Durante el proceso de corte de metal, para aumentar la eficiencia del corte, mejorar la precisión de la pieza de trabajo, reducir la rugosidad de la superficie, extender la vida útil de la herramienta y lograr resultados económicos óptimos, es vital minimizar la fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo, así como entre la herramienta y el papas fritas.
Además, es fundamental disipar rápidamente el calor generado por la deformación del material en la zona de corte.
Para lograr estos objetivos, por un lado, se han logrado avances mediante el desarrollo de materiales de herramientas de alta dureza y resistentes a altas temperaturas y el refinamiento de las geometrías de las herramientas.
La introducción de materiales como el acero al carbono, el acero rápido, el carburo de tungsteno y la cerámica, así como el uso de herramientas intercambiables, han acelerado sustancialmente las tasas de corte de metales.
Por otro lado, el uso de fluidos de corte de alto rendimiento a menudo aumenta significativamente la eficiencia del corte, reduce la rugosidad de la superficie y extiende la vida útil de la herramienta, lo que conduce a resultados superiores y rentables. Las funciones de los fluidos de corte incluyen:
I. Efecto refrescante
El efecto de enfriamiento depende de la transferencia de calor por convección y vaporización del fluido de corte para eliminar el calor de los sólidos (herramientas, piezas y virutas), bajando así la temperatura en la zona de corte y reduciendo la distorsión de la pieza, manteniendo la dureza y el tamaño de la pieza. herramienta.
La eficiencia de este efecto de enfriamiento depende de las propiedades térmicas del fluido, especialmente de su capacidad calorífica específica y de su conductividad térmica.
Además, las condiciones de flujo de fluido y los coeficientes de intercambio de calor desempeñan papeles esenciales. El coeficiente de intercambio de calor se puede aumentar ajustando los materiales tensioactivos y el calor latente.
El agua, con su alta capacidad calorífica específica y su impresionante conductividad térmica, supera a los fluidos de corte a base de aceite en términos de rendimiento de corte. Modificar las condiciones del flujo, como aumentar la velocidad y el volumen del flujo, puede aumentar efectivamente el efecto de enfriamiento del fluido de corte.
Este método es particularmente beneficioso para fluidos de corte a base de aceite con efectos de enfriamiento inferiores. En la perforación profunda y el mecanizado de engranajes de alta velocidad, el aumento de la presión y el volumen del suministro de fluido ha mostrado mejoras.
El enfriamiento por pulverización, que facilita la vaporización del líquido, también aumenta significativamente el efecto de enfriamiento.
La eficacia de enfriamiento de un fluido de corte está influenciada por su permeabilidad. Los fluidos con buena permeabilidad enfrían el filo más rápidamente. La permeabilidad de los fluidos de corte está relacionada con su viscosidad y humectabilidad. Los fluidos de baja viscosidad tienen mejor permeabilidad que los fluidos de alta viscosidad.
Los fluidos de corte a base de aceite tienden a tener una mejor permeabilidad que los fluidos de corte a base de agua, pero los fluidos de corte a base de agua que contienen tensioactivos tienen una permeabilidad significativamente mejorada.
La humectabilidad de un fluido de corte está relacionada con su tensión superficial. Cuando el líquido tiene una tensión superficial alta, tiende a formar gotas sobre las superficies sólidas, lo que resulta en una baja permeabilidad.
En cambio, cuando el líquido tiene baja tensión superficial, se propaga sobre el sólido, siendo el ángulo de contacto sólido-líquido-gas mínimo, o incluso nulo. Esto conduce a una excelente permeabilidad, lo que permite que el líquido fluya rápidamente hacia los espacios donde la herramienta entra en contacto con la pieza y las virutas, intensificando así el efecto de enfriamiento.
La calidad del efecto refrescante también está asociada con la formación de espuma. Debido a que la espuma se compone principalmente de aire, que tiene una baja conductividad térmica, los fluidos de corte con exceso de espuma presentan un rendimiento de enfriamiento reducido.
Esta es la razón por la que los fluidos de corte sintéticos que contienen tensioactivos suelen incluir una pequeña cantidad de aceite de silicona emulsionado para que actúe como agente antiespumante.
Estudios recientes han demostrado que los fluidos de corte iónicos a base de agua pueden neutralizar rápidamente la carga estática generada durante el corte y el rectificado debido a la fricción intensa, evitando el sobrecalentamiento de las piezas y ofreciendo efectos de enfriamiento excepcionales.
Estos fluidos de corte iónicos se utilizan ahora ampliamente como lubricantes refrigerantes para procesos de rectificado de alta velocidad y procesos de rectificado agresivos.
II. Función de lubricación
Durante el mecanizado, se produce fricción entre la herramienta de corte y las virutas y entre la herramienta y la superficie de la pieza de trabajo. Los fluidos de corte actúan como lubricantes para reducir esta fricción.
Para la herramienta de corte, dado su ángulo de alivio durante el mecanizado, hace menos contacto con el material que se está mecanizando que la cara de corte primaria, lo que resulta en una presión de contacto reducida.
La condición de lubricación por fricción en la cara de relieve se aproxima a un estado límite de lubricación. Las sustancias fuertemente adsorbentes, como los agentes aceitosos y los agentes de extrema presión (EP), con resistencia al corte reducida, reducen eficazmente esta fricción.
La situación en la cara de corte primaria es diferente; A medida que la presión de la herramienta empuja la viruta deformada hacia afuera, la presión de contacto aumenta y la viruta, que sufre deformación plástica, se calienta.
Después de la aplicación del fluido de corte, la viruta se contrae abruptamente debido al enfriamiento, lo que reduce la longitud de contacto de la viruta en la cara de corte primaria y el área de contacto metálico entre la viruta y la herramienta.
Esto también reduce el esfuerzo cortante promedio, lo que resulta en un ángulo de corte mayor y una fuerza de corte reducida, lo que mejora la maquinabilidad del material de la pieza de trabajo.
Durante el rectificado, la adición de líquido abrasivo forma una película lubricante entre el grano abrasivo, la pieza de trabajo y las virutas. Esta capa de lubricación reduce la fricción, evita el desgaste abrasivo en los bordes y mejora el acabado superficial.
Generalmente, los fluidos de corte a base de aceite superan a los fluidos de corte a base de agua, y los mejores resultados provienen de los fluidos a base de aceite que contienen aditivos aceitosos y EP. Estos aditivos oleosos suelen ser compuestos orgánicos de cadena larga con grupos polares, como ácidos grasos, alcoholes y grasas vegetales o animales.
Forman una capa lubricante sobre la superficie del metal, reduciendo la fricción entre la herramienta y la pieza y las virutas, con el objetivo de reducir la resistencia al corte, extender la vida útil de la herramienta y mejorar el acabado superficial.
Los aditivos de aceite funcionan mejor a temperaturas más bajas; por encima de 200°C, su capa de adsorción se ve comprometida, perdiendo sus propiedades lubricantes. Por lo tanto, los fluidos de corte que contienen aceite se utilizan para cortes de precisión a baja velocidad, mientras que el corte de alta velocidad y servicio pesado requiere fluidos de corte con aditivos EP.
Los aditivos EP contienen elementos como azufre, fósforo y cloro, que reaccionan químicamente con metales a altas temperaturas para formar compuestos como sulfuro de hierro, fosfato de hierro y cloruro de hierro, todos los cuales tienen baja resistencia al corte.
Esto reduce la resistencia al corte y la fricción entre la herramienta, la pieza y las virutas, facilitando el proceso de corte. Los fluidos de corte que contienen EP también previenen la acumulación de viruta y mejoran el acabado de la superficie.
El cloruro de hierro tiene una estructura cristalina en capas, lo que proporciona la menor resistencia al corte. En comparación con el sulfuro de hierro, tiene un punto de fusión más bajo y pierde sus propiedades lubricantes alrededor de los 400°C.
El fosfato de hierro tiene propiedades entre el cloruro de hierro y el sulfuro de hierro. El sulfuro de hierro resiste temperaturas de hasta 700 °C y normalmente se utiliza en fluidos de corte para corte pesado y mecanizado de materiales difíciles de cortar.
Además de formar capas lubricantes de bajo cizallamiento en metales ferrosos como el acero y el hierro, los aditivos EP también cumplen esta función en metales no ferrosos como el cobre y el aluminio. Sin embargo, para cortar metales no ferrosos, se deben evitar los aditivos EP reactivos para evitar la corrosión de la pieza de trabajo.
El efecto lubricante de los fluidos de corte también está relacionado con sus propiedades de penetración; aquellos con buena penetración permiten que los lubricantes accedan rápidamente a las interfaces entre virutas, herramientas y piezas, formando películas lubricantes que reducen los coeficientes de fricción y la resistencia al corte.
Estudios recientes sugieren que, además de los efectos de lubricación mencionados anteriormente, los fluidos de corte pueden penetrar pequeñas grietas en las superficies metálicas, alterando las propiedades físicas del material que se está mecanizando, reduciendo así la resistencia al corte y facilitando el proceso de mecanizado.
III. Acción de limpieza
Durante los procesos de corte de metales, las virutas, el polvo metálico, los restos de esmerilado y los residuos de aceite pueden adherirse fácilmente a la superficie de la pieza de trabajo, a las herramientas de corte y a las muelas abrasivas. Esto afecta al rendimiento de corte y ensucia tanto la pieza de trabajo como la máquina herramienta.
Por tanto, los fluidos de corte deben tener excelentes propiedades de limpieza. Para los fluidos de corte a base de aceite, cuanto menor sea la viscosidad, mayor será la facilidad de limpieza. Los fluidos de corte que contienen componentes livianos como diésel y queroseno ofrecen un rendimiento de limpieza y penetración superior.
Los fluidos de corte a base de agua que contienen tensioactivos producen mejores resultados de limpieza.
Por un lado, los tensioactivos pueden adsorber diversas partículas y lodos aceitosos, formando una película de adsorción en la superficie de la pieza, impidiendo la adhesión de la pieza, las herramientas y las muelas.
Por otro lado, pueden penetrar la interfaz donde se adhieren partículas y residuos de aceite, separándolos y eliminándolos con el fluido de corte.
La capacidad de limpieza de los fluidos de corte también debe ser evidente en la separación y sedimentación efectiva de residuos, partículas de molienda, polvos metálicos y residuos de aceite.
Los fluidos de corte reciclados deben depositar rápidamente partículas como virutas de metal, polvos, restos de molienda y micropartículas en el fondo del contenedor después de regresar al tanque de enfriamiento, mientras que los residuos de aceite flotan hacia la superficie.
Esto asegura que el fluido de corte permanezca limpio incluso después de un uso repetido, asegurando la calidad del procesamiento y extendiendo su vida útil.
4. Prevención de la oxidación
A lo largo del proceso de mecanizado, si la pieza entra en contacto con sustancias corrosivas producidas por la descomposición u oxidación del agua y fluidos de corte, como azufre, dióxido de azufre, iones cloruro, ácidos, sulfuro de hidrógeno y álcalis, se vuelve susceptible a la corrosión.
Las piezas de la máquina que entran en contacto con los fluidos de corte también pueden corroerse. Si el fluido de corte no tiene capacidad para prevenir la oxidación, la pieza de trabajo puede sufrir corrosión química y electroquímica debido a la humedad y sustancias corrosivas en el aire durante el almacenamiento posterior al procesamiento o entre operaciones, lo que provoca oxidación.
Por lo tanto, los fluidos de corte deben tener propiedades superiores de prevención de la oxidación, que es una de sus características fundamentales.
Los aceites de corte generalmente tienen algunas características de prevención de oxidación. Si el período de almacenamiento entre operaciones no es largo, no es necesario agregar inhibidores de oxidación. Agregar inhibidores de óxido, como sulfonatos de bario y petróleo, al aceite de corte puede disminuir sus propiedades antidesgaste.
