Mecanizado y Fluidos de Corte

Fluidos para mecanizado de metales

• El tema se centra en los fluidos utilizados en el mecanizado de metales.
• Los fluidos deben poseer la capacidad de lubricar, refrigerar y eliminar las virutas durante el proceso.

Propiedades básicas de los fluidos

• Reducir la fricción:
  • Reduce el desgaste de las herramientas.
  • Prolonga la vida útil de las herramientas.
  • Reduce el consumo de energía.
  • Mejora el acabado de las piezas.
• Refrigerar:
  • Reduce la temperatura de la herramienta, viruta y pieza.
  • Aumenta la capacidad de disipar el calor.
• Remover virutas y residuos:
  • Retira las virutas y residuos de la zona de trabajo.
• Promover protección temporal:
  • Protege temporalmente contra la corrosión.
  • Evita la oxidación causada por el aire, la humedad y el calor.
  • Protege contra otros agentes externos agresivos.

Fricción

• El coeficiente de fricción es la fuerza dividida por la presión.
• El coeficiente de fricción es de 0.6 en superficies secas.
• El coeficiente de fricción es de 0.2 en superficies con aceite.

Tipos de lubricación: Hidrodinámica

• Existe separación total de las superficies, las piezas no se tocan.
• El lubricante forma un film viscoso 4 veces más grueso que la rugosidad combinada de las superficies.
• La carga se soporta por el film lubricante.
• No hay desgaste.
• La fricción interna es causada por la viscosidad del lubricante.

Tipos de lubricación: Superficie límite

• En este mecanismo, no hay separación total de las superficies, las piezas se tocan.
• El film lubricante tiene un grosor menor a 1x las asperezas combinadas de las superficies.
• La carga es soportada por la aspereza de las superficies.
• Hay atracción química entre el film lubricante y el metal.
• La fricción es causada por la interacción de las asperezas.
• Se utilizan aditivos para mejorar las propiedades de superficie límite.

Tipos de lubricación: Presión extrema

• Es el mecanismo más importante en el mecanizado.
• No hay contacto, no hay remoción de metal.
• Casi no hay separación, hay una gran cantidad de aristas que se tocan.
• El film lubricante tiene un grosor menor a 1x las asperezas combinadas de las superficies.
• La carga se soporta por la aspereza de las superficies.
• Hay reacción química entre el film lubricante y el metal.
• La fricción es causada por la interacción de las asperezas.
• Se utilizan aditivos de extrema presión y antidesgaste.

Contacto entre herramienta y viruta

• El 95% de la energía usada durante el corte se convierte en calor.
• El calor de deformación se genera en las zonas 1 y 2.
• Otros tipos de calor se generan por fricción en las zonas 3 y 4.

Ángulo de corte

• Explica el flujo de la viruta y la acción del roce entre la herramienta y la pieza de trabajo.

Funciones del fluido y requerimientos secundarios

• Estabilidad del producto y la emulsión: El producto debe ser estable.
• Detergencia: La emulsión debe mantener la máquina limpia.
• Resistencia biológica: Resistencia a hongos y bacterias.
• Compatibilidad: Compatibilidad con las piezas producidas.
• Compatibilidad con el agua: Ausencia de espuma y buena emulsionabilidad en aguas duras.
• Compatibilidad con las herramientas: No debe reaccionar con el material de las herramientas.
• Compatibilidad con las máquinas: No debe atacar la pintura ni producir desgastes.
• Compatibilidad con el medio ambiente: No debe producir nieblas, humos u olores.

Fluidos para mecanizado de metales: Resumen

• Propiedades básicas: lubricar, refrigerar y arrastrar las virutas.
• Propiedades adicionales superiores: estabilidad de la emulsión, protección contra la corrosión y protección microbiológica.

Fluidos: Tipos y origen

• Tipos (2 categorías principales): fluidos de corte integrales y fluidos solubles o emulsionables en agua.
• Materias primas: animal (grasas, lanolina), vegetal (aceites de girasol, palma, ricino), mineral (derivados del petróleo), sintético (ésteres, alcoholes, polímeros).

Fluidos de mecanizado integrales

• Insolubles en agua.
• Máxima lubricación filmógena.
• Bajo poder refrigerante.
• Dificultad en el tratamiento de efluentes.
• Dificultad en el control de limpieza.
• Los fluidos integrales pueden estar compuestos solo por: aceite mineral + vegetal - animal ó base sintética, o con aditivos (aceite mineral + aditivo anti-desgaste).

Fluidos de mecanizado solubles o diliubles en agua

• Minerales (convencional, macro emulsión).
• Semi sintéticos (micro o macro emulsión).
• Sintéticos (microemulsiones).

Función de los aditivos

• Medios de dilución (agua y/o aceites integrales): disuelven los aditivos hasta la zona de corte.
• Emulsificantes (compuestos a base de boro).
• Lubricidad (acidos grasos), reductores de fricción.
• Inhibidores de corrosión.
• Control de espuma.
• Inhibidores de la acción microbiológica (ácido bórico con aminas).
• Biocidas (para control de micro-organismos).

Aceites solubles convencionales

• Usados para mecanizado y rectificado.
• El tenor de aceite mineral es mayor a 60%.
• Se utilizan en concentraciones del 4-15%.
• Componentes: aceite mineral, lubricante sintético, solventes, aditivos, emulsificantes.
• Propiedades: lubricante límite, inhibidor de corrosión, extrema-presión (opcional), biocidas, tamaño de partículas (5-25 µm).

Semi sintético

• Usado ampliamente en mecanizado y rectificado.
• Soluble en agua (micro o macro emulsión).
• Tenor de aceite de 5-45% (mineral).
• Se usa en concentraciones del 4-20%.
• Combinación de sintético y aceite soluble.
• Componentes: emulsificadores, agua, aceite mineral, aditivos.
• Propiedades: lubricante límite, inhibidor de corrosión, biocidas.

Sintéticos

• Tradicionalmente usados para mecanizado moderado y rectificado.
• Solubles en agua (solución) o sin aceite (no emulsificable).
• Se usa en concentraciones del 3 al 20%.
• Optima refrigeración.
• Optima rejección de “tramp oil”.
• Componentes: agua, inhibidores de corrosión, aditivos, surfactantes, biocidas, anti-espumantes.

Aceite integral vs. soluble

• Comparación de las propiedades positivas y negativas de los aceites integrales y solubles respecto al costo de mantenimiento, lubricación, protección, refrigeración, etc.

Fluidos para mecanizado de metales: Resumen

• Los aceites de corte integrales son usados puros.
• Los fluidos de mecanizado solubles se dividen en 3 tipos: convencionales, semi-sintéticos y sintéticos.

Aplicaciones

• Diferentes tipos de fluidos para diferentes usos o operaciones.

Dificultad de mecanizado vs. material

• Muestra la dificultad mecánica del mecanizado según los materiales metálicos.

Dificultad de mecanizado vs. operación

• Muestra la dificultad en el mecanizado según el tipo de operación.

Aplicaciones (ejemplos)

• Brochado, roscados, mecanizado de engranajes.
• Frezado, torneado, acabado de agujeros.

Selección del fluido

• Método para la selección de fluido, considerando maquinabilidad, material de la herramienta, operación, verificando el tipo de agua y producto, validándolo con pruebas y aprobándolo para uso.

Resumen para la selección del tipo de fluido

• Información requerida: tipo de metal, tipo de máquina/herramienta, operación, necesidades del cliente, destino del material.
• El nombre del lubricante por sí sólo no es suficiente para una correcta selección.

Compras por valor agregado

• Principio del iceberg, mostrando la importancia de considerar costos directos y aspectos agregados a la productividad y calidad.

Controles de los fluidos y procesos

• Parámetros a monitorear: apariencia, concentración, PH, viscosidad, contaminaciones.
• Otros parámetros importantes: protección contra la corrosión, niveles microbiológicos, tramp oil, dureza del agua, funcionamiento de filtros y separadores magnéticos.