Mandrinado

El mandrinado (en inglés, boring) es una operación de mecanizado por arranque de viruta destinada a agrandar, alinear y dar acabado de precisión a agujeros previamente existentes —taladrados, fundidos, forjados u oxicortados— mediante una herramienta monofilo montada en una barra de mandrinar. A diferencia del taladrado, que crea el agujero y hereda sus defectos de posición, el mandrinado corrige posición, rectitud, redondez y diámetro: es el proceso con el que se consiguen alojamientos de rodamiento en tolerancias H6-H7, líneas de barrenos alineadas y diámetros exactos no normalizados.

La operación se ejecuta en dos contextos muy distintos. En tornos y centros de mecanizado, el mandrinado es una operación más del repertorio: en torno, la pieza gira y la barra está fija; en fresadora, la herramienta gira con cabezales de mandrinar de corrección micrométrica. En el segundo contexto, el término da nombre a una familia de máquinas: las mandrinadoras, máquinas de husillo horizontal extensible (eje W) concebidas para piezas grandes y pesadas que no pueden girar. La mandrinadora —de mesa, de piso o de columna móvil— es la máquina central del mecanizado de grandes dimensiones: bastidores, carcasas de multiplicadora, bancadas, cuerpos de turbina o estructuras navales se mecanizan amarradas a placas de piso mientras el cabezal recorre sus caras y barrena sus alojamientos.

Con herramientas y máquinas en buen estado, el mandrinado alcanza calidades IT6-IT7, rugosidades Ra 0,4-1,6 µm y coaxialidades de centésimas entre alojamientos distantes varios metros, prestaciones críticas para que los trenes de engranajes y las líneas de ejes funcionen sin sobrecargas.

El principio de corte es el del torneado interior: una plaquita monofilo describe una hélice de paso igual al avance sobre la superficie del agujero. La particularidad del mandrinado es estructural: la herramienta trabaja en voladizo dentro de la pieza, y la relación longitud/diámetro (L/D) de la barra gobierna la estabilidad. Hasta L/D ≈ 4 trabajan barras de acero; hasta 7, de metal duro; y hasta 10-14, barras antivibratorias con amortiguador sintonizado incorporado. Superado el límite, aparecen vibraciones regenerativas que destruyen el acabado y la plaquita.

Se distinguen el mandrinado de desbaste (cabezales de dos plaquitas o escalonados, que centran el corte y maximizan el caudal de viruta) y el de acabado, con cabezales micrométricos de una plaquita cuyo radio se ajusta con resolución de 1-2 µm en el diámetro; los cabezales digitales modernos incorporan lectura electrónica e incluso ajuste automático en ciclo cerrado con medición. En agujeros pasantes largos y alineados (línea de cigüeñal, bocinas), se emplean barras de línea soportadas en lunetas o en los propios alojamientos contiguos.

En las mandrinadoras horizontales, el eje W (husillo extensible, llamado tradicionalmente «mandrino») permite alcanzar el interior de la pieza sin mover la columna, manteniendo la rigidez cerca del apoyo; los cabezales accesorios (universales, de ángulo, platos de mandrinar con corredera radial U) amplían las operaciones a refrentados interiores, roscados de gran diámetro y superficies inclinadas. La precisión final en grandes piezas depende tanto de la máquina como de la gestión térmica de la nave, de la estabilidad de la cimentación, del amarre que no deforme la pieza y de la verificación con metrología de gran rango: laser tracker y MMC de gran capacidad.

La familia de máquinas y medios del mandrinado:

Medio	Configuración	Aplicación
Cabezal de mandrinar en centro de mecanizado	Ajuste micrométrico, Ø3-300 mm típicos	Alojamientos de precisión en piezas pequeñas y medianas
Mandrinadora de mesa (table type)	Husillo horizontal Ø90-130 mm, mesa giratoria	Carcasas y cajas medianas, las 4 caras en una atada
Mandrinadora de piso (floor type)	Columna móvil sobre carriles, placa de piso, husillo Ø130-260 mm	Piezas grandes y pesadas que no caben en mesa: bastidores, cuerpos de turbina
Fresadora-mandrinadora de columna móvil	Cursos X de 10-30 m, cabezales intercambiables	Mecanizado integral de grandes dimensiones
Mandrinadora de línea (line boring) portátil	Barra soportada en la propia pieza	Reparación in situ: articulaciones, bocinas, turbinas hidráulicas

Los fabricantes históricos y actuales incluyen a los españoles Juaristi (Azkoitia), especialista mundial en mandrinadoras, junto a Soraluce, Correa y Zayer en fresadoras-mandrinadoras de columna móvil, y a Pama, Škoda o Union en el panorama internacional. Los husillos de gran diámetro (hasta Ø260 mm) aportan la rigidez necesaria para desbastes pesados con voladizos largos; las máquinas se complementan con mesas giratorias de gran tonelaje, placas de piso de decenas de metros y utillaje de torres y escuadras.

En España, el mecanizado de grandes dimensiones se concentra en talleres con parque de mandrinadoras y fresadoras de columna móvil, capacidad de grúa elevada y metrología de gran rango; junto a referentes como Goimek o Talleres Pauls, empresas especializadas como Izadi Mecanizados mecanizan piezas de hasta 14.000×5.000×3.000 mm y 80 t, con fresadoras de columna móvil de 10 m de curso horizontal y tornos verticales de hasta Ø4.300 mm, cubriendo el ciclo completo de bastidores, carcasas y componentes de bienes de equipo, verificados con laser tracker y MMC de gran capacidad.

Los parámetros de corte del mandrinado son los del torneado interior, con correcciones por la esbeltez de la herramienta:

Magnitud	Desbaste	Acabado
Velocidad de corte en acero (metal duro)	150-250 m/min	180-300 m/min
Avance	0,2-0,5 mm/rev (por plaquita)	0,05-0,15 mm/rev
Profundidad de pasada	2-8 mm	0,1-0,5 mm
Voladizo recomendado	L/D ≤ 4 (acero), ≤ 7 (metal duro), ≤ 10-14 (antivibratoria)	ídem

Con barras largas, la flexión estática desplaza la punta y abre cono: se compensa reduciendo pasada y avance, usando plaquitas de geometría positiva con radio de punta pequeño (menor fuerza radial) y refrigeración interna para evacuar la viruta, cuyo atasco en agujeros ciegos es la causa más común de roturas.

Resultados alcanzables: el mandrinado de acabado con cabezal micrométrico mantiene tolerancias H6-H7 (por ejemplo, Ø120H7 = +35/0 µm) con redondez y cilindricidad de pocas micras; la rugosidad típica es Ra 0,4-1,6 µm, suficiente para asientos de rodamiento según las exigencias de los fabricantes (que suelen pedir Ra ≤ 1,6 µm y tolerancias de forma según ISO 1101). En coaxialidad entre alojamientos opuestos de una carcasa, una mandrinadora bien geometrizada mantiene 0,01-0,03 mm en distancias métricas, mecanizando ambos lados con giro de mesa de 180° (la precisión del giro y la compensación del control son determinantes) o con barra de línea pasante.

En grandes piezas, la deriva térmica domina el presupuesto de error: un gradiente de 1 °C en una pieza de acero de 10 m supone unas 0,12 mm de variación de longitud (α ≈ 11,5-12 µm/m·°C). Por ello las tolerancias estrechas exigen naves atemperadas, estabilización de la pieza, medición a temperatura controlada (la referencia son 20 °C, ISO 1) y, frecuentemente, ciclos de mecanizado nocturnos térmicamente estables.

El mandrinado de precisión y el mecanizado en mandrinadora son transversales a los bienes de equipo:

• Transmisión de potencia: alojamientos de rodamiento de carcasas de multiplicadoras eólicas y reductores industriales, donde la posición relativa entre barrenos (distancias entre centros, paralelismo de ejes) fija la calidad del engrane de los engranajes; tolerancias de centésimas en cuerpos de varios metros.
• Naval: bocinas, líneas de ejes y arbotantes, incluyendo line boring in situ en reparación a flote o en dique.
• Energía: cuerpos y cajas de turbinas de vapor, gas e hidráulicas; bridas partidas, alojamientos de cojinete y planos de junta.
• Siderurgia y cemento: castilletes de laminación, carcasas de reductores de molino, alojamientos de rodillos.
• Máquina-herramienta: bancadas, columnas, carneros y cabezales, donde la geometría de los alojamientos de husillo define la precisión de la futura máquina.
• Automoción y motores: líneas de cigüeñal y de árbol de levas de bloques de motor (line boring en serie); en motores marinos y de cogeneración, mandrinado de reparación.
• Estructuras y oil & gas: barrenos de articulación en plumas y bastidores, cuerpos de válvula de gran tamaño.

Es habitual que la mandrinadora ejecute, además del barrenado propiamente dicho, el fresado integral de la pieza (planos de junta, taladrados y roscados de patrones de pernos), de modo que la pieza salga terminada en una o dos atadas con su informe dimensional, listo para el montaje de rodamientos y ejes sin ajustes manuales.

Ventajas

• Precisión de posición y forma: corrige la posición heredada del taladro o de la fundición; alcanza H6-H7 con redondez y cilindricidad de micras y coaxialidades de centésimas a metros de distancia.
• Diámetros exactos a la carta: el cabezal micrométrico ajusta cualquier diámetro con resolución de micras, sin depender de herramienta normalizada como el escariado.
• Escalabilidad dimensional: desde Ø3 mm en centros de mecanizado hasta alojamientos métricos en piezas de 80 t o más; sin alternativa práctica en grandes dimensiones.
• Flexibilidad en pieza única: ideal para series cortas y bienes de equipo, donde fabricar un escariador o una barra de brochar especiales no se amortiza.
• Reparación in situ: el line boring portátil devuelve a tolerancia articulaciones y bocinas sin desmontar ni transportar la pieza.

Limitaciones

• Sensibilidad a la esbeltez: la barra en voladizo limita profundidad alcanzable y parámetros; los agujeros muy profundos y estrechos pertenecen al taladrado profundo (cañón, BTA) más que al mandrinado.
• Productividad limitada en serie: frente a escariado o brochado, el mandrinado de acabado es más lento por pieza; en gran serie se reserva a la semioperación que fija la posición.
• Dependencia térmica y de cimentación en gran formato: las tolerancias estrechas en piezas grandes exigen naves atemperadas, cimentaciones estables y metrología de gran rango, inversiones que pocos talleres poseen.
• Amarres críticos: una pieza grande mal apoyada se deforma por gravedad o por el apriete; el resultado puede estar en tolerancia amarrado y fuera de ella liberado.
• Coste de máquina: una mandrinadora de piso con sus placas, mesas y cabezales accesorios constituye una de las mayores inversiones del mecanizado.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre taladrar, escariar y mandrinar?

El taladrado crea el agujero, pero hereda errores de posición y deja calidades IT11-IT12. El escariado mejora diámetro y acabado (IT7-IT8) con una herramienta de diámetro fijo, pero sigue el agujero existente sin corregir su posición. El mandrinado corta con un filo único ajustable que gira en torno al eje programado: corrige posición y rectitud y alcanza IT6-IT7 en cualquier diámetro, no solo en los normalizados.

¿Qué tolerancia se consigue en un alojamiento de rodamiento mandrinado?

Con cabezal micrométrico de acabado se mantienen calidades H6-H7 —por ejemplo Ø120H7 equivale a +0,035/0 mm— con redondez y cilindricidad de pocas micras y rugosidad Ra 0,4-1,6 µm, que es lo que exigen los fabricantes de rodamientos para asientos con anillo exterior fijo. La clave práctica es medir a temperatura estabilizada, especialmente en piezas grandes.

¿Qué es una mandrinadora de columna móvil?

Es una máquina de husillo horizontal cuya columna se desplaza sobre carriles a lo largo de una bancada o placa de piso de gran longitud (10-30 m de curso). La pieza permanece amarrada y la máquina se mueve a su alrededor, lo que permite mecanizar bastidores, carcasas y estructuras de decenas de toneladas. Con cabezales intercambiables ejecuta fresado, mandrinado, taladrado y roscado en una sola atada.

¿Cómo se consigue la coaxialidad entre dos alojamientos opuestos de una carcasa?

Hay dos vías: mecanizar ambos lados con giro de mesa de 180°, confiando en la precisión de indexado y en las compensaciones del control (lo habitual en mandrinadoras de mesa modernas, que logran 0,01-0,03 mm), o pasar una barra de línea soportada en ambos extremos que mecanice los dos alojamientos sin reposicionar, método clásico en líneas de cigüeñal y bocinas navales.

¿Por qué la temperatura es tan crítica en el mandrinado de grandes piezas?

Porque el acero dilata unos 12 µm por metro y grado: en una carcasa de 10 m, un gradiente de solo 1 °C entre mañana y tarde mueve las cotas más de una décima, más que la tolerancia completa de muchos alojamientos. Por eso los talleres de grandes dimensiones atemperan las naves, estabilizan térmicamente la pieza antes de las pasadas de acabado y refieren la medición a 20 °C.