¿Qué es el mandrinado?: herramienta clave para el acabado de agujeros

¿Qué es el mandrinado?

El mandrinado se define como un proceso de mecanizado especializado, cuyo objetivo es ampliar y perfeccionar la calidad de un agujero existente. Este proceso es esencial para perfeccionar orificios grandes y de núcleo en componentes fundidos, así como en orificios perforados en piezas forjadas.

Al mandrinar agujeros, se utilizan diversas herramientas flexibles que cubren un amplio espectro de diámetros, tanto para mandrinado en desbaste como para mandrinado de precisión. Aunque estas herramientas pueden ser similares a las utilizadas en el torneado exterior convencional, es importante destacar que los ángulos de corte son críticos. Esta característica es especialmente relevante debido a la necesidad de gestionar eficientemente el flujo de virutas.

Rigidez en el proceso de mandrinado

La rigidez es un aspecto esencial para lograr una alta productividad en el mandrinado. El diámetro del orificio y la necesidad de un espacio adicional para la extracción de virutas influyen directamente en el tamaño máximo de la barra de mandrinado.

El voladizo adecuado para las barras de mandrinar de acero es cuatro veces el diámetro de su mango. Sobrepasar este límite afecta la tasa de remoción de material debido a la disminución de rigidez y al incremento de la probabilidad de vibración.

Factores que influyen en la rigidez y la desviación

El diámetro, el módulo de elasticidad del material, la longitud y la carga de la barra inciden en la rigidez y la desviación, siendo el diámetro el factor de mayor efecto y la longitud el segundo. Incrementar el diámetro de la barra o reducir su longitud mejorará significativamente la rigidez.

El módulo de elasticidad es propio del material empleado y no varía con el tratamiento térmico. El acero es el menos estable con 30,000,000 psi, seguido por el metal pesado con 45,000,000 psi y el carburo con 90,000,000 psi.

Las barras de mandrinar con mango de acero brindan un desempeño satisfactorio para la mayoría de las operaciones hasta una relación longitud/diámetro de 4:1. Por otro lado, las barras de mandrinar con mango de carburo de tungsteno tienen un rendimiento óptimo hasta una relación longitud/diámetro de 6:1.

Mandrinado y ángulo de avance en el proceso

En el mandrinado, las fuerzas radiales y axiales de corte están influenciadas por el ángulo de avance. Una mayor fuerza axial, resultado de un ángulo de avance pequeño, puede ser particularmente útil para minimizar las vibraciones. Al incrementar el ángulo de avance, las fuerzas radiales se elevan, aumentando las fuerzas perpendiculares a la dirección de corte y contribuyendo a las vibraciones.

Los ángulos de avance sugeridos para controlar las vibraciones en el mandrinado oscilan entre 0 y 15 grados (en el sistema imperial), mientras que en el sistema métrico varían de 90 a 75 grados. Con un ángulo de avance de 15 grados, las fuerzas de corte radiales son casi el doble que con un ángulo de avance de 0 grados.

Herramientas de corte y ángulo de inclinación en el mandrinado

Las herramientas de corte con ángulo de inclinación positivo son más adecuadas para la mayoría de las operaciones de mandrinado con el objetivo de disminuir las fuerzas de corte. No obstante, los ángulos de separación menores de las herramientas con ángulo de desprendimiento positivo requieren que los operarios tengan en cuenta la posibilidad de contacto entre la herramienta y la pieza. Asegurar un ángulo de separación adecuado es especialmente importante al mandrinar agujeros de diámetro reducido.

Fuerzas radiales y tangenciales en el mandrinado

Las fuerzas radiales y tangenciales en las operaciones de mandrinado se incrementan al aumentar el radio de la nariz. Sin embargo, estas fuerzas también están sujetas al ángulo de avance.

La profundidad de corte en las operaciones de mandrinado puede modificar esta relación. Si la profundidad de corte es igual o superior al radio de la nariz, el ángulo de avance determina las fuerzas radiales. En cambio, si la profundidad de corte es menor que el radio de la nariz, la propia profundidad de corte incrementa las fuerzas radiales. Este inconveniente hace que sea crucial que los operarios utilicen un radio de punta menor que la profundidad de corte.