¿Por qué se estropean sus brocas roscadas?: Un análisis de fallos que lee el daño.
Una broca que se desgasta gradualmente y se desecha al final de su vida útil está cumpliendo su función. Una broca que pierde insertos en los primeros diez metros de perforación, o que se rompe en la base de la rosca en el tercer turno, no es un problema de la broca. Es una señal de alerta.
Aquí tienes una cifra que debería hacerte reflexionar: en una broca bien diseñada y utilizada en condiciones adecuadas, entre el 16 % y el 67 % de las retiradas se deben al desgaste normal. Cuanto mejor sea la broca, mayor será ese porcentaje. Si tu índice de desgaste normal es bajo, o si observas fallos en los insertos y fracturas en el cuerpo de la broca de forma habitual en lugar de excepciones, algo falla en la cadena de producción: selección, funcionamiento o calidad del proveedor.
Analicemos las cuatro formas en que fallan los bits encadenados y qué significa cada una de ellas.
1. Insertos rotos y astillados: los repentinos
Un inserto de carburo que se rompe o se astilla no simplemente tuvo un mal día. Una de estas cuatro cosas sucedió:
La pieza equivocada para la roca.La causa más común y la más evitable. Las formaciones duras y abrasivas requieren insertos con mayor resistencia al desgaste, generalmente con menor contenido de cobalto y grano más fino. Los terrenos fracturados y con bloques requieren insertos con mayor tenacidad, con más cobalto y grano más grueso. Si los insertos se astillan en terrenos abrasivos, probablemente el grado sea demasiado blando. Si se astillan en terrenos fracturados, probablemente el grado sea demasiado quebradizo. La roca indica qué grado utilizar. Solo hay que prestar atención antes de realizar el pedido.
Problemas de calidad interna del carburo.No todos los insertos de carburo de tungsteno son iguales. La pureza de la materia prima, la distribución del tamaño de grano y la calidad de la sinterización influyen en la tenacidad de los insertos. Un lote de insertos de un proveedor que escatimó en la calidad del polvo o en el tiempo de sinterización se astillará con energías de impacto que un inserto bien fabricado soportará sin problemas. Esto es difícil de diagnosticar en el campo, pero si un lote de brocas del mismo proveedor falla de la misma manera en condiciones donde otras marcas resisten, el carburo es la variable.
Daños de fabricación durante el montaje de la broca.La inserción de plaquitas en el cuerpo de la broca es una operación de alta precisión. Una interferencia excesiva genera tensión residual en el cuerpo de la plaquita incluso antes de que entre en contacto con la roca; esta precarga aumenta la tensión de impacto y reduce el margen de seguridad ante la fractura. Los daños que sufre la plaquita durante la manipulación o el prensado —microfisuras por una sujeción inadecuada, por ejemplo— se convierten en macrofisuras tras unos cientos de golpes.
Error del operador en la cara.Perforar un agujero con demasiada presión de avance hace que la broca choque contra la roca irregular antes de estabilizarse. Usar una broca con insertos desafilados y aplanados multiplica la tensión del impacto, ya que la energía se concentra en un área de contacto menor. Ambos problemas se pueden prevenir con capacitación y atención, pero ocurren constantemente en obras donde la presión por la velocidad prevalece sobre el procedimiento.
2. Fallout de la inserción: El problema del ajuste a presión
Si un inserto se sale del cuerpo de la broca en los primeros metros, casi con toda seguridad se trata de un defecto de fabricación. El ajuste a presión (la diferencia entre el tamaño del inserto y el orificio en el que se inserta) es incorrecto, la geometría del orificio era errónea o el proceso de prensado provocó daños.
Un inserto que se desprende hacia el final de la vida útil de la broca, especialmente un inserto de la hilera de calibre, cuenta una historia diferente. El borde exterior de la hilera de calibre sufre el mayor desgaste y las mayores cargas de flexión. Si la geometría de la hilera de calibre (el ángulo del flanco, el alivio, la protrusión del inserto) no está optimizada para la formación, esos insertos exteriores soportan cargas mayores que los insertos de la hilera frontal. Se desgastan más rápido y, una vez que el desgaste alcanza un punto en el que el cuerpo del inserto ya no está completamente soportado por el acero de la broca, se aflojan.
Un inserto de la fila frontal que falla mientras que la fila del indicador está en buen estado generalmente indica un problema de diseño de la cara: el patrón de colocación del inserto ejerce demasiada carga sobre un solo botón, o la disposición de la ranura de lavado provoca una refrigeración desigual y estrés térmico.
Lo ideal es que los insertos y el cuerpo de la broca se desgasten aproximadamente al mismo ritmo. Cuando el acero del cuerpo se erosiona más rápido que los insertos, estos últimos sobresalen y soportan mayores cargas de flexión. Cuando los insertos se desgastan más rápido que el cuerpo, este último absorbe el contacto con la roca y se vitrifica. El desgaste sincronizado garantiza la mayor vida útil de la broca.
3. Fractura del cuerpo del hueso: la estructural
Las fracturas en el cuerpo de las brocas casi siempre se deben a fallas por fatiga. El cuerpo soporta millones de ciclos de impacto, y si la tensión en algún punto supera el límite de fatiga del acero, se inicia y se propaga una grieta.
Siete cosas contribuyen:
Selección de materiales.Un acero para cuerpos de bit necesita suficiente resistencia a la tracción para soportar las cargas de impacto y suficiente resistencia a la fatiga para soportarlas millones de veces. Los aceros baratos con bajos límites de fatiga se agrietan prematuramente.
Geometría.Las esquinas afiladas, los cambios de sección abruptos y los radios de filete insuficientes concentran la tensión. Una broca bien diseñada presenta una transición suave entre secciones, con radios generosos en cada hombro. Si observa que las fracturas se originan en la misma característica geométrica en varias brocas, el diseño presenta un problema de concentración de tensión.
Tratamiento térmico.El cuerpo requiere un perfil de dureza específico: lo suficientemente duro en la superficie para resistir el desgaste abrasivo de los recortes, y lo suficientemente resistente en el núcleo para evitar la propagación de grietas por fatiga. El acero subtemplado es quebradizo. El acero sobretemplado es blando. Ambos fallan prematuramente, de diferentes maneras.
Acabado de la superficie.Las marcas de mecanizado profundas, las ranuras afiladas de la herramienta y las transiciones sin suavizar actúan como puntos de inicio de grietas por fatiga. Un cuerpo de broca con un acabado rugoso está, esencialmente, preagrietado.
Diseño de hilo.La rosca que conecta la broca con la varilla constituye una concentración natural de tensiones. El espesor de la pared detrás de la raíz de la rosca, el perfil de la rosca y la transición de la sección roscada al cuerpo influyen en la vida útil por fatiga.
Ajuste entre la varilla y la broca.Si la rosca de la varilla y la de la broca no coinciden (debido a que son de fabricantes diferentes o tienen tolerancias distintas), la carga se distribuye de forma desigual entre las roscas engranadas. La primera rosca soporta una carga desproporcionada y se fatiga primero.
Limpieza del acero.Las inclusiones en el acero —óxidos, sulfuros, partículas no metálicas— actúan como concentradores de tensión internos. Un acero limpio con bajo contenido de inclusiones tiene un límite de fatiga más alto que un acero con impurezas de la misma composición química y dureza.
4. Desgaste normal: del bueno.
Una broca que perforaba hasta que los insertos se desgastaban por completo y ya no penetraban tuvo el final adecuado. Los insertos se desgastaron gradualmente, el acero del cuerpo se erosionó al mismo ritmo que el carburo y nada se rompió de forma catastrófica.
Un yacimiento donde el 60 % o más de las brocas se desechan por desgaste normal es un yacimiento bien gestionado. Las brocas se ajustan al tipo de roca. Los operarios saben lo que hacen. El proveedor ofrece una calidad constante.
Si ese porcentaje es inferior al 30%, otro factor está predominando en la mezcla de fallos: inserciones rotas, inserciones caídas o fracturas del cuerpo. Cada una de estas causas tiene diferentes orígenes. Determine cuál es la categoría más frecuente y, a partir de ahí, realice el diagnóstico retrospectivamente.
A la pieza no le importa por qué falló. Pero a ti sí debería importarte.
