De portabrocas para taladros: tipos, ventajas y funcionamiento
Gran parte del precio de un taladro es culpa del portabrocas. Si la broca resbala, algo tan incómodo como común en taladros mediocres, la pieza señalada por el dedo acusador no es otra que el portabrocas. Y viceversa: se tiende a encumbrar el mandril cuando la herramienta es eficaz.
Por otra parte, hay taladros sin motor (el de mano y el trépano, por ejemplo), pero ¿puede hablarse de taladro si falta el portabrocas? Claro es que no. Y por eso, sin ánimo de restar mérito al motor o la caja de marchas, dedicamos este artículo a dicha pieza de la herramienta.
Aquí trataremos, entre otras cosas, las clases de portabrocas, su origen, el funcionamiento básico, y también los pros y los contras de cada tipo de mandril. Sin más ambages, vamos al caso.
¿Qué es un portabrocas?
El portabrocas es según el diccionario 'la parte de la taladradora en que se inserta la broca'. Esa es su definición, pero se han de aclarar algunos detalles. Primero, la pieza que nos ocupa también sirve para sujetar otros accesorios: avellanadores, portapuntas, platos de lijar, sierras de corona, etc.
Segundo, el portabrocas no es exclusivo del taladro. Antes bien, se trata de un accesorio usado para el mismo fin en máquinas herramienta como el torno. La diferencia es que en el torno la broca está quieta y gira, por tanto, la pieza que se ha de perforar.
Y, en tercer lugar, conviene saber la diferencia entre portabrocas y mandril. Aunque hoy sea frecuente intercambiar ambas palabras, el mandril de un torno es, en rigor, el plato de sujeción, esto es, donde se sujeta la pieza que se va a tornear.
El portabrocas se basa en el plato universal de tres mordazas, variante autocentrante del de garras independientes. Quizá de ahí usar como sinónimos ambos nombres.
Invención del portabrocas moderno
En todo caso, el portabrocas moderno, tal y como hoy lo conocemos, se lo debemos a este señor:
El 16 de septiembre de 1902, la Oficina de Patentes de EE. UU. le concedió a Arthur Jacobs la patente n.º 709,014. Consistía su invención en un portabrocas con tres mordazas deslizantes, fácil de abrir y de cerrar por medio de una llave, que actuaba sobre una corona dentada en el perimetro del casquillo. Helo aquí:
Pues bien, el portabrocas Jacobs todavía se fabrica. Y puesto que de él derivan todos los actuales, y dado que los potenciales quebraderos de cabeza guardan mucha relación con su mecánica... ¡vale la pena averiguar cómo funciona!
Funcionamiento del portabrocas Jacobs de tres mordazas
La siguiente figura representa un corte longitudinal de un portabrocas Jacobs:
El Jacobs keyed chuck consta de una masa central semihueca (5) con tres canales oblicuos que distan entre sí 120º y en los que se alojan sendas mordazas (7). Estas se deslizan a lo largo del canal de manera que su parte recta vertical siempre se mueve en paralelo al eje imaginario del portabrocas.
Sin embargo, la distancia entre las mordazas varía y es, justamente, dicho ajuste lo que permite retener brocas de distinto diámetro de caña (parte cilíndrica de la broca). De ello se encarga la tuerca (9) alojada en una ranura central tallada en el cuerpo del accesorio. En realidad, dicha tuerca esta rota en dos mitades, ¡de otro modo sería imposible montarla en su encaje!
La tuerca (9), a su vez, se acopla al perfil de rosca de cada diente. Por tanto, esta tuerca aleja o aproxima las mordazas según su sentido de giro. Además, varios pasadores (12) la conectan al casquillo exterior (11) y obligan a dicho anillo a girar solidario a ella.
Así, para apretar una broca en el portabrocas, se sujeta la base al tiempo que se gira el casquillo con la otra mano. Acto seguido, se usa la llave (15) para apretar con fuerza las mordazas contra el vástago de la broca. Su parte cilíndrica (18) encaja en cualquiera de los orificios (14) practicados en el núcleo del portabrocas; sus dientes (17j, en cambio, engranan contra la corona dentada (13) del casquillo externo.
En la siguiente figura, se aprecia mejor cómo al girar el manubrio de la llave (16), esta hace rotar el casquillo exterior (11) a la vez que inmoviliza el cuerpo del mandril (5). Los orificios (14) se muestran en línea discontinua.
Pero... ¿por qué resbala la broca?
Te dispones a taladrar la pared. Aprietas la broca. Empiezas la tarea. Comienza a salir polvo o viruta del orificio. Y de repente te percatas de que el cabezal del taladro gira... ¡pero la broca permanece estática!
¿Por qué resbala la broca? La broca patina porque el portabrocas se afloja. Pese a que esta afirmación tenga muchísimo de tautológica, la razón no es sino la pérdida de tensión en la tuerca que oprime las mordazas contra la caña de la broca.
Posibles culpables del aflojón, de los que luego hablaremos, son las vibraciones, la falta de apriete inicial y cañas cilíndricas de gran diámetro. Antes, hemos de conocer los principales tipos de portabrocas, pues no todos ellos son susceptibles de sufrir el temido patinazo.
Tipos de portabrocas
Según su acoplamiento hay portabrocas cónicos, roscados y de vástago SDS. El cono Morse es habitual en máquinas herramienta, como el torno, la fresadora o el taladro de columna; el portabrocas de base roscada se usa en taladros portátiles (con percutor o sin él) y el portabrocas con caña SDS es especial para martillos combinados.
Según su cierre los portabrocas se clasifican en manuales (con llave) y automáticos. Los automáticos, a su vez, se dividen en portabrocas a una mano, cuando el taladro bloquea por sí solo el husillo (o dispone de un botón para ello) y a dos manos, cuando la máquina no frena el eje. Eso obliga a sujetar el anillo de sujeción inferior a la vez que se aprieta el casquillo superior.
Existen, además, portabrocas:
- de retensado automático, que aumentan el apriete de la broca de forma proporcional a la fuerza de corte (en el sentido de giro habitual de la herramienta, que suele ser a derechas);
- con bloqueo radial, que inmoviliza la parte móvil del accesorio para evitar que la broca se afloje durante el taladrado y
- de alta concentricidad, que presentan un rango de tolerancia de concentricidad mecánica más estrecho. Así, el eje del orificio taladrado coincide mejor (es decir, está más centrado) con su eje geométrico.
Ya se echa de ver que son los portabrocas con bloqueo radial y los de retensado automático los que presentan un menor riesgo de deslizamiento de la broca. En efecto, esas son sus ventajas. Y, ¡ahora sí!, examinemos las causas del resbalamiento.
Factores que determinan la fuerza de apriete del portabrocas
Tipo de cierre
Las mordazas de los portabrocas con llave oprimen la broca con más fuerza que las del automático. ¿La razón? La misma por la que se aplica más fuerza con llave inglesa que con destornillador.
Según el principio de la palanca, la ventaja mecánica de una llave depende del largo de su mango. En un juego de destornilladores, en cambio, este valor no depende de la longitud de la varilla, sino del diámetro del mango.
En síntesis, la llave y la corona dentada hacen más palanca que el casquillo giratorio, por mucho que su acabado superficial sea estriado o moleteado. Así pues, este portabrocas tiene la virtud de proporcionar un mayor apriete inicial.
Diámetro de la caña
El símil de la llave y el destornillador también da su fruto a la hora de explicar por qué se aflojan las brocas grandes antes que las pequeñas. Sucede que todo es relativo. Y tan poco apropiado parece usar un destornillador de mecánico para apretar el tornillo de un reloj de pulsera, como recurrir a una llave inglesa pequeña para aflojar una tuerca del tamaño de un puño.
Así, si la caña de la broca tiene un diámetro de ø 3 mm, pongamos por caso, hay poca superficie en contacto con las mordazas, luego resulta muy fácil apretar la broca. Si la cambiamos por una de ø 13 mm, ¡ah, la cosa cambia! Ahora debemos ejercer mucha más fuerza para lograr la misma tensión.
No en vano, así se define la tensión mecánica: fuerza entre área. Si tu fuerza no cambia (y da igual lo bien que hayas desayunado), cuanto mayor el área, mayor la tensión resultante.
Por supuesto, cuanto mayor el diámetro de la broca, mayores también la arista activa de corte y la velocidad en los extremos del filo. Ambos exigen una mayor fuerza de apriete. De ahí la existencia de brocas de vástago reducido, como esta broca para metal de ø 16 mm con caña de ø 10 mm (dicho sea de paso, la caña rebajada posibilita el uso en taladros con portabrocas mediano):
Forma de la caña
Los rebajes practicados en el vástago de la broca, para convertir su sección cilíndrica en triangular o hexagonal, no aumentan la fuerza de apriete. Pero sí evitan que la broca resbale si, llegado el caso, el portabrocas se afloja durante el taladrado. Además, los rebajes mejoran el contacto con las mordazas por ser plana su superficie.
De todos modos, la moral de esta historia es que son las vibraciones producidas al taladrar, así como las fuerzas de sentido opuesto a la broca (es decir, la resistencia de la pieza), las responsables de que la herramienta resbale.
Por suerte, la historia del taladro eléctrico supera ya el siglo de vida y lo mismo ocurre con el portabrocas. De resultas, los fabricantes han propuesto soluciones para contrarrestar la dificultad que nos entretiene. Destaca, entre ellas, el mandril con bloqueo radial.
Las ventajas del mandril con bloqueo radial
No cabía superponer una tuerca (es decir, una contratuerca) sobre el casquillo del portabrocas para evitar que se aflojase por efecto de la vibración. Tampoco era factible usar adhesivo fijatornillos. Así que los fabricantes apostaron por bloquear radialmente el portabrocas.
Pero ¿cómo inmovilizar la posición del casquillo exterior? Una solución se basa en un mecanismo bien conocido: el trinquete, usado, por ejemplo, en llaves y destornilladores de carraca.
¿Cómo funciona un mandril autobloqueante?
Para ilustrar el funcionamiento de un mandril con bloqueo radial, nos servirá de ejemplo un portabrocas Rohm serie Extra 80 RV.
El anillo que vemos a la izquierda, con el emblema de la marca y la capacidad en pulgadas y milímetros, es, en realidad, un casquillo de plástico que se extiende por dentro del portabrocas hasta algo más allá de la flecha (se interrumpe poco antes del hexágono de la punta). Se interpone, pues, entre la tuerca interna que mueve las mordazas y la camisa externa que se gira a mano para ello.
El núcleo del portabrocas, por otra parte, dispone de un área en la que se han mecanizado una suerte de dientes. El mencionado trinquete los va a aprovechar para trabar el mecanismo. La cosa es como sigue.
Mientras las mordazas se deslizan libres, la rueda exterior las aproxima o las aleja, es decir, como en un portabrocas cualquiera. Sin embargo, al presentar resistencia la broca, el casquillo de plástico, gracias a dos rebajes cuadrados en su interior, empuja y oprime un muelle cuyo fin no es otro que accionar el trinquete.
El portabrocas solo puede girar ahora en el sentido de apriete. Y lo hace, por cierto, acompañado del típico clic de las llaves de carraca. De resultas, las vibraciones ya no pueden aflojar el mecanismo.
Ahora bien, al aflojar el portabrocas con la mano, el propio casquillo de plástico libera el resorte, que, a su vez, retira el trinquete de la zona dentada. De esta manera, el mecanismo queda desbloqueado y no hay más que seguir girando el casquillo moleteado para abrir el portabrocas.
En suma, este portabrocas aprieta y bloquea la broca, o al revés, en una única operación.
Otros sistemas de bloqueo
Como el primitivo mandril Jacobs, los avances en la mecánica de los portabrocas se basan en patentes. Por tanto, no existe una única tecnología —cuanto menos una estandarizada— que evite que la broca resbale.
Por ejemplo, en este portabrocas, un Rohm Supra SK (que Bosch monta, entre otros, en sus taladros GBM 13-2 RE [portátil] y PBD 40 [de mesa]), la operación de bloqueo es independiente del apriete. De modo que para abrir o cerrar el mandril, antes hay que desbloquear el mecanismo con el anillo rojo.
A modo de colofón
Si al comprar un taladro es posible elegir si se precisa percusión; si debe poseer una sola velocidad o varias, si se requiere embrague para regular el par de apriete, etc., no son menos las opciones que se presentan al escoger el tipo de portabrocas. ¿Manual o automático? ¿De plástico o de metal? ¿Con bloqueo radial o directo?
No faltan quienes consideran una pérdida de tiempo el portabrocas con llave, ¡aunque luego regalen su tiempo reapretando una y otra vez el automático!, que se afloja como resultado de las vibraciones causadas por la percusión. Así pues, a la hora de comprar un portabrocas de reemplazo para un taladro (o la propia herramienta), es capital valorar, además:
- si soporta percusión, pues no siempre es el caso;
- los pares de apriete máximos (no tienen por qué ser iguales a derechas e izquierdas);
- la tolerancia de concentricidad (diferencia en décimas de mm entre el eje teórico y el real);
- la capacidad (es decir, el diámetros mínimo de la caña de la broca y el máximo);
- si tiene aro anticolisión (casquillo que gira loco en la punta para evitar arañazos y golpes);
- si se necesita anillo de retención (porque el taladro no bloquea el eje);
- el material de los casquillos (aluminio, acero, plástico);
- el acabado superficial (moleteado, estriado) y
- el tipo de montaje: rosca del husillo, medida del cono Morse, etc.
Con estos nueve puntos ponemos el punto final a este artículo.
