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[0:23]Máquinas y herramientas, capítulo 1.
[0:30]Desde los más primitivos instrumentos de piedra hasta las asombrosas máquinas del presente, transcurrieron 2.500.000 de años. Nuevos materiales, invenciones y descubrimientos, marcaron la evolución de las herramientas y de las máquinas, que fueron generando cambios económicos y sociales. Entonces, parte importante de la historia humana es esta historia, la de sus herramientas y la de sus máquinas herramientas.
[1:18]¿Qué hacemos normalmente cuando nuestras manos no nos permiten realizar alguna tarea sencilla? Recurrimos a una herramienta que en cierto sentido se convierte en una prolongación de nuestras manos. Desde los orígenes de la edad de piedra, el hombre comenzó a manipular elementos simples para lograr lo que no conseguía utilizando solo sus manos. Mediante un percutor golpeaba núcleos de sílex o pedernal para producir hachas de mano y lascas filosas como bisturíes, que le permitían cortar carnes y cueros. También produjo raspadores para trabajar pieles y maderas, lanzas para la caza y la pesca, punzones para perforar y grabar, cinceles, y luego de años de evolución, la hoz para cosechar.
[2:06]El siguiente gran paso de la tecnología iluminaría una nueva etapa. El hombre logró el control del fuego, que con el tiempo le permitió trabajar los metales. En la edad de bronce, se utilizaban formas primitivas de taladros y de sierras. Entre 1000 y 1500 años antes de Cristo, se inicia la edad de hierro. Se producen espadas, escudos y ruedas, con lo que hoy conocemos como hierro forjado. La adopción de nuevos materiales permitirá la evolución de herramientas e instrumentos. Entre las armas, por ejemplo, las primitivas lanzas de mango de madera y punta de sílex o hueso, luego se harán con bronce, y siglos más tarde, serán de acero. De la edad de hierro proceden las herramientas más antiguas, medianamente equiparables a las actuales. Taladros rudimentarios, mazones de golpe y cortafrios.
[3:19]Cortafrio: herramienta de corte compuesta por una barra de acero a la que se le realiza un aplanado con afilado en uno de sus extremos dejando el otro para golpear. Se usa para cortar metales mas blandos o como máximo de igual dureza.
[3:41]La evolución tecnológica continuaría aún antes de Cristo. El hombre comenzaba a crear sus primeras máquinas.
[3:51]Pero, ¿a qué consideramos una máquina? ¿Y qué es una máquina herramienta?
[4:02]Se entiende por máquina el conjunto de piezas o elementos móviles o no móviles que por efecto de su enlace, es capaz de transformar la energía que se le suministra, en un movimiento que complementa o reemplaza la actividad del hombre. Una máquina herramienta es una máquina estacionaria y motorizada que se utiliza para dar forma o modelar materiales sólidos, especialmente metales.
[4:34]Las herramientas son pensadas en función de las características de los materiales con los cuales se va a trabajar, mientras que las máquinas herramientas son pensadas en función de la operatoria que van a realizar, por ejemplo, agujerear, cortar, pulir o tornear.
[4:58]Imperio Persa, 600 a.C. - 500 a.C. Los primitivos telares surgidos en esta era son considerados las primeras máquinas usadas como herramientas. Aunque por su tecnología, se podría decir que las primeras máquinas herramientas fueron tornos y taladros sencillos. Surgieron entre el 1000 y el 1200 de nuestra era y permitían al operario la libertad de sus manos, ya que podía imprimir el movimiento con sus pies mediante el artilugio de pedal y pértiga flexible. Un nuevo capítulo en la historia se inicia en el siglo 15.
[5:52]En Italia surge el Renacimiento y se extiende por Europa en los dos siglos siguientes. El Renacimiento fue una etapa de esplendor, de conocimientos, de innovaciones en áreas como la pintura, la arquitectura, la ingeniería, la ciencia. En todas ellas fue notable la contribución de un genio: Leonardo Da Vinci. Leonardo también es clave en la historia de las máquinas y de las herramientas. Como inventor dejó los planos del primer tanque de guerra, el primer bosquejo del helicóptero y diseños de una máquina para acuñar monedas, una recortadora, seis tornos, especialmente prácticos e innovadores, y una laminadora. Laminadora: Máquina herramienta de estructura rígida, compuesta por cilindros superpuestos con espacio entre estos, por donde se introducen lingotes para afinar su espesor y obtener láminas.
[7:01]Leonardo no pudo ver plasmadas estas invenciones por falta de medios, pero sus diseños dieron origen a la mayoría de las máquinas creadas posteriormente. Su gran contribución a la mecánica fueron los bocetos dedicados al cálculo de relación entre engranajes, y a la forma ideal de los perfiles y ángulos de los dientes de dichos engranajes. Sus principios fueron aplicados en motores, transmisiones, máquinas herramientas, vehículos, y todo tipo de maquinaria con engranajes, y hasta el día de hoy, siguen vigentes. También fue Nicolás Briot, ingeniero mecánico francés, el que dio otro paso en la evolución de las máquinas, perfeccionando la prensa de balancín. Unos 100 años más tarde, el físico y matemático Blas Pascal, inventor de la primera máquina de calcular mecánica, enunció el principio que lleva su nombre y que establece que los líquidos transmiten presiones con la misma intensidad en todas las direcciones. El principio se convirtió en fundamento de la hidráulica y de invenciones como la prensa hidráulica, utilizada para dar forma y marcar metales y para probar materiales sometidos a grandes presiones.
[8:36]Durante el siglo XVII, se buscaba una fuente de energía que permitiera el funcionamiento de las máquinas herramientas. La respuesta a esa necesidad cambiaría la historia. Llegaba la máquina de vapor, y con ella, una revolución. Desarrollada desde fines del siglo XVII, la máquina de vapor fue el símbolo de la Revolución Industrial, que surgió en Inglaterra en las últimas décadas del siglo siguiente.
[9:16]La máquina dio un extraordinario impulso a industrias de todo tipo y fue la base para el surgimiento de otras, como la ferroviaria. Una de las claves de la máquina de vapor fue permitir que las industrias se independizaran de las antiguas fuentes de energía, como los molinos de agua o por sistema de tiro. Estos condicionamientos llevaban a instalar las máquinas herramientas en lugares no apropiados. Las fuentes de energía previas a la revolución industrial tienen una característica común, es que son todas fuentes renovables. Tanto el uso de la fuerza humana, el uso de la fuerza de las bestias, los cursos de agua para la molienda del grano, son las formas que prevalecieron durante 2 millones de años en la historia de los homínidos de los que formamos parte. En 1690, el físico francés Denis Papin dio a conocer el principio fundamental de la máquina de vapor. La conversión de la energía térmica en energía mecánica.
[10:21]En 1712, el británico Thomas Newcomen diseñó una rudimentaria máquina de vapor que se utilizaron para extraer el agua en las minas de carbón. Finalmente, en 1765, el escocés James Watt construyó las primeras máquinas de vapor de uso industrial, que tuvieron enorme influencia en industrias como la textil, la naval, la armamentística, la ferroviaria y la construcción. Don Wilkinson fue el que diseñó y construyó una máquina herramienta a pedido de Watt para poder construir la máquina de vapor. Eh esta máquina herramienta era una mandrinadora, eh, permitió la construcción justamente del cilindro de la máquina de vapor que tenía determinadas características geométricas y de tolerancias dimensionales que las máquinas anteriores que existían en el mercado que eran las que se utilizaban para las de los cañones de la industria bélica no eran suficientes. Pero estas máquinas también tenían un lado oscuro. Sus operarios sufrían constantes accidentes y quemaduras. Las máquinas eran peligrosas, difíciles de encender y requerían mantenimiento permanente. También eran muy contaminantes y por las nubes de humo que generaban trabajando a su máxima potencia, las llamaban las máquinas de negro.
[12:06]La Revolución Industrial generó profundos efectos en la sociedad y en la economía. La fabricación de bienes manufacturados desplazó notablemente a la de productos primarios.
[12:35]Gran Bretaña se convirtió en el primer productor de bienes industriales, en parte gracias a la aparición de máquinas y de herramientas especializadas.
[12:59]Surgieron así tornos totalmente metálicos y tornos con torretas, que incorporan varias herramientas para distintas operatorias en una misma torreta.
[13:12]Se mejoraron los tornos copiadores y también se desarrollaron y mejoraron taladradoras, cepilladoras y mortajadoras. Mortajadora: Máquina herramienta cuya función es quitar una loncha de material a una pieza con un movimiento vertical de la herramienta.
[13:42]Las pulidoras se rediseñaron para el uso de nuevos tipos de piedras y también apareció la fresadora. Fresadora: Máquina herramienta utilizada para dar formas complejas a una pieza que permanece quieta, mientras que la herramienta de corte es la que gira.
[14:11]En 1897, el ingeniero inglés Henry Maudslay construyó un torno para cilindrar de altísima precisión sobre una estructura metálica y rígida. Esta creación marcó una nueva etapa en la que las máquinas herramientas se multiplicarían para dar respuesta al mecanizado de todas las piezas metálicas, de los nuevos productos que se irían desarrollando. A esta evolución contribuyó notablemente el ingeniero Joseph Whitworth, que desarrolló un método de producción de piezas con superficies planas, de una exactitud asombrosa.
[14:54]Whitworth perfeccionó un sistema de roscas de tornillos ideado por él, que se convirtió en el primer sistema estandarizado de rosca, conocido como rosca BSW.
[15:07]Su empresa fabricaba herramientas con una precisión de una 10 milésima de pulgada, es decir, 600 veces mayor a lo que poco antes se consideraba aceptable.
[16:03]Whitworth también introdujo la caja de velocidades Norton, que permite transmitir la velocidad a la máquina mediante engranajes que reemplazaban a las poleas. Una variante tan importante que aún sigue vigente.
[16:21]En 1898, se produce uno de los acontecimientos más trascendentales en la historia del rubro metalmecánico. Un descubrimiento del ingeniero Frederick Winslow Taylor que iba a revolucionar el mundo de las herramientas. El descubrimiento de Taylor se refiere a el desarrollo de un material de mejores características mecánicas que lo que existían hasta ese momento, con los cuales se construían las herramientas de corte. Ensayando, este ingeniero americano en la empresa Midley, donde trabajaba como supervisor, ensayando aceros de este tipo Midley número 86, le agregó un 5% de Tungsteno. Cuando luego fue a ensayar ese acero como herramienta, comprobó que el rendimiento de esta herramienta era prácticamente el doble de las conocidas hasta ese entonces. Cuando los obreros eh utilizaban ese tipo de material en las herramientas de corte, podían trabajar a más hm rápida velocidad. Y por lo tanto, lo denominó acero rápido. Combinado con los aceros de Taylor, a fines del siglo XIX, otra invención modificaría la relación entre herramientas y máquinas herramientas. Los motores de corriente continua.
[17:48]Con el descubrimiento de las herramientas de acero rápido, se necesitaban mejoras en las máquinas herramientas, y el gran cambio fue su fuente de energía. Casi todas las grandes ciudades contaban con tendidos eléctricos y el motor de corriente continua llegó en el momento justo para reemplazar a las máquinas de vapor. El motor de pequeñas dimensiones convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante movimiento rotatorio. Su aparición dio enorme impulso a las máquinas herramientas, permitiendo diseños más accesibles para las industrias pequeñas. Hoy existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Son los motores lineales. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria y una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Desde principios del siglo XX, la introducción de las cadenas de montaje revolucionó la industria automotriz. Y esta revolución tuvo un escenario principal: la megafábrica de Ford. Si bien no fue Henry Ford el primero en utilizar la producción en serie, la aplicó combinándola con los aceros rápidos de Taylor, y con nuevos diseños de máquinas herramientas. El resultado fue una increíble eficacia en la producción.
[19:38]Los precios de los autos bajaron notablemente y en los años 20 los norteamericanos se motorizaron en forma masiva.
[19:50]Solo del célebre modelo T, se vendieron más de 15 millones de unidades a partir de 1908.
[20:00]La idea alocada de Henry Ford para aquella época de que cada americano podía tener un vehículo modelo Ford, llevó a que Henry Ford tuviese que montar una fábrica novedosa para la época. Creó la primera megafábrica, consultó a Taylor, quien fue quien le ayudó a montar su fábrica. Y esta fábrica requirió que los fabricantes de máquinas herramientas tuviesen que diseñar máquinas especiales para operatorias especiales. La megafábrica de Ford en realidad consistía o se inició en el proceso no propiamente dicho de elaboración de piezas, sino en el de montaje de los automóviles, eh y que todo el mundo sabe que fue el que creó la eh montaje en serie, eh de modo que el operario no se movía de su lugar de trabajo, sino que era eh, en este caso el automóvil, eh que iba avanzando a lo largo de una línea, llamada línea de montaje y los distintos grupos de operarios iban realizando las distintas operaciones para poder conformar el automóvil, eh en su totalidad. Lo que logra Ford con esto y al que se adhiere el conjunto de la producción a partir de entonces, es un proceso de incremento notable de la producción, se comienza con esta lógica que tiene que ver con la producción en gran escala, pero también un notable incremento del consumo y por lo tanto, la necesidad de la aparición de la clase media, como fenómeno que se da en todo el mundo. 1939, estalla la Segunda Guerra Mundial. La calidad y cantidad del armamento producido por las fábricas alemanas desconcierta a los aliados. La clave estaba en una invención surgida casi por casualidad. La empresa Osram buscaba obtener un filamento más grande para las lámparas que producía. El intento derivó en la obtención de un nuevo compuesto, el hardmetal o metal duro. Como no le servía como filamento, Osram lo ofreció a la familia Krupp, que manejaba el mercado de metales en Europa. Bajo la marca Widia, el descubrimiento se transformaría en el más importante del siglo XX en el rubro metalmecánico y en el más revolucionario en cuanto a herramientas. Como material fue aplicado a la producción bélica y como herramienta de corte rendía cinco veces más que los aceros rápidos. Convertido en secreto de Estado del Gobierno Nazi, el metal duro fue la clave de la asombrosa producción armamentística alemana.
[22:52]Finalizada la guerra, el metal duro tuvo un curioso destino. Los aliados intervinieron el Imperio Krupp, fabricante de armamento y abastecedor de herramientas y materiales a las fábricas alemanas. Recién en 1953, las empresas fueron devueltas a sus dueños, que descubrieron en la fábrica de Widia la falta de miles de patentes de herramientas, muchas de metal duro.
[23:28]La intervención tuvo previsibles consecuencias.
[23:35]Numerosas fábricas de metal duro surgieron en Estados Unidos y en Europa y el mercado de herramientas de corte tuvo un enorme impulso. Hoy el 70% de estas herramientas son de metal duro.
[23:53]Durante mucho tiempo, el hombre fantaseó con la posibilidad de que uno de sus inventos se manejara solo. Pero en la posguerra, la posibilidad de controlar una máquina sin manejo manual sobre ella, comienza a hacerse realidad. Se iniciaba el control numérico, un hito en la historia de las máquinas herramientas. La alta tecnología nunca hubiera existido sin el desarrollo de las computadoras, que en pocas décadas cambiaron el mundo.
[24:30]La aparición de las computadoras también sería revolucionaria para las máquinas herramientas. Los inmensos modelos de los años 50 fueron evolucionando hasta los actuales, permitiendo el uso del control numérico computarizado en todo tipo de máquinas herramientas. Como tornos, fresadoras, centros de mecanizado, rectificadoras y hasta máquinas de coser, de carga o de envasado. En una máquina CNC, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. Gracias a esto puede hacer movimientos que no se logran manualmente, como círculos, líneas diagonales y figuras tridimensionales, ampliando las posibilidades de mecanizar piezas. Una vez programada, la máquina ejecuta las operaciones por sí sola. Durante los 70 y principios de los 80, la nueva tecnología llevó a las máquinas herramientas a un liderazgo técnico en comparación con las herramientas. Sin embargo, el fin del siglo XX encontró a las herramientas nuevamente a la vanguardia.
[26:00]La clave, el desarrollo de nuevos materiales. Durante los años 80, en el siglo XX, tanto las máquinas herramientas como herramientas de corte, gozaron de un amplio desarrollo. Durante los años 90, las máquinas herramientas se encontraron el escollo de no poder desarrollar mayores velocidades que las 42.000 RPM en un husillo. Esto llevó a una limitación insalvable, demorando el desarrollo de las máquinas, mientras tanto las herramientas de corte continuaron su desarrollo. Hoy la evolución de máquinas y herramientas continúa y se acelera.
[26:45]En los últimos años se introdujeron herramientas de cermet, una cerámica metalizada que compite con el metal duro. Nuevos procesos de fabricación del metal duro, mejoraron sus calidades por medio del uso de molienda por ultrasonido. También evolucionaron los procesos de mecanizado, con los de alta velocidad y de altos avances. Con la llegada de nuevos materiales como la fibra de carbono, surgen nuevas máquinas herramientas que deben adaptarse a estos componentes. Unificadas por el láser y el ultrasonido, herramientas y máquinas herramientas parecen estar a las puertas de una nueva era. Después de siglos de desarrollo, la unión entre ambas es cada vez mayor, y quizás en un futuro muy próximo, herramientas y máquinas herramientas sean una sola.
