Introducción

Para hablar de herramientas hay que remontarse hasta los orígenes del hombre porque, desde siempre, lo acompañaron en su evolución. Cuando las manos del hombre ya no eran suficientes para realizar alguna tarea, necesitó algún objeto o dispositivo para ayudarse, así nacieron las herramientas.

Al hablar de herramientas y máquinas herramientas es menester aclarar que, contando ambas con distintos orígenes, la historia se encargó de unir sus desarrollos y evolución, al punto de existir en la actualidad una dependencia directa de unas con otras, siendo ambas pertenecientes a industrias distintas.

El origen de las herramientas puede situarse hace más de 50.000 años durante la Edad de Piedra. Aparecen las primeras flechas y cuñas preparadas por nuestros antepasados.

El primer salto evolutivo destacable se comienza a ver hace unos 6.500 años durante la Edad de Bronce. Se producen utensilios para alfarería. Los más antiguos hallazgos arqueológicos los datan en esa época. Hace 3.400 años, durante la Edad de Hierro, se desarrollan las primeras herramientas de corte el hombre comienza a trabajar con corta fríos y unos rudimentarios taladros.

Si bien las herramientas fueron variando en cuanto a su forma, diseño, tamaño, calidad, hoy en día siguen siendo el principal auxilio con que cuenta el ser humano para realizar su trabajo. Miles de ellas surgieron en esa evolución, empezando por la simple palanca que, sin duda, fue una de las primeras.

Herramientas como prolongación de la mano del hombre

Desde nuestros orígenes, el hombre aprendió a manipular elementos simples. Posiblemente, empezó a hacerlo cuando ya no pudo realizar su trabajo con las manos. Tanto fueran simples utensilios para uso diario, como otros elementos verdaderamente utilizados para efectuar algún trabajo determinado, en lo conceptual, podemos decir que las herramientas son la prolongación de la mano del hombre. En lo real, decimos que las herramientas son el medio que permiten al hombre realizar lo que no puede hacer con las manos.

No sabemos a ciencia cierta cuándo el hombre tomó conciencia de utilizar un adminículo que le fuera útil para lograr su objetivo. Pasaron muchos años desde las primeras flechas y cuñas hechas por nuestros antepasados, pasando por la palanca, la rueda, el canasto, la cuerda, los recipientes, etc. Aprender a dominar el fuego, y más tarde, con ese fuego manipular metales, no hizo más que reafirmar una mejora en sus habilidades y su intelecto. El hombre pasó por la Edad de Bronce, la Edad de Hierro, y en todas estas etapas las herramientas creadas fueron muy pocas, casi no contaron con una trascendencia tal que justificara su mención.

Podríamos decir que recién hace unos 3.400 años antes de Cristo, el hombre comenzó a utilizar unos rudimentarios taladros, masones de golpe y corta fríos, todos pertenecientes a la Edad de Hierro. Se podría decir que estas fueron las primeras herramientas medianamente equiparables a las herramientas actuales, cumpliendo estas las mismas funciones que sus similares modernas. Con el tiempo, la evolución puso su parte y el desarrollo e ingenio del hombre puso la otra. El hombre creció, con él también sus necesidades, y con estas aparecieron nuevos utensilios que terminaron en herramientas, cuando de trabajo se trataba. Hoy la herramienta es la mejor aliada del hombre cuando este emprende un trabajo, es más, resulta muy difícil hablar de un trabajo sin hablar de sus herramientas, la fuerza de esta palabra ha llegado a tal punto, que hemos llegado a su desmaterialización, incluso hoy día, solemos hablar para determinados trabajos, de herramientas intelectuales.

Desde el principio y casi toda la vida, el hombre y la herramienta han compartido sus historias.

Aparición de las primeras máquinas

Si a esta palabra le agregamos, máquina usada como herramienta, nos tendríamos que remontar al Imperio persa entre 600 y 500 aC. con los primeros telares textiles porque entonces, se utilizaban rudimentarios tornos alfareros, cuya función era la de poner en una situación giratoria a la pieza a trabajar.

Tecnológicamente, se diría que las primeras máquinas herramientas fueron tornos y taladros muy sencillos cuando el hombre dejó libre sus manos, pudiendo imprimir el movimiento necesario con el pie, mediante el artilugio de pedal y pértiga flexible. Esto fue aproximadamente en un periodo posterior al Imperio romano, entre los años 1000 al 1200 de nuestra era.

Durante muchos años posteriores, los tremendos cambios sociales y culturales producto de las constantes luchas, guerras e invasiones mutuas entre imperios y naciones, del hasta entonces mundo conocido, no permitieron mayores desarrollos. Solo tuvieron evolución aquellos vinculados al diseño y la fabricación de armamentos. Se podría decir que fue un periodo de la historia con sociedades abocadas a sus necesidades mínimas y no a la investigación. Entre los siglos XV y XVIII comienzan a aparecer en el mundo síntomas de cambios muy profundos. Transcurren las guerras religiosas, el expansionismo europeo con los imperios marítimos, la colonización de América, las revoluciones burguesas en Holanda, Inglaterra, Norteamérica, Francia, por citar algunos ejemplos, hechos que concentraron la atención de las sociedades de la época. También, época donde surgen mentes brillantes como Voltaire, Galileo Galilei o Miguel Ángel Buonarroti que contribuyen al cambio. En lo referente a las máquinas, también aportan lo suyo, ilustres como el prodigio matemático francés Blaise Pascal, quien enuncia el principio que lleva su nombre en el “Tratado sobre el equilibrio de los líquidos” y descubre el principio de la prensa hidráulica; o como el florentino Benvenuto Cellini que construye la primera prensa de balancín o el incomparable Leonardo da Vinci.

Aparición de la máquina a vapor

Un francés, Denis Papin, dio a conocer en 1690 el principio fundamental de la máquina de vapor. Unos años más tarde, Thomas Newcomen en 1712 construyó unas rudimentarias máquinas de vapor que se utilizaron para achicar (extraer) el agua en las minas inglesas de carbón. Finalmente, James Watt, un joven escocés de 29 años, construyó, bajo su diseño en 1765, las primeras máquinas de vapor de uso industrial, que permitieron la independencia de las máquinas en el uso de energía.

La máquina de Watt permitió más flexibilidad en la instalación de las máquinas herramientas, incluso podía aplicarse en equipos pequeños, permitiendo una pronta proliferación de industrias de todo tipo (para la época industrias muy importantes como la textil, naval, construcción, armamentística, ferroviaria, entre otras) lo que provocó el mayor espaldarazo a lo que la historia conoce como Revolución Industrial.

Lo malo de las máquinas de vapor es que eran muy ruidosas, difíciles de encender, requerían de mucho mantenimiento y, lamentablemente, resultaron muy sucias y contaminantes. Sus detractores las llamaban las máquinas de negro, en alusión a las grandes nubes de humo negro que generaban cuando estaban trabajando a pleno.

Tampoco eran muy populares entre quienes tenían que manejarlas, ya que la mayoría de sus operadores tenían un sinnúmero de cicatrices, producto de quemaduras muy frecuentes porque no contaban con las mínimas medidas de seguridad.

La Revolución Industrial

Le llevó mucho tiempo a Watt mejorar su invento. Para fines de 1780 pudo perfeccionar la máquina de vapor convirtiéndola en una verdadera aplicación práctica como proveedora de energía a las máquinas herramientas.

Con esta máquina herramienta, equipada con un ingenioso cabezal giratorio y desplazable, se consiguió un error máximo del espesor de una moneda de seis peniques en un diámetro de 72 pulgadas. Evidentemente una tolerancia muy grosera, hoy día, pero sufi ciente para garantizar el ajuste y hermetismo entre pistón y cilindro de la máquina de vapor de Watt. A la máquina de vapor se le suma una importante mejora en las tolerancias de fabricación, y las primeras herramientas de acero al carbono, la sumatoria de las tres novedades tecnológicas resultan los puntales de los grandes cambios y desarrollos que dieron vida a la Revolución Industrial.

Las máquinas creadas originariamente para el procesamiento de la madera fueron copiadas, pero mejoradas para su utilización con materiales ferrosos. Así, nacen máquinas herramientas como: tornos totalmente mecánicos (por ese entonces los bastidores y bancadas eran de maderas duras, que fueron mayormente reemplazadas por piezas de fundición); tornos con torretas (se usaban con un solo porta herramientas, la variante estaba en incorporar varias herramientas para distintas operatorias en una misma torreta); tornos copiadores mejorados (con la particularidad de poder efectuar piezas idénticas, mecanizándolas con un dispositivo llamado copiador, que permitía copiar un diseño patrón y así hacer todas las piezas iguales); y un número importante de máquinas herramientas desarrolladas en esa época. Las acepilladoras, mortajadoras, y taladradoras fueron mejoradas, mientras que las pulidoras, también llamadas rectificadoras, fueron rediseñadas para el uso de nuevos tipos de piedras. Por último, nace la -quizás- máquina de mayor desarrollo desde su creación hasta nuestros días, la fresadora.

Diseño y uso de Máquinas Herramientas

Se denomina máquinas herramientas a las herramientas que utilizan una fuente de energía distinta del movimiento humano, aunque también puedan ser movidas por personas cuando no hay otra fuente de energía. Los historiadores de la tecnología consideran que las máquinas herramientas nacieron cuando se eliminó la actuación directa del hombre en el proceso de dar forma o troquelar los distintos tipos de herramientas.

Se considera que el primer torno que puede considerarse máquina herramienta fue el inventado alrededor de 1751 por Jacques de Vaucanson, porque fue el primero que incorporó el instrumento de corte en una cabeza ajustable mecánicamente, quitándolo de las manos del operario.

Las máquinas herramientas pueden utilizar una gran variedad de fuentes de energía. Tanto la energía humana como la animal son opciones posibles, como lo es la energía obtenida a través del uso de ruedas hidráulicas. Sin embargo, el desarrollo real de las máquinas herramientas comenzó tras la invención de la máquina de vapor, que llevó a la Revolución Industrial. Hoy en día, la mayor parte de ellas funcionan con energía eléctrica.

La industrialización del mundo moderno está cimentada en la variedad y el crecimiento de las máquinas herramientas. Difícilmente, se encuentre un rubro de productos tangibles que no cuente en su cadena de investigación, de desarrollo, productiva o complementaria, con la utilización de algún tipo simple o especial de máquina herramienta. A través de una mejora constante, producto de la aplicación de la hidráulica, neumática, fluídica y dispositivos electrónicos-como el control numérico computarizado-, durante los últimos ciento cincuenta años, las máquinas herramientas modernas se volvieron más precisas y eficientes. Estas máquinas herramientas básicas o convencionales fueron evolucionando hasta llegar a los actuales centros de mecanizado, que permiten aventurar un futuro muy provechoso para todos los procesos de mecanizado a realizar con las máquinas actuales.

Rubros más destacados en el uso de máquinas herramientas

Las máquinas herramientas en sus orígenes eran máquinas muy simples, compuestas básicamente por un cuadro base o estructura central, a la que se le adosaban distintos tipos de dispositivos que funcionaban con movimientos sencillos. Estos movimientos cíclicos, pendulares o circulares, presentaban opciones para dar forma a una pieza.

En todos los casos, las máquinas herramientas aportaron la variante operacional del trabajo de mecanizado, ya que el trabajo de dar forma siempre fue realizado por una herramienta, por ejemplo: en el caso de una prensa o balancín: el molde; o en un torno paralelo: la herramienta de corte. Los responsables de dar forma a la pieza, ya sea por deformación o arranque de viruta, son los moldes o las herramientas de corte que realizan el trabajo real y definitivo sobre la pieza en cuestión.

A través de los últimos años, fueron ampliando sus capacidades productivas, se fueron sofisticando sus procesos de aplicación en diversos rubros. Su uso creció en forma desmesurada, a medida que se incrementaban los programas de producción en los rubros que hacían uso de ellas.

Las primeras y más recordadas, fueron las utilizadas por los rubros que trabajaban originariamente la madera (máquinas cepilladoras, tornos madereros y sierras) y los textiles que fabricaban telas (telares, hilanderas). La Revolución Industrial dio un impulso muy importante para que se produjeran los cambios que llegan a nuestros días.

Si bien en la actualidad, el espectro de las máquinas herramientas es muy amplio, es posible establecer dentro de unas industrias mundialmente globalizadas, unos porcentuales aproximados de cuáles son los rubros con mayor utilización de dichas máquinas herramientas el rubro metalmecánico es el que más utiliza las máquinas herramientas.

Convengamos que la utilización, manipulación y consumo de materiales ferrosos, compuestos metálicos y todo tipo de derivados de estos, han abarcado, históricamente, un importante abanico de industrias que los utilizan en los últimos ciento cincuenta años, posibilitando un crecimiento y desarrollo que permite al rubro metalmecánico sobresalir sobre los otros.

Un capítulo aparte se merece el rubro del plástico (que utiliza máquinas inyectoras, extrusoras y mezcladoras, entre otras) porque el segundo lugar es producto de un desarrollo de tan solo cincuenta años. Al citar otros, quedan comprendidos varios rubros donde la utilización de máquinas herramientas no es tan relevante como el caso de la metalmecánica. Entre ellos se mencionan: equipos de soldadura, maquinaria para el movimiento de materiales (zorras, elevadores, porta pallets, etc.), o máquinas para pintado. Con la actual globalización y con el transcurso del siglo XXI, se producirán cambios más que importantes sobre estos rubros. La llegada de nuevos materiales, la cibernética, robótica y distintos procesos de fabricación, seguramente plantearán el desarrollo y creación de tipos y diseños de nuevas máquinas herramientas. No sabemos si serán mejores o peores, pero sí que serán distintas.

Industrias del rubro metalmecánico que utilizan máquinas herramientas

Es imposible imaginar una industria automotriz sin máquinas herramientas, ya sea por utilización propia de parte de las mismas fábricas de automóviles o por sus proveedores autopartistas, que cuentan con gigantescas redes productivas de productos para las líneas de montajes de las terminales, como para la producción de accesorios y repuestos. A las máquinas herramientas convencionales utilizadas desde un primer momento, hoy se le suman las máquinas más modernas de alta productividad: equipos con CNC (máquinas herramientas con controles numéricos computadorizados), la robótica (que agiliza las líneas de montajes o las líneas de estampados, de pintura, de movimiento de materiales y muchas otras en las terminales automotrices).

Otra gran industria que utiliza muchas máquinas herramientas es la Petrolífera. Es prácticamente imposible pensar en un barreno de exploración petrolífera fabricado a mano. Está compuesto por caños con cuplas, acoples, prolongaciones, equipos de perforación, bombas y válvulas que tienen que ser fabricadas con máquinas herramientas, mayoritariamente con arranque de viruta. En esta industria tienen gran predominio los tornos de todo tipo convencionales y CNC.

Por historia y antigüedad, la industria Ferroviaria tiene otra gran relación con las máquinas herramientas. Pero tanto esta industria, como la Naval y la Minera utilizan equipos de gran porte, esto las hace más bien exclusivas. Generalmente, se tratan de máquinas para el mecanizado de grandes piezas, pesadas y mayoritariamente voluminosas que requieren de máquinas de diseños especiales reforzados y que son sometidas generalmente a tratos bruscos.

La industria Armamentística utilizó máquinas herramientas desde sus inicios, prácticamente fue la que las obligó a evolucionar constantemente. Ya Napoleón exigió a sus armeros crear las condiciones más propicias para estandarizar los repuestos y piezas de los fusiles y cañones que utilizarían sus ejércitos. La forma más criteriosa fue fabricarlas por medio de máquinas herramientas que permitían producir piezas iguales. La Gran Guerra y la Segunda Guerra Mundial fueron terribles caldos de cultivo para el desarrollo de nuevas ideas aplicables a las  máquinas herramientas, ya sea para sus diseños, como para la mejora en las producciones de armamento, maquinarias (blindados, tanques, barcos, submarinos y aviones) y motorizaciones de todo tipo.

La misma industria que fabrica las Máquinas Herramientas se transformó en una gran usuaria de ellas. En el mundo actual podemos encontrar gran cantidad de fábricas de primer nivel que cuentan, sin lugar a dudas, con las máquinas herramientas más sofisticadas y modernas de la actualidad.

Las industrias Metalurgia y Electromecánica están compuestas por empresas y pymes que utilizan pequeños a medianos equipamientos. Trabajan con un parque de máquinas herramientas para nada despreciable, generalmente aplicado a pequeños talleres, matricerías, fábricas de repuestos, talleres de mantenimiento y establecimientos con pequeñas producciones.

Por último, queda nombrar algunas industrias que utilizan máquinas herramientas, son las industrias para la fabricación de Máquinas Agrícolas y la Siderurgia. La primera es una industria de gran consolidación en los últimos años, requiriendo año tras año nuevas máquinas herramientas para satisfacer los requerimientos de los novedosos diseños, de las sorprendentes y modernas máquinas agrícolas. La siderurgia, se caracteriza por el uso de máquinas herramientas para el mecanizado de grandes rodillos o cilindros de trenes de laminación etc. Equipos de igual o mayor envergadura que los utilizados por las industrias ferroviaria, naval o minera.

Proceso de mecanizado sin arranque de viruta

Se puede definir como mecanizado, al proceso de transformación que se produce en una pieza, al llevarla de una forma o material en bruto, a su dimensión ideal o próxima, por medio del trabajo de una herramienta o molde. Este proceso cuenta con dos variantes bien definidas: mecanizado sin arranque de viruta o mecanizado con arranque de viruta, ambos procesos son realizados por máquinas herramientas desarrolladas para tal fi n. Estos procesos cuentan con consumos dispares: 

El primero, sin arranque de viruta, es un proceso de mecanizado que se realiza con máquinas herramientas consideradas de un segundo nivel, ya que la mayoría de esas máquinas establecen un tipo de mecanizado primario simple, son pocas las máquinas que efectúan operatorias de pieza terminada. Generalmente, es un proceso que produce materiales o piezas que luego cuentan con una segunda etapa de mecanizado posterior o de terminación. Se los denomina sin arranque de viruta porque los procesos como: laminado, forja, estampado, prensado, trefilado, extrusión, doblado, embutido, etc. son procesos que buscan obtener la deformación de la pieza original, llevándola a un determinado formato o tamaño, mediante distintos procesos físicos, que pueden ser realizados en caliente o en frío, según el diseño y el material. El laminado, estampado, prensado y doblado pueden hacerse tanto en frío como en caliente, según la necesidad. En cambio, forja, trefilado, extrusión y embutido deben realizarse siempre en caliente. En estos casos se procesa la materia prima en un estado y forma, para transformarla en otra o llevarla al diseño de una pieza.

Proceso de mecanizado con arranque de viruta

En general, el proceso con arranque de viruta es el más utilizado, también es el que más desarrollo tuvo a lo largo de los años. Se realiza en máquinas cuyo trabajo consiste en llevar una pieza o materia prima al formato o diseño definido previamente, mediante el trabajo de una o varias herramientas de corte, mediante las operatorias que permita la máquina (rotación, translación, otras). Los procesos más utilizados son: torneado, fresado, perforado, taladrado, mandrinado, cepillado, escariado, aserrado, rectificado, bruñido, tronzado, alisado, electroerosionado. Para cada caso, existe una máquina herramienta diseñada para llevar adelante el proceso o modalidad de arranque de viruta correspondiente. Todas estas máquinas tienen como característica principal el sacar viruta de la pieza que se está mecanizando. Para ello existen varias tareas alternativas, que son posibles de realizar de acuerdo a las características y dispositivos de la máquina herramienta.

Las máquinas herramientas cuentan con dos tipos de movimientos importantes, con los que se que podrán determinar cómo y quién efectuará los movimientos. Para determinar cómo, se usarán movimientos de translación o rotación; para determinar quién se verá si se mueve la pieza o la herramienta. Por ejemplo: un caso de translación de la pieza, sería un cepillo mecánico, donde la pieza sujeta a una base es la que se mueve y la herramienta está fija. En cambio, si fuese translación de la herramienta, el caso sería una limadora o serrucho mecánico se movería y la pieza estaría fija.

El caso de máquinas con rotación de la pieza, sería un torno o tronzadora, donde la pieza está sujeta a un plato giratorio que gira a distintas velocidades, mientras la herramienta se encuentra en una torreta fija y solo se mueve en forma transversal o paralela al eje de la pieza. Los casos más comunes de rotación de la herramienta son la fresadora, taladradora o alisadora.

Tienen la pieza sujeta a una mesada que se moverá en cruz, mientras la herramienta está sujeta a un husillo que gira, efectuando su trabajo respondiendo a los movimientos en cruz, los mismos ejes del movimiento de la pieza.

Las máquinas herramientas más conocidas son las que podríamos llamar convencionales. Generalmente, están compuestas por una estructura básica y un proceso de funcionamiento simple. Las más conocidas son: tornos, fresadoras, perforadoras o agujereadotas, serruchos y rectificadoras. Estos temas serán tratados y explicados en el próximo blog.