Por Gilberto Salas
Mecanizado como procesos de fabricación. Torneado, fresado, mecanizado de cinco ejes y micro mecanizado
El proceso de fabricación de los diferentes elementos de un reloj puede realizarse de muchas maneras. El más común es el mecanizado y micro mecanizado, que consiste es eliminar material de un bloque por máquinas especiales de CNC (Centros de control numérico), tornos o fresadoras, para dar la forma pretendida que se necesita para su confección y su funcionalidad.
Si lo que se intenta mecanizar son cajas de relojes y en grandes series, es conveniente empezar por un troquelado. El troquelado consiste en introducir una pieza del material elegido, que permita estos procesos industriales de mecanización de un modo óptimo, que puede ser el acero 316L o el titanio, y someterlo a una presión muy alta con unas prensas hidráulicas, que contienen la forma del troquel. Una vez conseguido el troquel, que tiene una forma aproximada de una caja de relojes pero imprecisa, se procede al mecanizado de la caja.
El proceso de mecanizado consiste en eliminar material de este troquel a partir de procesos más individualizados como torneados, fresados, perforaciones, etc., que consisten en dar la forma tan precisa que contiene la caja del reloj, así como el posterior pulido que puede ser mate o con superficie pulida. Para este proceso de necesitan máquinas muy costosas que permitan girar sobre sí mismas mientras se producen los procesos de fresado, torneado etc., para llegar a los lugares menos accesibles de las cajas con máxima precisión. Así, la caja puede contener los surcos para las juntas tóricas, los nichos para los tornillos de las cajas tanto posteriores como los biseles o los pasadores.
TORNEADO
El torneado es el proceso de fabricación que se realiza en un torno. Antiguamente todos los procesos de fabricación de movimientos y elementos de relojería utilizaban este procedimiento junto con la micro fusión para las cajas de relojes. En la actualidad, con las máquinas de CNC se pueden incorporar otros procesos como el fresado, que facilitan la construcción de piezas muy complicadas de fabricar. El torneado consiste en el arranque de material con dos movimientos fundamentales que son: el movimiento de corte de material que es rotativo sobre la pieza y el movimiento de avance, que es rectilíneo y se realiza por la herramienta. Con estos dos movimientos, se pueden realizar varios procesos de mecanización como el cilindrado, perfilado, roscado, refrentado, chaflanado, moleteado, etc., que darán forma a la pieza según las formas que se requieran. Por lo tanto el torneado consistirá en mecanizados con ejes cilíndricos perpendiculares a un eje de rotación tanto interior como exteriormente debido a estos dos movimientos básicos del torno.
Antes de la aparición de los tornos automáticos o de CNC, los maestros torneros tenían que lidiar sobre un plano industrial de 2D para fabricar el engranaje de precisión para un movimiento de relojes. Así el tornero-relojero debía de ser un auténtico profesional para manejar su torno y a la vez comprender el funcionamiento del movimiento. Si además quería fabricar sus cajas tenía que conocer los procesos de micro fusión para colar las cajas que solían ser de oro. Una profesión que necesitaba una vida de conocimientos muchas veces empíricos para dar vida a un reloj. Actualmente con los programas de software para la construcción de movimientos y cajas de relojes como el Tellwatch y el Inventor, los conocimientos de relojería siguen siendo básicos para la construcción de un reloj, pero con la sofisticación e incorporación de las novedades tan creativas, se necesita personal más cualificado como ingenieros, diseñadores o técnicos especializados en máquinas de CNC.
FRESADO
El fresado es otro proceso de fabricación junto con el torneado que se realiza con las máquinas de CNC. Si el torneado era un proceso de mecanizado rotativo sobre una pieza, el fresado es un proceso de mecanización de arranque de material donde intervienen los tres ejes de avance sobre la pieza.
Asimismo, se pueden utilizar máquinas de control numérico para retirar el material, de tal forma que a través de los programas informáticos determinados se realizan los diferentes mecanizados con las formas diseñadas con anterioridad. Este proceso se puede realizar por fresadoras universales o las de CNC, que a sí mismo pueden incorporar conjuntamente procesos de torneado. Un tipo de máquina así es mucho más compleja que pueden alcanzar hasta siete ejes de cabezal rotatorio.
Hay numerosos tipos de fresados que pueden realizarse con este tipo de máquinas para construir cajas de relojes y movimientos. Por ejemplo el planeado, que consiste en fabricar superficies planas, se utiliza mucho en los puentes y platinas de movimiento, ya que con solamente dos ejes se pueden dar forma a las superficies que van a contener las diferentes ruedas o engranajes del mismo. Con un taladrado posterior se dará lugar a los nichos que van a ser ocupados por los rubíes y el consiguiente encastrado. Este taladrado también se puede realizar por operaciones de fresado.
Para las cajas de relojes el ranurado, sirve para proporcionar colas de milano para la apertura de las cajas roscadas, así como el fresado-roscado, que permite fabricar roscados en las cajas. Estos son los fresados que pueden intervenir claramente en su fabricación. Por otra parte, el interior de las cajas también puede ser fresado para que los movimientos se puedan sujetar.
Todos estos procesos se tienen que conocer para que antes de diseñar tanto la caja y el movimiento sabiendo las limitaciones de fabricación de nuestros proveedores. Si diseñamos una caja complicada para mecanizar, en la que se necesiten cinco ejes para su elaboración, así de elementos de tamaño pequeño y con múltiples facetas, el proceso de mecanizado va a ser muy laborioso y posiblemente más caro. Así, a veces determinar antes de diseñar la opción de fabricación, como una micro fusión, un mecanizado sencillo o un micro mecanizado, pueden dar lugar a una serie de las llamadas restricciones del diseño, así como el encarecimiento del precio global o la dificultad de encontrar el fabricante.
MECANIZADO DE CINCO EJES
El mecanizado de cinco ejes consiste en un proceso de fabricación por arranque de material con máquinas de corte por fresado o torneado que incorporan cinco ejes de trabajo sobre la barra o elemento a mecanizar.
La mayoría de las máquinas de torneado, fresado o conjuntas, utilizan tres ejes, X, Y, Z, para esos procesos de fabricación. Es decir, imaginándose un cubo espacial los tres ejes son los movimientos que desarrollaría la máquina para mecanizar la pieza que está sujeta al husillo. El movimiento de las fresas de la máquina serían estos tres ejes que conforman la forma de la pieza, con la ayuda de los programas respectivos y del técnico profesional que la opera. El problema es que si se quiere mover la pieza para realizar un mecanizado posterior no se puede realizar, así como uno lateral. Para ello los técnicos con mayor experiencia pueden girar la pieza del husillo o colocar las fresas adecuadas para ello. El problema es que para piezas pequeñas como son las de relojería conviene que la pieza no sea cambiada extraída del husillo en todo el proceso de fabricación. De ahí la importancia del uso de máquinas de cinco ejes.
Así las máquinas de cinco ejes que son de CNC, consiguen mecanizados multilaterales con el giro del cabezal de la fresa sobre la pieza, ya que permite una mayor accesibilidad a las áreas con peor acceso. Una pieza a mecanizar con tres ejes permite pocas modificaciones a no ser por el técnico, pero con cinco ejes los ángulos de ajuste se pueden definir desde el software de aplicación para ser configurados de la manera que queremos conseguir, con un mayor y mejor acabado de superficies, así como conseguir una mínima tolerancia para la pieza en cuestión. Lo interesante de estas máquinas para relojería es que puedan llevar, además de los cinco ejes funciones de torneado y fresado conjuntamente. Con un torno convencional se pueden realizar muchas piezas de la relojería. No en vano ese ha sido el proceso de fabricación de multitud de elementos para movimientos de relojes. Pero con una CNC de cinco ejes de torneado-fresado para barra de hasta 500mm se puede realizar todo lo necesario para construir cajas de relojes y fornitura.
MICRO MECANIZADO
El mecanizado en general abarca un gran abanico de posibilidades con respecto a las piezas que necesitan arranque de material para darles forma. El micro mecanizado consiste en mecanizar bloques de material de un máximo de 3cm, que pueden llegar a longitudes inferiores a un milímetro o incluso menos.
En relojería este campo es muy importante, ya que multitud de piezas de los movimientos y calibres son de pequeño tamaño. Por ejemplo el trinquete, los piñones o el cañón para las agujas son ejemplos de este tipo de piezas que son factibles de micro mecanizar. Por ello las tolerancias tienen que ser mínimas, es decir, la precisión de las máquinas de micro mecanizado tienen que posibilitar un mínimo de discrepancias de la pieza a mecanizar.
Si una de las exigencias que se pide en el micro mecanizado es una ínfima tolerancia, otra de ellas es que la sujeción de la pieza a mecanizar sea adecuada, ya que con tan ínfimos tamaños, es muy difícil que sea realizada de una manera efectiva. Por ello, cualquier operación secundaria fuera de la máquina va a llevar a una pérdida de fiabilidad, por errores cometidos en una nueva colocación. Así, es importante que estas máquinas tengan cabezales giratorios o herramientas activas que les permitan la terminación de la pieza de pequeño tamaño sin cambiar de posición.
Por otra parte, la importancia del manejo del material tiene que ser muy meticulosa. Todas estas máquinas trabajan con barras de aleaciones que han sido previamente tratadas, por lo que el cuidado posterior en la fábrica tiene que ser preciso. Una barra que tenga una pequeña alteración o una curva va a dar un resultado de mala calidad. Tienen que ser introducidas en su longitud total, sin muescas ni dobleces para que esto no ocurra y se consiga un buen acabado con los máximos estándares de calidad.
Por último, no solo la máquina es importante, ya que se necesita un buen operario que sepa manejar las diferentes herramientas de corte. Este es otro problema, ya que conseguir proveedores que ofrezcan fresas para tan pequeños mecanizados es difícil.