Mecanizado de acero: ¿en qué consiste y cuáles son los procesos habituales?

El mecanizado de acero es el conjunto de procesos industriales que se llevan a cabo en una pieza de materia prima o producto semielaborado de acero (como una barra, un tubo o una lámina fabricada a partir de forja o moldeo, entre otros), eliminando el material sobrante o no deseado para que adquieran la forma y el tamaño final deseados para la fabricación.

El acero inoxidable es uno de los materiales más utilizados en el área del mecanizado, especialmente en bridas y tubos, dado que tiene múltiples propiedades, como la resistencia a la corrosión, a la oxidación y a altas temperaturas, ser reciclable, tener mayor fuerza y dureza que otros metales, tener un buen acabado estético y ser de fácil limpieza y mantenimiento.

El mecanizado de los aceros inoxidables varía en función de los elementos de la aleación, los tratamientos térmicos a los que se somete y los procesos de fabricación por los que ha pasado. En este post hablaremos del mecanizado de acero y sus diferentes tipos.

5 tipos de acero inoxidable

Como hemos comentado anteriormente en otros posts, existen hasta 5 tipos de acero, que son:

Acero austenítico: Este tipo de acero presenta un contenido en níquel de más de un 7%, entre un 16 a 28% de contenido en cromo, y un contenido muy bajo en carbono, que permite una alta resistencia a la corrosión, buena maleabilidad y soldabilidad y excelentes propiedades mecánicas. Los de grado 304 y 316 son los más utilizados. En este post se puede ampliar información sobre este tipo de acero.

Acero ferrítico: este tipo de acero tiene aleaciones con cromo dentro de un rango de 10,5% a 30%, pero con contenido muy bajo en carbono (un 0,08% en relación con los martensíticos), que lo hace económico y con unas propiedades de resistencia a la corrosión y dureza razonablemente buenas. Además, a diferencia de los austeníticos, los ferríticos son magnéticos. Algunos grados pueden contener molibdeno, silicio, aluminio, titanio y niobio, que les confieren diferentes características. En este post se puede ampliar información sobre este tipo de acero.

Acero martensítico: tiene alto o bajo contenido en carbono (hasta 1,2%), 12% de cromo y se construyen alrededor de hierro tipo 410. Su microestructura de martensita tetragonal centrada en el cuerpo, lo hace endurecible por tratamiento térmico (por enfriamiento), le proporciona dureza y resistencia. Se utiliza principalmente para herramientas médicas (escalpelos, máquinas de afeitar y pinzas internas). La martensita sin templar es baja en dureza y, por lo tanto, quebradiza.

Acero dúplex: tiene un alto contenido en cromo (19–32%) y molibdeno (hasta 5%) y menor contenido de níquel que los aceros inoxidables austeníticos, que lo hace el doble de resistente. Su microestructura mixta proporciona una resistencia mejorada al agrietamiento por corrosión bajo tensión de cloruro en comparación con los aceros inoxidables austeníticos tipos 304 y 316. Esto lo hace más costoso.

Acero endurecido por precipitación: tienen cromo y níquel, que proporcionan una combinación óptima de las propiedades de los aceros inoxidables martensíticos y austeníticos. Con los primeros comparten su capacidad para ganar alta resistencia a través del tratamiento térmico, y de los segundos tienen la gran resistencia a la corrosión. Esto se logra tras la adición de uno o más de los elementos de cobre, aluminio, titanio, niobio y molibdeno a una matriz martensítica o austenítica sometida a un proceso de tratamiento térmico que conduce a su endurecimiento.

Tipos de mecanizado de acero

Mecanizado de acero sin arranque de viruta

Son procesos de mecanizado (también llamados de conformado). Por este tipo de mecanizado pasan las piezas metálicas (a excepción de las fundidas) por lo menos una vez en su fabricación, y a menudo, varias. Al no arrancar viruta, proporciona un importante ahorro de material. En este post se puede ampliar información sobre este tipo de mecanizado.

En el caso del acero, dos de los procesos de mecanizado sin arranque de viruta más habituales son el moldeado y la forja. En el caso de los tubos de acero, por ejemplo, pueden forjarse, laminarse varias veces, moldearse en forma tubular, enfriarse, etc. Otro ejemplo de mecanizado sin arranque de viruta es el prensado y el roscado, también habituales en el caso de los tubos de acero.

Hay quien no incluye estos procesos como mecanizado, porque técnicamente no se elimina material, sino que se transforma en forma y tamaño la pieza, y por eso optan por llamarlos procesos de conformado.

Forjado de acero; consiste en deformar el acero (en frío o en caliente) aplicando fuerzas de compresión localizadas con herramientas como un martillo, para lograr calibrar sus dimensiones o cambiar su forma.

Laminado de acero: igual que el forjado, busca deformar el acero (en frío o en caliente), en este caso introduciéndolo entre uno o más pares de rodillos que giran en un sentido opuesto entre sí para reducir su grosor y hacerlo más uniforme.

Extrusión de acero: Este proceso, de la misma forma que los anteriores, busca deformar el acero haciéndolo fluir a través de un troquel (molde con una forma definida) cuando se requieren secciones transversales complejas que la laminación no hace posible.

Aunque estos tres procesos son los más habituales, también existen otros como el estirado o el trefilado, entre otros.

Mecanizado de acero por abrasión

Como ampliamos en este post, el mecanizado por abrasión es el proceso de eliminación del material sobrante en una pieza metálica desgastándola en pequeñas cantidades, haciendo que se desprendan partículas de material. La máquina-herramienta que se utiliza para este tipo de mecanizado es la muela abrasiva, un tipo de disco cuya superficie está fabricada con materiales abrasivos de gran dureza que eliminan cantidades muy pequeñas de material rayando su superficie. Así se logran límites de tolerancias y acabados superficiales que otros procesos de mecanizado no pueden alcanzar, pero en un intervalo de tiempo superior.

Se trata de un proceso usado sobre todo en hierro fundido y algunos tipos de acero, como el acero endurecido, aunque no tanto en acero inoxidable, aluminio o latón, ya que tienden a obstruir la muela con mayor frecuencia.

Puede constituir, como el mecanizado sin arranque de viruta, un proceso añadido a otros tipos de mecanizado como los que arrancan viruta, que hayan quitado impurezas mayores, para terminar de rectificar con precisión. Tras él pueden seguir otras de pulido, como el desbarbado, que se ejecuta después de procesos de mecanizado por arranque de viruta como el corte por disco, o el marcado de piezas. Hay quien engloba el mecanizado por abrasión como un tipo de mecanizado con arranque de viruta, ya que aunque mínima, existe una extracción de material sobrante.

Desbarbado o rectificado de acero: se trata de un proceso que elimina el excedente de material en piezas que ya han pasado por otros mecanizados, y se puede hacer con muelas abrasivas, con arena o con piedras abrasivas, con electropulido, etc.

Mecanizado de acero con arranque de viruta

Ya explicamos en este post sobre el mecanizado con arranque de viruta que éste menudo está considerado como el mecanizado propiamente dicho, ya que es el que específicamente extrae material. Son procesos en virtud de los cuales el material es arrancado o cortado con una herramienta generando un desperdicio o viruta, utilizando varios filos o cuchillas perfectamente definidos. Hay una gran variedad de mecanizados con arranque de viruta, como el taladrado, el aserrado (por sierra, por láser…) o el fresado. Dependiendo del tipo de mecanizado por arranque de viruta, el desperdicio es mayor o menor, y por lo tanto la necesidad de procesos de rectificado posterior (como el desbarbado) es diferente.

Los procesos de mecanizado de acero con arranque de viruta por excelencia son el aserrado, el taladrado, el fresado y el cepillado.

Taladrado de acero: se trata de una categoría de procesos que incluyen máquinas-herramienta giratorias de doble filo (taladradoras, tornos, etc.) para crear agujeros redondos paralelos al eje de rotación en la pieza de acero. Puede complementarse con un proceso de mandrinado, que tienen por objetivo agrandar los agujeros previamente cortados en el material para alcanzar tolerancias muy ajustadas.

Fresado de acero: se trata de un proceso que usa una superficie de corte giratoria con varias hojas que crean agujeros no circulares o cortan patrones específicos en la pieza de acero. La máquina-herramienta que lo lleva a cabo es la fresadora.

Aserrado de acero: el aserrado es uno de los tipos de mecanizado por arranque de viruta más comunes, junto con los tres anteriores. Es la operación que consiste en hacer avanzar y retroceder la herramienta de corte (sierra, cizalla -cuya operación, el cizallado, a menudo se considera un proceso de mecanizado distinto-, disco, rayo láser…) en contacto con la pieza de acero.

Cepillado de acero: se trata de una operación a medio camino entre el mecanizado por abrasión y el mecanizado por arranque de viruta, que elimina parte del acero para producir una superficie plana horizontal, vertical o inclinada, mediante un brazo o carro que hace un movimiento de vaivén, mientras que la mesa de trabajo hace los movimientos que dan la profundidad del corte y avance.

Torneado de acero: es un proceso que consiste en girar una pieza de acero sobre su eje mientras que una herramienta de corte (generalmente un torno) le da una forma específica.

Aunque estos son los procesos de mecanizado de acero más habituales, también podemos destacar el punzonado, el brochado, el mortajado, el limado, etc.

Especialistas en mecanizado de acero

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