¿Qué es el mecanizado? Tipos, procesos y fundamentos

En el mecanizado por arranque de viruta —la familia más extendida— una herramienta de corte, más dura que el material de la pieza, penetra en ella con un movimiento relativo controlado. La presión de la arista de corte provoca la deformación plástica y el cizallamiento del material, que se desprende en forma de viruta. Para que esto ocurra se combinan tres movimientos:

• Movimiento de corte: el movimiento principal que genera la velocidad relativa entre herramienta y pieza (la rotación de la pieza en el torneado, o de la fresa en el fresado).
• Movimiento de avance: el desplazamiento que va presentando material nuevo ante la arista de corte.
• Movimiento de penetración (profundidad de pasada): el que determina el espesor de material eliminado en cada pasada.

De la combinación de velocidad de corte (Vc), avance (f) y profundidad de pasada (ap) dependen la productividad, la rugosidad superficial obtenida, la vida de la herramienta y la potencia consumida.

Los procesos de mecanizado se agrupan en tres grandes familias según el mecanismo de eliminación de material.

1. Mecanizado por arranque de viruta

Utiliza herramientas con aristas de corte de geometría definida (plaquitas de metal duro, acero rápido HSS, cerámica, CBN o diamante policristalino). Incluye los procesos de mayor volumen industrial:

2. Mecanizado por abrasión

Emplea granos abrasivos (corindón, carburo de silicio, CBN, diamante) con aristas de geometría no definida. Elimina poco material por pasada pero alcanza tolerancias y acabados muy superiores:

• Rectificado (plano, cilíndrico, sin centros): tolerancias IT5–IT6 y rugosidades Ra de 0,1 a 1,6 µm. Es el proceso estándar para acabar piezas templadas.
• Bruñido (honing): acabado de interiores de cilindros con patrón de rayado cruzado.
• Lapeado: acabado de superficies planas o esféricas de máxima precisión, con Ra inferiores a 0,1 µm.
• Superacabado y pulido: para rugosidades especulares.

3. Procesos no convencionales

No utilizan fuerza mecánica de corte, sino energía térmica, química o eléctrica. Se aplican a materiales muy duros o geometrías inaccesibles:

• Electroerosión (EDM) de hilo o penetración: arranca material mediante descargas eléctricas; mecaniza acero templado y carburos.
• Mecanizado láser y por chorro de agua: corte de chapas y perfiles.
• Mecanizado electroquímico (ECM) y electropulido: disolución anódica controlada del material.

Históricamente las máquinas-herramienta (tornos, fresadoras, mandrinadoras) se gobernaban de forma manual mediante volantes y palancas. Desde los años setenta el control numérico por ordenador (CNC) ha sustituido al operario en el gobierno de los ejes: un programa (código G, generado a mano o mediante software CAM) define trayectorias, velocidades y cambios de herramienta con repetibilidad de centésimas o micras. Hoy conviven ambos enfoques: el CNC domina la producción en serie y las geometrías complejas (incluido el fresado de 5 ejes en continuo), mientras que las máquinas convencionales conservan su espacio en reparación, utillaje y trabajos unitarios sencillos.

Prácticamente cualquier material sólido puede mecanizarse, pero no todos con la misma facilidad. La maquinabilidad describe la aptitud de un material para ser mecanizado con buen acabado, baja fuerza de corte y desgaste razonable de herramienta:

El plano define el resultado exigible mediante tolerancias dimensionales (generales según ISO 2768 o específicas según ISO 286, como los ajustes H7/g6), tolerancias geométricas (GD&T según ISO 1101) y rugosidad superficial (parámetro Ra según ISO 21920). La elección del proceso depende directamente de esos requisitos: un eje con asiento de rodamiento en h6 y Ra 0,4 µm exigirá torneado más rectificado; una bancada con tolerancia general ISO 2768-m puede resolverse solo con fresado.

El mecanizado es transversal a toda la industria manufacturera:

• Energía eólica e hidráulica: ejes de multiplicadora, coronas dentadas, carcasas.
• Naval: líneas de ejes, hélices, componentes de propulsión.
• Oil & gas: válvulas, conexiones y componentes en Inconel e inoxidables dúplex.
• Aeronáutica: estructuras de aluminio 7075 y titanio bajo norma EN 9100.
• Automoción y máquina-herramienta: series de componentes de precisión, husillos, utillajes.
• Siderurgia y minería: rodillos de laminación, reductores, piezas de gran tonelaje.

Aunque cada pieza es distinta, el flujo de trabajo de un taller sigue una secuencia reconocible:

1. Estudio del plano y oferta: análisis de cotas, tolerancias, material y cantidad; detección de requisitos críticos y de posibles problemas de fabricabilidad.
2. Aprovisionamiento del material: barra, placa, forja o fundición, con su certificado de materia prima cuando se exige trazabilidad.
3. Planificación del proceso: elección de máquinas, secuencia de operaciones (desbaste, tratamiento térmico si procede, acabado), herramientas, amarres y programa CNC generado en CAM.
4. Mecanizado: ejecución por fases, con verificación intermedia de las cotas críticas.
5. Operaciones de acabado: rectificado, roscados, desbarbado, marcado y tratamientos superficiales.
6. Verificación final: medición con calibres, micrómetros o máquina de medir por coordenadas, e informe dimensional si el cliente lo requiere.

Esta estructura explica el coste de una pieza mecanizada: el tiempo de arranque de viruta es solo una parte; la preparación, los cambios de atada y la verificación pesan tanto o más en series cortas.

El sector evoluciona hacia el mecanizado de alta velocidad (HSM), las máquinas multitarea que combinan torneado y fresado en una sola atada, la monitorización del proceso mediante sensórica (Industria 4.0), la lubricación de cantidad mínima (MQL) y los procesos híbridos que combinan arranque de viruta con aportación de material, como el recargue por láser cladding sobre piezas desgastadas que después se remecanizan.

¿Cuál es la diferencia entre mecanizado y fabricación aditiva?

El mecanizado es un proceso sustractivo: parte de un bloque o preforma y elimina material hasta lograr la forma final. La fabricación aditiva (impresión 3D) construye la pieza añadiendo material capa a capa. En la práctica son complementarios: muchas piezas aditivas requieren mecanizado posterior para alcanzar tolerancias estrechas y buen acabado en zonas funcionales.

¿Qué materiales se pueden mecanizar?

Prácticamente todos los metales (aceros, inoxidables, fundiciones, aluminio, bronce, titanio, superaleaciones como Inconel), además de plásticos técnicos como PEEK o POM, grafito y composites. La diferencia está en la maquinabilidad: el aluminio admite velocidades de corte diez veces superiores a las del Inconel 718, lo que condiciona coste y tiempo de fabricación.

¿Qué precisión se puede alcanzar con el mecanizado?

Depende del proceso. El torneado y fresado convencionales trabajan habitualmente en calidades IT7–IT9 (centésimas de milímetro). El rectificado y el mandrinado de precisión alcanzan IT5–IT6 (micras). Procesos de superacabado como el lapeado llegan a tolerancias submicrométricas en aplicaciones de metrología, óptica o asientos de válvulas.

¿Qué es el arranque de viruta exactamente?

Es el mecanismo físico por el que la arista de la herramienta deforma plásticamente el material de la pieza hasta cizallarlo, desprendiéndolo en forma de viruta. La forma de la viruta (continua, segmentada, fragmentada) informa sobre la salud del proceso: una viruta bien fragmentada facilita su evacuación y protege el acabado superficial.

¿Cuándo conviene rectificar en lugar de tornear o fresar?

Cuando la pieza está templada por encima de 45 HRC, cuando se exigen tolerancias IT5–IT6 o cuando la rugosidad especificada baja de Ra 0,4 µm. El rectificado elimina poco material por pasada, por lo que lo habitual es tornear o fresar dejando una demasía de algunas décimas y rectificar después del tratamiento térmico.

¿Qué diferencia hay entre mecanizado de precisión y mecanizado general?

Es una distinción de exigencia, no de proceso. El mecanizado general trabaja con tolerancias ISO 2768 medias (décimas a centésimas). El mecanizado de precisión opera de forma sistemática por debajo de la centésima, con máquinas de mayor rigidez, salas climatizadas y verificación en máquinas de medir por coordenadas (MMC).