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Parte 02 – Las herramientas: del cobre al acero rápido

Parte 02 – Las herramientas: del cobre al acero rápido

A lo largo de los diversos capítulos de esta serie vamos analizando la evolución histórica de los distintos tipos de máquina herramienta desde sus inicios hasta hace 100 años, justo cuando John Ford fundó la Ford Motor Company y nació, de hecho, la moderna industrialización. En este artículo damos una visión de la evolución global de las herramientas en paralelo a la historia de la metalurgia.

Para explicar desde sus inicios la evolución de las herramientas de metal a lo largo del tiempo, debemos remontarnos a los orígenes de la metalurgia, en época prehistórica. Desde que el hombre se topó con los primeros metales en estado natural (hacia el octavo o noveno milenio a.C.) intentó darles forma para conseguir adaptarlos a usos diversos. El primer material en ser tratado fue el cobre, que junto con el plomo, la plata, el estaño y probablemente el hierro, caracterizaron la primera gran etapa en la historia de la metalurgia. En este proceso de progresiva mejora en el conformado del metal es posible distinguir cuatro fases:

  1. El martilleo o forjado en frío. Es la aplicación al primer metal trabajado, el cobre, de las técnicas utilizadas en la piedra. Con ello se pudieron obtener pequeñas piezas como punzones, agujas, anillos o cuentas.
  2. Recocido. Si antes de proceder al martilleo se reblandecía el metal mediante la aplicación de un calor moderado, el conformado de la pieza resultaba mucho más fácil y permitía producir objetos más complejos.
  3. Fundición. Una mayor aportación de calor acabó consiguiendo transformar el metal en líquido, lo cual permitió darle forma con facilidad antes de que se enfriara y propició la cuarta y última etapa.
  4. Moldeo. Depositando el metal fundido en un recipiente o molde se conseguía de manera simple obtener piezas complejas y homogéneas.

Del bronce al hierro

El progresivo desarrollo en el conocimiento de las propiedades de los distintos metales fue un proceso que, a lo largo de miles de años, fue produciéndose a partir de la experiencia empírica. De hecho, los metales no se encontraban en la naturaleza de forma aislada, sino en combinaciones muy variadas, y su comportamiento frente al calor era muy distinto entre ellos. Algunos mostraban capas de óxido a los 100ºC, las piritas y el óxido de plata se descomponían a 330ºC, cuando el estaño y el plomo puros ya se habían fundido, mientras que el cobre y el bronce recristalizaban y se reblandecían hacia los 500ºC…

Muchos metales (como el zinc) eran conocidos y utilizados en aleación (latón) antes de ser descubiertos como metal. Pero los grandes protagonistas fueron sin duda el estaño y el cobre, cuya aleación designa toda una era en la historia de la humanidad: la Edad del Bronce, que abarca desde 1800 hasta 750 a.C. De modo que, durante un milenio, el bronce fue el metal mayoritariamente empleado en la fabricación de todo tipo de armas y herramientas.

En cuanto al paso del bronce al hierro, fue debido probablemente a una suma de hechos casuales, cuando el hombre observó que algunos minerales (como la hematita o la magnetita) al ser calentados en presencia de carbón se transformaban en un nuevo material, el hierro, más abundante y fácil de obtener que el bronce.

Experiencias similares debieron dar por resultado el descubrimiento del cinc, el plomo o la plata. En cambio el aluminio, aun siendo mucho más abundante, no fue descubierto sino mucho más tarde, al no poder obtenerse mediante este proceso de reducción por carbón.

 

Herramientas de hierro de época romana. Villa Rustica und Museum in Hechingen-Stein (Alemania).

¿Hierro o acero?

Como es sabido, si al hierro se le da un tratamiento consistente en elevar su temperatura, en presencia de carbón, el resultado obtenido es acero al carbono. Es por ello que algunos historiadores opinan que lo que realmente el hombre del siglo VIII a.C. descubrió y manipuló fue mayoritariamente acero y no hierro.

En cualquier caso, las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían en la actualidad como hierro forjado, aunque en muchas ocasiones y de forma meramente accidental, el resultado obtenido era auténtico acero. Poco a poco, los artesanos empezaron a desarrollar el verdadero proceso industrial de fabricación de acero, sometiendo a calentamiento en recipientes de barro el hierro forjado con carbón vegetal, de modo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero. Con posterioridad, fue aumentándose el tamaño de los hornos e incrementándose el tiro, procurando que los gases atravesaran la mezcla, de tal modo que el hierro metálico absorbía mayor cantidad de carbono. El producto de este proceso se denomina arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero.

Lo que propiamente podemos denominar tecnología del acero se inició a principios del siglo XIX, y alcanzó su consolidación hacia 1861, con la invención de hornos que permitieron su producción masiva y el progresivo descubrimiento de nuevas aleaciones a base de este material.

Entre los primeros hay que citar el experimento de Faraday, que en 1819 fundió una mezcla de acero y níquel y una mezcla de acero y cromo. Hacia 1858 se obtuvo el acero al tungsteno y una década más tarde, el acero al manganeso, material de especial relevancia por su idoneidad en la fabricación de herramientas. En 1877 se consiguió el acero al cromo. La consecuencia de este continuado desarrollo tecnológico fue la generalización masiva del uso del acero en la metalurgia, hasta el punto de que la producción mundial de acero aumentó, en sólo treinta años (entre 1870 y 1900), desde 500.000 hasta 28.000.000 de toneladas.

Herramientas utilizadas en el torno de pértiga.

El acero al manganeso y el acero rápido

Hacia 1865, Robert Mushet, un colaborador del inglés Henri Bessemer, el creador de los hornos de reducción directa, añadió manganeso al proceso de conversión del arrabio en acero, obteniendo un nuevo tipo de acero más resistente y manejable, con capacidad para soportar altas temperaturas y con una dureza que le hacía apto para el corte de metales, incluido el hierro. Con este nuevo acero, perfeccionado después con la presencia de otros componentes, como el tungsteno o el molibdeno, se consiguió un aumento espectacular en las velocidades de corte, alcanzando incluso los 10 m/min, lo que suponía doblar las capacidades de mecanizado obtenidas hasta entonces con herramientas de acero al carbono.  Aunque el gran acontecimiento que revolucionó la historia de las herramientas para el mecanizado fue el descubrimiento, en 1898, de los llamados aceros rápidos.

Frederick Winslow Taylor (Filadelfia, 1856-1915) el creador del sistema de organización de la producción que lleva su nombre (taylorismo) fue, a su vez, el descubridor e introductor de las herramientas de corte rápido, fabricadas en un nuevo tipo de acero con alto contenido en tungsteno y cromo. A partir de 1906 se aportó también vanadio y mucho más tarde (1930), cobalto (acero súper-rápido). La gran novedad del acero rápido fue su capacidad para mantener la dureza hasta los 650º. Con las herramientas fabricadas en el nuevo material se consiguió triplicar la velocidad de corte, alcanzando los 40 m/min, aumentando significativamente la vida útil de la herramienta.

Naturalmente, los grandes avances que se han ido sucediendo a lo largo del siglo XX en la introducción de nuevos materiales parecen restar importancia a los extraordinarios logros conseguidos hace cien años. Efectivamente, los carburos metálicos (entre ellos el popular metal duro), las cerámicas, el nitruro de boro cúbico (CBN) o el diamante policristalino (PCD) han dado un vuelco espectacular al mecanizado de metales. Pero ninguno de estos avances puede compararse, por su trascendencia, a lo que supuso en su momento el desarrollo de las distintas variedades de acero. Sirva como ejemplo el dato que aporta Patxi Aldabaldetrecu (MetalUnivers nº4, Febrero 2002): el cambio de acero al carbono a acero rápido permitió aumentar de golpe la capacidad de arranque de viruta del orden de siete veces.

Herramientas y porta-herramientas para torno revólver de principios del siglo XX.

 

 

Fuente: Redacción Interempresas