Las herramientas de mecanizado CNC se clasifican principalmente en tres dimensiones principales: método de mecanizado, material de la herramienta y diseño estructural. Cada categoría presenta ventajas, limitaciones y aplicaciones específicas, como se detalla a continuación:
Clasificación por método de mecanizado
El método de mecanizado determina la cinemática del proceso de corte. En el mecanizado CNC , la elección de la herramienta depende de si el material se elimina mediante fresado rotacional, penetración axial o torneado estacionario. Seleccionar la geometría correcta garantiza tanto la precisión dimensional como la integridad de la superficie.
1. Fresas
Los tipos más comunes incluyen fresas de extremo plano, fresas de punta esférica, fresas de planear, fresas de extremo cuadrado, fresas de chaflán y fresas para ranuras en T. Su principal ventaja reside en su versatilidad, permitiendo una amplia gama de operaciones como planeado, contorneado, cajeado y chaflanado con configuraciones sencillas y gran adaptabilidad. Sin embargo, las fresas de punta esférica son menos eficientes que las fresas de extremo plano para la eliminación de material, y las fresas de diámetro pequeño suelen presentar una rigidez insuficiente, lo que provoca vibraciones o astillado de los bordes.
2. Brocas
Los tipos principales incluyen brocas helicoidales, brocas de centrar, brocas para agujeros profundos, brocas de núcleo y avellanadores. Estas herramientas ofrecen una eficiencia de taladrado y una precisión de posicionamiento excepcionales. Las brocas para agujeros profundos, en particular, pueden manejar relaciones de aspecto superiores a 10:1 con una excelente evacuación de viruta. Por otro lado, requieren alta precisión en el pretaladrado o el centrado; durante operaciones de alta velocidad, una evacuación de viruta deficiente puede provocar fácilmente la rotura de la herramienta.
3. Herramientas aburridas
Esta categoría incluye herramientas de mandrinado de desbaste, mandrinado de precisión y mandrinado microajustable. Su principal ventaja reside en su superior precisión dimensional y acabado superficial, corrigiendo eficazmente los errores de coaxialidad y circularidad. Las versiones microajustables permiten una precisión micrométrica. Las desventajas incluyen menores tasas de arranque en comparación con el taladrado, un alto requisito de coaxialidad entre el husillo y la herramienta y procesos de ajuste que requieren mucho tiempo.
4. Herramientas de torneado
- Específico para tornos CNC
Los tipos más comunes incluyen herramientas de torneado exterior, barras de mandrinar interior, herramientas de tronzado/ranurado, herramientas de roscado y herramientas de conformado. Estas herramientas son altamente especializadas para operaciones eficientes de torneado exterior/interior, roscado y tronzado. Las herramientas de conformado pueden mecanizar contornos complejos en una sola pasada. Sin embargo, carecen de versatilidad, ya que cada herramienta suele estar vinculada a un proceso específico. Las herramientas de roscado también son sensibles a los ajustes de los parámetros de corte, donde una configuración incorrecta puede provocar roscas ebrias o roscado cruzado.
5. Grifos
- Específico para subprocesos
Se dividen principalmente en machos de roscar para máquina, machos de roscar para ranuras helicoidales y machos de conformación o extrusión. Su ventaja es la posibilidad de mecanizar roscas internas directamente mediante un proceso sencillo. Los machos de conformación son especialmente adecuados para el mecanizado sin viruta, lo que resulta en una mayor resistencia de la rosca. Las desventajas incluyen la dificultad de evacuar la viruta en agujeros ciegos y el riesgo de rotura del macho debido a un par excesivo durante el roscado a alta velocidad.
Clasificación por material de la herramienta
Las propiedades químicas y físicas del material de la herramienta determinan su capacidad para soportar el calor y la tensión mecánica. Un ingeniero debe encontrar el equilibrio entre dureza y tenacidad: los materiales más duros pueden cortar más rápido y durar más, pero suelen ser más frágiles y propensos a fallos catastróficos si se manipulan incorrectamente.
1. Acero de alta velocidad (HSS)
El acero de alta velocidad (HSS) ofrece una excelente tenacidad y resistencia al impacto. Su superior capacidad de rectificado permite conformarlo en geometrías complejas a un precio económico. Las desventajas son su dureza relativamente baja (HRC 62-65) y su baja resistencia al calor, lo que limita la velocidad de corte y la eficiencia general de la producción. Es ideal para acabados a baja velocidad, herramientas personalizadas no estándar y reafilado manual de herramientas.
2. Carburo cementado
Con alta dureza (HRC 89-93) y buena estabilidad térmica (soportan temperaturas de 800-1000 °C), las herramientas de carburo admiten altas velocidades de corte y ofrecen una larga vida útil en diversos materiales, como fundición, acero y metales no ferrosos. Su principal desventaja es la fragilidad y la menor resistencia al impacto en comparación con el acero rápido (HSS), además de un mayor coste. Es el estándar de la industria para corte, semiacabado y acabado a alta velocidad en la producción en masa.
3. Herramientas de cerámica
Estas herramientas presentan una dureza extrema (HRA 92-95) y una excepcional resistencia térmica (hasta 1200-1400 °C). Son químicamente estables y altamente resistentes al recrecimiento del filo (BUE). Sin embargo, su alta fragilidad y baja resistencia a los impactos las hacen propensas a fracturarse. Son caras y requieren una alta rigidez de la máquina herramienta, lo que las hace adecuadas principalmente para el acabado de acero templado y fundición en coquilla.
4. Nitruro de boro cúbico (CBN)
Superado solo por el diamante en dureza, el CBN posee una estabilidad térmica extrema (hasta 1400-1500 °C) y una excelente resistencia al desgaste para acabados de alta precisión. Sus desventajas incluyen su alta fragilidad, su alto coste y su afinidad química con los metales no ferrosos, lo que provoca la formación de enlaces. Es ideal para el mecanizado de acabado de alta precisión de acero templado, fundición resistente al desgaste y superaleaciones.
5. Herramientas de diamante (PCD/Monocristal)
El material más duro conocido (HV 10,000) posee un filo increíblemente afilado. En metales no ferrosos, puede lograr un acabado de espejo (Ra < 0.1 μm). Sus limitaciones son su baja resistencia al calor (la carbonización se produce por encima de 700 °C), su extrema fragilidad y su elevado coste. Fundamentalmente, no pueden mecanizar metales ferrosos debido a una reacción química. Son ideales para el acabado de espejo de cobre, aluminio, plásticos y madera.
Clasificación por diseño estructural
La configuración estructural de una herramienta afecta su rigidez, los costos de mantenimiento a largo plazo y el tiempo de inactividad operativa. Si bien algunos diseños ofrecen la máxima precisión, otros están optimizados para la eficiencia económica y la rapidez en los cambios de herramientas en líneas de producción automatizadas.
1. Herramientas sólidas
Las herramientas sólidas ofrecen una excelente rigidez y una alta precisión de mecanizado, sin errores de montaje (excentricidad). La desventaja es que, una vez dañadas, es necesario reemplazar toda la herramienta, lo que genera mayores costos operativos y la nula reutilización del mango. Se utilizan generalmente para herramientas de diámetro pequeño y acabado de alta precisión.
2. Herramientas soldadas/soldadas
Combinan la dureza de un mango de acero rápido (HSS) con la resistencia al desgaste de una punta de carburo a un precio moderado. Sin embargo, las tensiones de soldadura pueden agrietar la punta y, como no se puede reemplazar individualmente, la herramienta completa se desecha una vez desgastada. Se utilizan para semiacabado y desbaste de uso general.
3. Herramientas indexables
Estas herramientas incorporan insertos reemplazables que permiten cambios rápidos sin tener que reajustar las compensaciones de la herramienta. Una vez desgastado un filo, el inserto puede rotarse a uno nuevo, lo que garantiza una alta utilización y eficiencia en la producción en masa. La desventaja es una precisión de montaje ligeramente menor en comparación con las herramientas sólidas y una mayor inversión inicial en el portaherramientas. Son ideales para la producción a gran escala, líneas automatizadas y mecanizado general.
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