El mecanizado por brochado es un proceso que ha evolucionado a partir del cepillado tradicional para ofrecer precisión y un acabado superficial liso en un solo movimiento rápido. Este artículo pretende ser una guía completa para que los ingenieros comprendan este proceso.
¿Qué es el mecanizado por brochado?
El brochado puede considerarse una evolución del cepillado. Utiliza una herramienta de corte multidentada, llamada brocha, para eliminar secuencialmente finas capas de metal de la superficie de la pieza con cada diente, logrando una alta precisión y un acabado superficial fino. Si la fuerza de corte aplicada a la herramienta es de compresión en lugar de tracción, el proceso se denomina brochado por empuje, y la herramienta es una brocha de empuje. La máquina herramienta para el brochado por tracción se conoce como brochadora, mientras que el brochado por empuje se suele realizar en una prensa hidráulica. Para el brochado de grandes superficies, se puede utilizar una brocha progresiva para reducir la fuerza total de brochado.
Proceso de mecanizado por brochado
Es necesaria una preparación minuciosa antes de comenzar el brochado. Un dispositivo de sujeción en la máquina de brochado mantiene la pieza de trabajo firmemente en posición. Una alineación correcta es fundamental para garantizar la precisión del producto final.
Seleccionar la brocha adecuada es fundamental. Las brochas varían mucho en forma y tamaño, y la elección correcta depende de las características geométricas requeridas y del material de la pieza. A continuación, la brocha se guía cuidadosamente a través de la pieza, eliminando material con cada movimiento. Esta operación se completa en una sola pasada. El movimiento de corte puede ser lineal o rotatorio, según el equipo de brochado y el tipo de brocha utilizada.
Tras el proceso de brochado, la pieza se inspecciona minuciosamente para garantizar que se cumplen todos los requisitos y tolerancias dimensionales. En este momento se realizan las modificaciones necesarias.
Tipos de mecanizado por brochado
El brochado es una operación de mecanizado donde la brocha actúa como herramienta de corte. A medida que la brocha se desplaza linealmente con respecto a la pieza, el material se va eliminando progresivamente mediante los dientes de corte de tamaño incremental. Dado que la forma deseada se suele conseguir en una sola pasada, el brochado es un método de acabado muy eficiente. Sin embargo, debido a la complejidad de su estructura, su elevado coste de fabricación y la naturaleza específica de la brocha, este proceso se utiliza principalmente para la producción en serie.
El brochado se clasifica según la característica superficial que se mecaniza: brochado interno y brochado externo.
Brochado interno
Este método se utiliza para mecanizar agujeros pasantes y características internas de diversas secciones transversales, como agujeros redondos, cuadrados, poligonales y estriados, chaveteros y engranajes internos. Se requiere un agujero guía premecanizado para insertar la brocha. El diámetro típico del agujero oscila entre 8 y 125 mm, con una profundidad que generalmente no supera cinco veces el diámetro. En casos especiales, el diámetro puede variar de 3 a 300 mm, con profundidades de hasta 10 m.
Brochado externo
Se utiliza para mecanizar superficies no confinadas, como superficies planas, superficies contorneadas, ranuras, colas de milano, formas de raíz de álabes de turbina y engranajes externos. Es especialmente adecuada para la producción en serie de grandes superficies planas y superficies contorneadas complejas. Las superficies brochadas pueden alcanzar una precisión dimensional con grados de tolerancia IT8 a IT6 y una rugosidad superficial de 2.5 a 0.04 μm.
Los tipos de tolerancia de mecanizado de la pieza de trabajo incluyen:
Conformado. Logra una alta precisión y una baja rugosidad superficial, pero tiene menor eficiencia. Requiere una broca más larga y se utiliza principalmente para agujeros redondos de tamaño pequeño a mediano y superficies contorneadas de alta precisión.
Brocas de corte/progresivas. Adecuadas para el desbaste de formas complejas como agujeros cuadrados, poligonales y estriados. Son más fáciles de fabricar, pero la calidad superficial resultante es inferior.
Broca de corte anular/solapado. Ofrece una alta eficiencia de corte, lo que reduce la longitud de la broca, pero produce una calidad superficial deficiente. Se utiliza principalmente para agujeros grandes con tolerancias de mecanizado amplias y requisitos de precisión menores.
Anillo integrado. Utiliza el método de corte por contorno para el desbaste y el método de corte por forma para el acabado, combinando las ventajas de ambos. Se aplica ampliamente en el brochado de agujeros redondos.
Ventajas del mecanizado por brochado
Alta productividad. Si bien la velocidad de corte en el brochado suele ser baja, la naturaleza multidentada de la broca garantiza que muchos dientes y un filo largo entren en contacto simultáneamente. Además, toda la operación, como el desbaste, el semiacabado y el acabado, se completa en una sola pasada, lo que reduce significativamente el tiempo del proceso principal y el tiempo auxiliar.
Alta precisión y excelente acabado superficial. La brocha incluye una sección de calibración que ajusta la dimensión y alisa la superficie. Estos dientes de calibración ejercen una carga de corte mínima, eliminando únicamente la recuperación elástica del material. La velocidad de corte baja y estable también ayuda a prevenir la formación de rebabas.
Estructura y funcionamiento de la máquina: sencillos. El brochado implica un único movimiento principal: el desplazamiento lineal de la brocha. El avance se produce gracias a la diferencia de altura entre dientes adyacentes, conocida como avance por diente.
Desventajas del mecanizado por brochado
El alto costo de las brochas se debe a su compleja estructura, forma y a los exigentes requisitos de precisión y calidad superficial. Sin embargo, su baja velocidad de corte se traduce en un desgaste lento y una larga vida útil, permitiendo que una sola brocha se pueda reafilar varias veces y procesar miles de piezas por afilado. Este alto volumen de producción resulta en un bajo costo por pieza.
No puede corregir errores de posición. El brochado no puede corregir errores de posición, como la desalineación del eje del agujero previamente mecanizado.
Limitación de la producción en lotes pequeños. El alto costo y el largo plazo de entrega para la fabricación de brochas hacen que el proceso sea antieconómico para producción de lotes pequeños, lo que requiere una cuidadosa consideración del coste y el plazo de entrega.
Limitaciones del mecanizado de agujeros ciegos. El tamaño progresivamente mayor de los dientes de la brocha requiere una longitud determinada para lograr la forma final, y la herramienta debe atravesar completamente la pieza. Por lo tanto, no es adecuada para el mecanizado de agujeros ciegos. Para ello, se suelen utilizar fresas de ranurar o brochas de empuje.
Aplicaciones del mecanizado de brochado
Si bien una brocha interna es una herramienta de tamaño fijo diseñada para una dimensión y forma específica de superficie interna, existen diferentes brochas internas que pueden procesar diversas geometrías de agujeros pasantes, incluyendo agujeros redondos, cuadrados, poligonales y estriados, así como engranajes internos. También se utilizan para diversas formas de ranuras, como chaveteros, ranuras en T, ranuras de cola de milano y ranuras en forma de árbol de Navidad en discos de turbina. El brochado externo permite mecanizar superficies planas, superficies contorneadas, engranajes externos y formas de raíz de álabes.
El orificio premecanizado no requiere un acabado preciso, y la pieza no necesita una sujeción compleja; se apoya únicamente en su cara frontal. Esto exige que exista una perpendicularidad entre el eje original del orificio y la cara frontal. Si el eje del orificio no es perpendicular a la cara frontal, esta última debe apoyarse sobre una arandela esférica. Bajo la fuerza de brochado, la pieza y la arandela pueden girar ligeramente, ajustando automáticamente el eje del orificio para alinearlo con el eje de la broca.
El brochado se aplica principalmente a producción por lotes y en masaResulta especialmente adecuada para el mecanizado de perfiles grandes y complejos en grandes volúmenes, como bloques de cilindros de motor. Sin embargo, se utiliza principalmente en la producción de piezas únicas o lotes pequeños para ciertas superficies de alta precisión y formas especiales que son difíciles de mecanizar con otros métodos.
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Consideraciones para el mecanizado por brochado
Dureza material
La dureza adecuada del material para el brochado suele ser de 170 a 240 HB. Los materiales más duros generalmente ofrecen una mejor calidad superficial que los más blandos, ya que estos últimos tienden a agarrotarse contra los filos de corte de la brocha, provocando rayaduras. Por el contrario, los materiales excesivamente duros conllevan un desgaste rápido de la brocha y una menor vida útil.
Agujero piloto
El tamaño y la calidad del orificio guía para una brocha redonda influyen significativamente en la calidad de la superficie mecanizada, la vida útil de la herramienta y la precisión. Por lo tanto, el orificio guía debe mecanizarse correctamente.
Perpendicularidad: El orificio guía debe ser perpendicular a la superficie de referencia de montaje. La falta de perpendicularidad puede provocar la deformación de la broca y la imposibilidad de lograr una alta precisión y calidad superficial.
Dimensionamiento: Si el orificio guía es demasiado pequeño o está doblado, la broca no podrá entrar. Si el orificio es demasiado grande, la broca podría hacer contacto de forma excéntrica en un lado.
Contaminantes: La presencia de bordes acumulados desprendidos u otra materia extraña dura en el orificio piloto es un factor que reduce la vida útil de la broca.
Velocidad cortante
La velocidad de corte influye en la calidad de la superficie mecanizada, la precisión del mecanizado y la vida útil de la brocha. Es fundamental seleccionar la velocidad en función de la maquinabilidad del material. La velocidad de brochado suele oscilar entre 2 y 8 m/min.
Espesor de la pared
El espesor de la pared de la pieza influye sutilmente en la precisión del mecanizado del diámetro y la redondez del orificio. Durante el brochado, la pieza se somete a una fuerza radial que provoca su expansión debido a la deformación elástica y plástica. Tras el mecanizado, la recuperación elástica restaura en gran medida la forma original. Si la deformación durante el mecanizado es excesiva, persistirá cierta deformación plástica, lo que significa que la recuperación elástica varía considerablemente con el espesor de la pared de la pieza.
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