El mandrinado CNC corrige los errores de los orificios anteriores al tiempo que cumple con exigentes requisitos dimensionales, geométricos y de acabado superficial. Esta guía explica cuándo utilizar el mandrinado en bruto, el semirfinado y el de acabado, qué margen debe dejarse en cada etapa y por qué la fuerza de corte, el calor, la rigidez y la volver a sujetar afectan a la precisión. A continuación, compara las herramientas de mandrinado ajustables de un solo filo, de doble filo equilibrado y de ajuste fino, incluyendo su comportamiento frente a las vibraciones, su capacidad de avance, su productividad, sus métodos de ajuste y los volúmenes de producción adecuados. Se incluyen valores prácticos de tolerancia, rugosidad, profundidad de corte, avance y diámetro máximo para los centros de mecanizado CNC y las condiciones de producción habituales.
El mandrinado es una de las principales operaciones de mecanizado que se realizan en un centro de mecanizado. Permite controlar con precisión las tolerancias dimensionales y geométricas de un sistema de orificios y corregir los errores que haya podido dejar la operación anterior.
La mayoría de los orificios cilíndricos realizados mediante mandrinado son orificios críticos de acoplamiento o de apoyo en los componentes de las máquinas, por lo que requieren una precisión dimensional relativamente alta. Los orificios de acoplamiento generales suelen ajustarse a IT7 o IT8; los orificios de los alojamientos de husillo pueden requerir IT6, y los orificios menos exigentes suelen ajustarse a IT11.
En el caso de los orificios de alta precisión en soportes y manguitos, así como de los orificios críticos en carcasas, la precisión geométrica debe controlarse, por lo general, dentro de un rango comprendido entre un tercio y la mitad de la tolerancia del diámetro del orificio. El error de distancia entre centros de los orificios taladrados suele situarse entre ±0,025 y 0,06 mm, mientras que el error de paralelismo entre los ejes de dos orificios se controla entre 0,03 y 0,10 mm. La rugosidad típica de la superficie taladrada es de Ra 1,6 a 0,4 µm.
El taladrado suele realizarse en varias fases: taladrado en bruto, taladrado de semiacabado y taladrado de acabado. Las fases necesarias dependen de la tolerancia del orificio, del material de la pieza y de la estructura del componente.
El taladrado en bruto es una operación preparatoria importante para los orificios cilíndricos. Se utiliza para mecanizar orificios en piezas en bruto fundidas o forjadas, o en orificios que ya han sido taladrados o avellanados, con el fin de crear las condiciones adecuadas para el semiracado y el acabado. Además, permite detectar en una fase temprana defectos en la pieza en bruto, como grietas, inclusiones de arena y poros.
El mandrinado en bruto suele dejar entre 2 y 3 mm de material en cada lado para el mandrinado de semiacabado y de acabado. Los componentes de precisión de las carcasas también pueden requerir un tratamiento de templado o de envejecimiento tras el mandrinado en bruto, con el fin de aliviar la tensión interna generada durante el mecanizado antes de realizar el mandrinado de acabado.
Los parámetros de corte elevados generan grandes fuerzas de corte y altas temperaturas, además de un desgaste severo de la herramienta durante el mandrinado en bruto. Por lo tanto, una herramienta de mandrinado en bruto debe tener suficiente resistencia mecánica y resistencia a los impactos. Su geometría debe reducir la fuerza de corte y la carga ejercida sobre el sistema de mecanizado, al tiempo que permite una disipación eficaz del calor.
El mandrinado de semiacabado prepara el orificio para el mandrinado de acabado, corrigiendo el margen irregular que queda tras el desbaste. Un orificio de alta precisión puede requerir dos pasadas de semiacabado. La primera elimina la mayor parte del material irregular, y la segunda elimina el margen restante para mejorar la precisión dimensional y geométrica y reducir la rugosidad superficial.
El mandrinado de semiacabado suele dejar entre 0,3 y 0,4 mm de material por cada lado para el mandrinado de acabado. En el caso de un orificio cuya precisión no sea tan exigente, a veces se puede pasar directamente del mandrinado en bruto al de acabado.
El mandrinado de acabado utiliza una velocidad de corte mayor y una velocidad de avance menor para eliminar el pequeño margen de material que queda tras el mandrinado en bruto o el mandrinado de semiacabado, y conseguir así la superficie interna especificada con precisión.
Tras el taladrado en bruto, deben aflojarse las placas de sujeción y volver a sujetar la pieza de trabajo para reducir la influencia de la deformación por sujeción en la precisión final. Una profundidad de corte radial típica en el taladrado de acabado es de al menos 0,01 mm, y el avance es de al menos 0,05 mm/rev.
La sección de corte de una herramienta de mandrinado de un centro de mecanizado es, en esencia, similar a la de una herramienta de torneado exterior. Sin embargo, el mandrinado en un centro de mecanizado suele realizarse con una herramienta en voladizo, por lo que la barra de mandrinado debe ofrecer la rigidez y la precisión adecuadas. Existen herramientas para diferentes condiciones de corte y pueden clasificarse, según el número de filos de corte, en herramientas de mandrinado de un solo filo o de doble filo.
La mayoría de las herramientas de mandrinado de un solo filo tienen una estructura ajustable. Las formas ilustradas (a), (b) y (c) se utilizan para agujeros pasantes, agujeros escalonados y agujeros ciegos. El tornillo 1 ajusta el diámetro de corte, mientras que el tornillo 2 fija el ajuste.
Una herramienta de un solo filo tiene una rigidez relativamente baja y puede vibrar durante el corte, por lo que se elige un ángulo de aproximación mayor para reducir la fuerza radial. El diámetro de mecanizado se ajusta desplazando la herramienta de mandrinado, lo que dificulta el ajuste y reduce la eficiencia. Este diseño se utiliza principalmente para la producción de piezas únicas y de lotes pequeños. No obstante, su construcción sencilla y su amplia adaptabilidad hacen que sea muy utilizado.
Una herramienta de mandrinado simple de doble filo cuenta con dos filos de corte simétricos en los extremos opuestos, y ambos filos cortan simultáneamente. La acción de corte equilibrada compensa gran parte de la fuerza radial que actúa sobre la barra de mandrinado. Esto permite utilizar parámetros de corte más amplios, reduce la rigidez necesaria de la barra, limita las vibraciones y mejora la eficiencia del corte.
Las herramientas de mandrinado de doble filo con plaquitas intercambiables se utilizan ampliamente porque sus plaquitas son fáciles de sustituir, no requieren reafilado y son fáciles de ajustar. El corte simétrico permite obtener una alta precisión de mandrinado. En comparación con una herramienta de un solo filo, el avance por revolución puede duplicarse aproximadamente, lo que aumenta la productividad.
Los orificios de gran diámetro pueden mecanizarse con una herramienta de mandrinado de doble filo ajustable, cuyo cabezal permite un amplio rango de ajuste. El diámetro máximo de mandrinado puede alcanzar los 1.000 mm.
Las herramientas de mandrinado de ajuste fino se utilizan habitualmente para el mandrinado de acabado en centros de mecanizado. Su dimensión radial puede ajustarse dentro de un rango definido, con una resolución de escala de 0,01 mm.
Para ajustar la herramienta, afloja primero el tornillo de sujeción; a continuación, gira la tuerca de ajuste graduada hasta que el cabezal de corte alcance el diámetro deseado y, por último, vuelve a apretar el tornillo. Este tipo de herramienta de mandrinado tiene una estructura relativamente sencilla y ofrece una gran precisión, buena versatilidad y una gran rigidez.
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