Refrigeración en el mecanizado

Actualmente, el refrigerante es muy utilizado especialmente en el mecanizado por tornos CNC y centros de mecanizado. El uso de refrigerante previene el decrecimiento anormail en la durabilidad del filo, que se produce por el calentamiento y deformación del filo de la herramienta y la acumulación de virutas.
El uso de refrigerantes sirve para tres propósitos principales, enfriamiento, lubricación y control de virutas. Para prevenir rupturas térmicas durante el mecanizado, es importante aplicar mucho refrigerante sobre el filo.

OBJETIVOS Y EFECTOS DEL REFRIGERANTE

El uso de refrigerante tiene varios propósitos y efectos, el siguiente es un resúmen explicatorio de los resultados obtenidos al emplear refrigerante durante el mecanizado.

OBJETIVOS DEL REFRIGERANTE

Acción de enfriamiento
El calor generado durante el mecanizado se debe al impacto del filo con la pieza de trabajo y el roce con las virutas sobre la superficie del inserto. Generalmente, hasta un 80% del calor generado durante el mecanizado es removido junto con las virutas. El 20% restante, permanece en el filo.

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Porcentajes de calor

El calor generado durante el mecanizado suaviza el filo y acelera el desgaste, o causa cambios en las dimensiones de la pieza de trabajo debido a la expansión térmica. Al aplicar refrigerante, se evita que el calor se concentre en la herramienta y la pieza de trabajo debido a la acción de refrigerante. Esto resulta e una prolongación de la durabilidad de la herramienta y su exactitud.
En el corte de placas largas y delgadas, las mismas suelen deformarse debido al calor producido, a veces se realiza este tipo de mecanizado en un tanque lleno de refrigerante.

Acción de lubricación
Si las virutas generadas se deslizan por la superficie del lado principal, entonces problemas tales como deformación del filo y soldaduras pueden ser eliminados y la durabilidad puede ser prolongada. Además, la exactitud dimensional de la pieza mecanizada es estabilizada.
Al aplicar refrigerante, se generará una película de lubricación entre las virutas y el filo. Esta película permite que las virutas se deslicen por la superficie de la herramienta con facilidad, protegiendo el filo.

02Película de lubricación

Acción de infiltración
El refrigerante se infiltra, se escurre, entre el filo de la herramienta, sus lados y la pieza de trabajo. Esta acción produce refrigeración y lubricidad.

Acción de despeje
Se refiere a acción de despeje cuando la fuerza o presión del refrigerante es utilizada para dirigir físicamente o evacuar las virutas a medida que se generan. Cuando se realiza perforado utilizando brocas cañón, los refrigerantes utilizados necesitan tener un nivel de viscosidad moderado.

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EFECTO DEL REFRIGERANTE

Mecanizado continuo
Se dice que el mecanizado en húmedo incrementa la durabilidad de la herramienta 2.5 veces a comparación con el mecanizado en seco. Esto se debe al efecto del refrigerante, que reduce la temperatura del filo y previene que se reduzca la dureza del material de la herramienta. El refrigerante también evita que se produzcan soldaduras gracias a su lubricidad.

04Torneado

Mecanizado interrumpido
Durante el mecanizado en húmedo con interrupciones, pueden producirse rupturas térmicas ya que el filo de la herramienta es expuesto a shock térnicos. Por esto se entiendo cuando la temperatura del filo se incrementa rápidamente mientras mecaniza y disminuye abruptamente cuando la herramienta sale de la pieza de trabajo.
El fresado es un mecanizado interrumpido, y el mecanizado en húmedo que facilite shock térmicos es contraproducente y puede causar choques témicos.

05Planeado

Mecanizado de materiales de difícil corte
Cuando se mecaniza materiales de difícil corte tales como el acero inoxidable, acero resistente al calor, súperaleación con base de Ni y aleación de Ti, es necesario un refrigerante (soluble al agua) para prevenri astillamiento y fracturas aún en mecanizado interrumpido. En este caso, para prevenir choques térmicos, una gran cantidad de refrigerante debe ser utilizado.

06Fresado de terminación

Perforado
Con respecto al perforado, donde todo el mecanizado es realizado en un agujero, se requiere refrigerante para descargar las virutas y enfriar y lubricar el filo. (Refrigeración interna)
Como otros modos de mecanizado, hay dos modos de refrigeración en el perforado, refrigeración externa e interna.

REFRIGERACION EXTERNA

REFRIGERACION INTERNA

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Mientras se produce el mecanizado, el refrigerante es dirigido a la parte superior de la broca. Pero, a medida que la broca gira para evacuar las virutas, es difícil para el refrigerante llegar al filo de la misma.

El refrigerante es proporcionado a través de los agujeros de refrigeración en la punta de la broca, el refrigerante llega hasta el filo y ayuda a lograr una mejor evacuación de virutas.


TIPOS DE REFRIGERANTES

Hay refrigerantes solubles al agua y no solubles al agua. Los refrigerante no solubles tienen un efecto de lubricación y los solubles al agua tienen un efecto de enfriamiento.

Refrigerantes no solubles al agua
Los mismos incluyen lo siguiente:
- Aceite mineral (aceite de máquina)
- Aceite grasoso (aceite de soja, semillas de colza)
- Aceite mixto (aceite mineral + 5%-30% grasa y aceite)
- Aceite de presión extrema (Aceite mineral + aditivos de presión extrema)

Los refrigerantes no solubles al agua no son adecuados para el mecanizado de alta velocidad debido a problemas ambientales tales como humo y regulación de encendido. Por ello, los refrigerantes no solubles al agua son utilizados para escariado, fresado y desbaste; donde las velocidades de corte son relativamente bajas. Para el perforado de agujeros profundos con brocas cañón, los cuales requieren una viscosidad moderada como efecto de lubricación y evacuación de virutas, son utilizados refrigerantes no solubles al agua.

Refrigerantes solubles al agua
El refrigerante soluble al agua utilizan un agente superficial activo para mezclar un refrigerante con base aceitosa con agua. Además de minerales y aceite, pueden incluirse aditivos de presión extrema, anti-oxidantes, anti-sépticos y anti-espuma.

EMULSION

El Oleum está hecho al agregar una pequeña cantidad de emulsificador, antiséptico y otros componente del aceite mineral. Si se mezcla con agua, la emulsión se torna blanca. Este tipo de refrigerante es utilizado principalmente en torneado y fresado.

09Emulsión

SOLUBLE

El Oleum es generado al agregar grandes cantidades de aditivos a una pequeña cantidad de aceite mineral. si es mezclado con agua, la solución se tornará traslúcida. Este tipo de refrigerante es principalmente utilizado para afilado y centros de mecanizado.

10Aceite soluble

CORTE EN SECO

El corte en seco fue inspirado por una política ambiental alemana. Ya que el mecanizado en seco beneficia al usuario y al ambiente, hay una tendencia a creer que el uso de refrigerantes en máquinas será prohibido en un futuro cercano.

Costos de los refrigerantes
El siguiente gráfico muestra el porcentaje de costo de refrigerante del fabricante de la máquina. El refrigerante puede llegar a abarcar un costo del 16% del total. Esto demuestra que, en ocasiones, el costo del refrigerante puede llegar a ser cuatro veces mayor al costo de la herramienta. Los costos de los refrigerantes (compra, mantenimiento, reciclaje) son muy altos.

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A continuación hay un desglose de los costos del refrigerante. El gráfico de barras muestra los costos de refrigerantes de un fabricante de automotores. En notable que los costos de inventario y manejo suman un poco más del 60% del costo total. Si el uso de refrigerante es inevitable, será necesario reducir el consumo del mismo, parar de desechar y promover el reciclaje con la meta de reducir el costo en refrigerantes.

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Situación actual del mecanizado en seco
Hasta ahora, han sido explicados los efectos del refrigerante, influencia en el medio-ambiente, los problemas de costo fueron detallados. Para realizar un mecanizado en seco total, es necesario perfeccionar varios aspectos del mismos. Como paso de aproximamiento al mecanizado en seco del futuro, los siguientes métodos de mecanizado en seco están siendo desarrollados.

Mecanizado con aire frío
El mecanizado con aire frío es un método en el cual se utiliza aire frío en vez de líquido refrigerante. Simplemente enfría la herramienta y la pieza de trabajo. Los efectos no son tan buenos como con el líquido refrigerante, pero su uso es posible. Sin embargo, hay un problema durante el mecanizado de un agujero, es fácil enviar aire frío a una herramienta en torneado y fresado porque éstas se encuentran en un espacio abierto.

MQL
El MQL (Lubricación de Cantidad Mínima) es un método en el cual una cantidad limitada de refrigerante es utilizado durante cierto período de tiempo. Generalmente hablando, la cantidad es de 30cc de refrigerante en 8 horas contínuas. En el punto de vista ambiental, el modo MQL tiene mucho para ofrecer.

Aplicación de refrigerante por niebla
En este método el refrigerante es suspendido como niebla en el aire, y luego aplicado al filo de la herramienta. Este método puede ser utilizado efectivamente en perforado.

Corte en seco total
Método en donde no se utiliza refrigerante en lo absoluto.

Aceite vegetal
Si toma en consideración la contaminación ambiental, será mejor utilizar aceite vegetal. Pero el aceite vegetal tiene la desventaja de oxidarse rápidamente. Si esta desventaja puede ser perfeccionada, entonces el aceite vegetal sería un refrigerante muy prometedor.

Fuente: www.mitsubishicarbide.com