.
- El desgaste progresivo del flanco y la formación de cráteres en las herramientas de mandrilado pueden disminuir la eficiencia de corte y la precisión dimensional al mecanizar a más de 45 HRC.
Consejos para un mejor mecanizado de mandrilado
Elija la herramienta de perforación adecuada
Las barras de mandrilar de carburo son adecuadas para el acabado debido a su precisión y resistencia al desgaste. Por otro lado, las barras de metal pesado con más masa y rigidez son adecuadas para el desbaste para reducir la vibración y la deflexión.
Parámetros de corte
Es necesario mantener velocidades de corte de 200 a 500 pies por minuto y velocidades de avance de 0.002 a 0.008 pies por minuto. En el caso de materiales duros, las velocidades y velocidades de avance más bajas son más apropiadas para evitar el desgaste de la herramienta y la acumulación de calor, mientras que los materiales más blandos proporcionan velocidades y velocidades de avance mayores sin deteriorar la vida útil de la herramienta ni la calidad del acabado.
Rigidez de máquinas y herramientas
La configuración de la herramienta y las condiciones de la máquina deben gestionarse con cuidado. Para reducir la vibración y la deflexión, debe mantener una relación L/D de 4:1 para las barras de acero y, para las barras de carburo, es importante una relación L/D de 7:1. Además de la relación L/D, los portaherramientas rectificados con precisión proporcionan una superficie de contacto máxima para reducir el movimiento y la desalineación de la herramienta.
Implementar un control adecuado de las virutas
Integra rompevirutas y dirige refrigerante sintético a alta presión a la zona de corte. Estos rompevirutas ayudan a fragmentar las virutas más grandes en trozos pequeños, evitando así que se enreden o se enrollen en la herramienta. Simultáneamente, el refrigerante a alta presión enfría y elimina las virutas para mantener una temperatura de corte estable.
Mantenimiento y monitoreo de herramientas
Inspeccione las herramientas de perforación antes de cada uso, límpielas después de su uso y verifique la alineación semanalmente. Revise visualmente el filo de corte y mida el desgaste del flanco periódicamente. Cuando el desgaste alcance los 0.3 mm, reemplace los insertos para evitar fallas en la herramienta y mantener un rendimiento constante.
RichconnMecanizado de mandrilado de
Richconn ofrece servicios de mandrilado a través de artesanos cualificados y máquinas CNC avanzadas. Nuestras instalaciones cuentan con mandrinadoras horizontales y verticales que pueden manipular piezas de hasta 2300 mm de longitud. Somos fabricantes expertos de componentes complejos para las industrias automotriz, aeroespacial y médica con tolerancias de ±0.01 mm y acabados superficiales de hasta Ra 0.8 µm. Nuestro sistema de control de calidad también cuenta con verificación CMM y seguimiento de la producción en tiempo real para garantizar la máxima precisión y confiabilidad.
Para resumir
En resumen, el mecanizado por mandrilado sigue siendo importante para la fabricación de alta precisión en diferentes industrias. Con sistemas CNC, parámetros de corte optimizados y un mantenimiento adecuado, las herramientas o máquinas de mandrilado modernas pueden alcanzar una precisión excepcional de 0.0005” y acabados superficiales de 0.4 Ra.
Si necesita cualquier tipo de servicio avanzado de mandrinado y mecanizado CNC, puede ponerse en contacto con nosotros en cualquier momento para hablar sobre su proyecto.
Preguntas Frecuentes
¿Es posible realizar perforaciones en un torno CNC?
Sí, los tornos CNC pueden realizar mandrilados mediante trayectorias de herramientas programadas. Las máquinas modernas, en particular, tienen compensación automática de herramientas y configuraciones de medición digital para obtener resultados precisos.
¿Qué determina la selección de la herramienta de mandrilado?
Algunos factores como la relación profundidad-diámetro, el diámetro del agujero, el acabado superficial requerido, las propiedades del material y la rigidez de la máquina deciden la herramienta de mandrinado.
¿Qué materiales se pueden mecanizar con mandrilado?
El mandrilado puede mecanizar casi todos los materiales de ingeniería, por ejemplo, aluminio, acero, hierro fundido, compuestos y titanio, etc.
¿En qué se diferencia perforar de aburrir?
El mandrilado utiliza una herramienta de una sola punta para refinar o ampliar un orificio que ya existe, pero el taladrado utiliza una broca de dos puntas y crea nuevos orificios. Además, el mandrilado proporciona un mejor acabado de la superficie y es más preciso.
