Brocas o Mechas para Metal

Las mechas o brocas son herramientas de corte para ser utilizadas con un taladro o torno. Estas herramientas realizan un modo de mecanizado que se llama taladrado, que consiste en crear agujeros en distintos materiales metálicos. Existen brocas diamantadas utilizadas para el corte de materiales como cerámicos, porcellanatos, etc.
Una característica de las mechas es que tienen un cuerpo helicoidal por donde la viruta sale.

Cabe destacarse que esta herramienta se utiliza con lubricantes de mecanizado para mantener la vida útil de la misma. La formación de la viruta está determinada por el material de la pieza a perforar, la geometría de la broca, la velocidad de corte y en cierta medida por el tipo de lubricante que se utilice. La forma y longitud de la viruta son aceptables siempre que permitan su evacuación de modo efectivo.

La hélice de la broca tiene como objetivo  evacuar la viruta, pero también tiene otra función que es  cortar y desmembrar en pedazos más pequeños los residuos provenientes de la perforación de materiales metálicos. Por las características físicas que posee el metal, la viruta tiende a salir por la hélice en bucles, que de no ser segmentados por la misma, aumentarían el roce de la herramienta contra la pieza a perforar, produciéndose los siguientes efectos indeseados:

• Al aumentar el roce, se incrementa la temperatura de trabajo, haciendo que el material se temple y endurezca
• En consecuencia se va acortando la vida útil de la broca, pues la misma se encuentra con material templado por la temperatura.

Por las razones expresadas, se destaca la importancia de la evacuación eficiente de la viruta y el uso preponderante del refrigerante.

Elementos constitutivos de una broca

Existen infinidad de brocas o mechas con distintas aplicaciones, pero las mismas se diferencian por sus características técnicas,  que  surgen para poder perforar en diferentes materiales.

Longitud total de la broca:  Existen brocas extra cortas, cortas,  normales, largas y extralargas. Estas últimas se estila utilizarlas con un taladro de banco a los fines de taladrar profundo en una superficie y que la broca no se dañe o  malogre el agujero.

Longitud de Corte:  Es la profundidad máxima que se puede taladrar con una mecha y viene definida por la longitud útil, la cual está determinada por la extensión de la hélice.

Diámetro de Corte:  es el diámetro del orificio obtenido con la broca.

Ángulo de Corte: El ángulo de corte normal en una broca es de 118º en la punta, pero también existen las brocas de 135º para que a mayor contacto con el material, la mecha se autocentre y no resbale sobre la superficie.

Diámetro y forma del Mango: El mango de una broca puede ser cilíndrico, triangular  o cónico. El mango cilíndrico es el más común, pero cabe destacarse que existe un subtipo que es el mango reducido, que consiste en una disminución del tamaño del mango en brocas cuyo diámetro supera los 10  mm o los 13 mm, a los fines  que la broca pueda ser utilizada en mandriles de las medidas mencionadas. En cuanto al mango triangular, se trata de una broca con muescas en la superficie que están en contacto con el portabrocas a los fines que la herramienta no resbale; se estila hacer esta modificación en mechas destinadas para perforar metales muy duros, como ser aceros aleados, matrices, etc.  Por último se encuentran las de mango cónico, que tienen la particularidad de ser posicionadas sobre un portabrocas especial, usualmente se utilizan para perforar agujeros profundos y de un grosor importante.

Ángulo de la hélice: Dependiendo del material a perforar, la mecha puede tener un ángulo particular para cortar la viruta y evacuarla. Existe una serie de letras para identificar la aplicación y el ángulo de la barrena: N es el ángulo de la hélice de 30º para uso general, W corresponde al ángulo 40º/45º destinado para mecanizar Aluminio y materiales de viruta larga. La tipo H, es conocida como la hélice lenta, por su paso  helicoidal largo en ángulo de 15º/20º es ideal para bronce y otros materiales cuya viruta sea de gran volumen.  Por último,  se encuentra la hélice tipo S con ángulo de 35º y destacándose a primera vista la cualidad de tener un acanalado tupido para una remoción rápida de la viruta;  se utiliza este tipo  para aceros inoxidables.

Material Constitutivo de la Mecha: La mechas se pueden construir con los siguientes materiales:

• Acero Rápido (HSS): para taladrar aceros de baja a mediana dureza
• Acero Rápido reforzado con tungsteno (HSS M2): Más resistente que el anterior, perfora aceros aleados de alta resistencia.  Es una opción más económica frente a las mechas de cobalto 5%.
  
• Acero Rápido con Cobalto 5% (HSS Co 5%): El acero rápido es reforzado con cobalto al 5% para obtener un mejor rendimiento frente a materiales duros de mecanizar.
• Acero Rápido con Cobalto 8% (HSS Co 8%): En este caso, el refuerzo en el HSS llega al 8% para conseguir la más alta resistencia térmica según la norma americana M 42.
• Metal Duro (carburo de tungsteno): Es cada vez más empleado como material de herramientas de corte giratorias, pues posee ventajas que lo destacan frente al acero rápido, como ser su dureza, resistencia al desgaste y al calor, su rigidez y mejor filo de corte.  En el mercado usualmente hay dos tipos de brocas con este material. Por un lado, están las mechas integrales,  confeccionadas enteramente en carburo de tungsteno y se utilizan en agujereadoras de banco, debido a que el material tiene muy poca flexibilidad y a la menor vibración se corre el riesgo de rotura. Las brocas cuya manufactura está realizada con metal duro, son más caras que las comunes de HSS, pero su aplicación es sobre materiales extremadamente duros de perforar. Por otro lado están las brocas con plaqueta de metal duro en la punta, cuyo cuerpo helicoidal hasta el mango está producido en acero rápido. Cumple con las mismas funciones que una integral, pero es más económica y su vida útil menor, pues la misma está determinada por el filo y la permanencia de la placa de tungsteno en la punta.

Modo de Producción:  exiten tres modos de producción de las mechas, a saber:

Brocas Laminadas: su confección se lleva a cabo a partir de una pieza metálica que de un lado tiene un sector cilíndrico (que luego será el cabo de la broca) y del otro lado se encuentra una parte plana, cuyo grosor es menor al otro sector. Luego a través de una máquina laminadora (de ahí su nombre)  se toma la parte plana y se le da la forma helicoidal torciendo la misma. Son brocas muy económicas, por lo tanto su rendimiento es muy bajo. La punta de corte no es autocentrante (split point).

Brocas Rectificadas:  estas brocas se realizan a partir de una pieza metálica cilíndrica, cuyas hélices se consiguen rectificando el metal con una piedra. El proceso de rectificación es más exacto que el de laminación y le da a esta broca una calidad superior a la anterior, con un rendimiento mayor. Tampoco tiene punta de corte autocentrante (split point)

Brocas Fresadas y Rectificadas:  se producen a partir de una pieza cilíndrica cuyas hélices se consiguen rectificando el metal con una piedra y posteriormente se utiliza una fresa para hacer rebajes en la hélice, facilitando la evacuación de viruta y brindando al mismo tiempo una ayuda al avance en la perforación. La calidad de estas brocas le permite darle al usuario un rendimiento superior a las otras dos y un mejor acabado. La punta de corte es autocentrante con un ángulo de 135º.  Todas las mechas de uso profesional están construidas de este modo.

Acabado: Dependiendo del uso y aplicación de la mecha, se le aplica una capa de recubrimiento de óxido negro o niquel desde el punto de corte hasta el mango.  Usualmente estos acabados son para evitar el óxido de la herramienta y la elección de uno u otro es una cuestión cultural de los mercados. En algunos países la mecha de acabado brillante goza de un status de mayor calidad de aquellas de acabado negro, en otros sucede todo lo contrario.

También hay recubrimientos que suelen ser parciales pero su función es darle mayor durabilidad a una broca, darle mejor rendimiento, evitando el desgaste prematuro, facilitar la separación entre el material a mecanizar  y la herramienta de corte, y por último aislamiento térmico. Entre ellos se encuentran las mechas con recubrimiento de nitruro de titanio, con su característico color amarillo, y las de TiAlN (titanio aluminio) para perforar en seco en centros de mecanizado controlados por computadora. Cabe destacarse que una desventaja del recubrimiento es la imposibilidad de afilar la mecha una vez perdido el filo, porque al hacerlo, el rendimiento de la herramienta decrece.

Brocas o Mechas Especiales

Brocas refrigeradas: Son brocas huecas en las que el liquido refrigerante pasa por su interior y se dirige directamente al punto de corte. Se utilizan para evacuar rápido la viruta y en condiciones donde se necesita bajar drásticamente la temperatura que surge del mecanizado.

Broca de Centrar: Esta broca se utiliza para perforar una pieza que se va utilizar en un torno, si es de poco peso la pieza a mecanizar se la suele dejar como contrapunta. Si la pieza es pesada la función de la broca será hacer el orificio para que entre una contrapunta.

Broca para taladros de Base Magnetica: Estas brocas poseen una geometría doble de corte para un perfecto centramiento de la herramienta. El tratamiento térmico las dota de una vida útil más prolongada. Además, son capaces de taladrar con un rendimiento superior a coronas perforadoras en acero rápido y las brocas cono morse.

A continuación se detalla su funcionamiento:

1) La guía piloto se apoya  sobre el material a agujerear y la broca se acerca hasta el inicio de la perforación

2) La broca anular perfora un anillo sobre el material y la guía piloto permanece sobre el material sin perforar

3)  La guía piloto expulsa el cilindro sobrante. Al finalizar la operación, el núcleo de material es expulsado por un pasador impulsado por la fuerza de un resorte. Este pasador sirve también cómo punto de centrado al iniciar la operación y como válvula de paso del aceite lubricante.

Mechas cónicas para chapas: Su función se caracteriza por hacer agujeros de diámetro exacto en láminas metálicas . Las más usadas son las escalonadas, pues ellas tienen en su cuerpo las medidas de los agujeros a producirse.