Fondo de mecanizado en seco
Actualmente, la mayor parte del procesamiento de piezas de máquinas, especialmente en máquinas herramienta CNC altamente automatizadas, centros de mecanizado y líneas de producción, implica el uso de fluidos de corte. Las funciones principales de los fluidos de corte son eliminar virutas, reducir las temperaturas de corte y proporcionar lubricación.
El mecanizado en seco, en términos simples, es un proceso de mecanizado que no utiliza fluidos de corte. Desde el comienzo de la tecnología de corte de metales, se han empleado métodos de corte tanto en seco como en húmedo. Por tanto, el principio del mecanizado en seco no es nuevo y se ha aplicado en la producción durante un tiempo considerable (por ejemplo, en el fresado en seco de hierro fundido).
Sin embargo, el contexto ha cambiado significativamente porque el mecanizado en seco ya no se limita al procesamiento de materiales de hierro fundido y métodos naturales convencionales. En cambio, se esfuerza por aplicar el mecanizado en seco al procesamiento de todos los materiales y métodos estableciendo nuevas teorías y técnicas.
El mecanizado en seco no consiste sólo en dejar de utilizar fluidos de corte. Se trata de mantener una alta eficiencia, calidad del producto, vida útil de la herramienta y confiabilidad en el proceso de corte minimizando o eliminando el uso de fluidos de corte. Esto requiere el uso de herramientas de mecanizado en seco de alto rendimiento, máquinas herramienta e instalaciones auxiliares para reemplazar el papel de los fluidos de corte en el corte tradicional y lograr un verdadero mecanizado en seco.
El mecanizado en seco implica varios aspectos, como los materiales de las herramientas, los recubrimientos de las herramientas, la geometría de las herramientas, las máquinas de mecanizado, los parámetros de corte y los métodos de procesamiento. Representa una intersección e integración de la tecnología de fabricación con las disciplinas de ciencia de materiales, tecnología de la información, electrónica y gestión.
El mecanizado en seco tiene como objetivo eliminar los efectos adversos de los fluidos de corte en los procesos de torneado, fresado, taladrado y mandrinado, reduciendo significativamente los costos de procesamiento y protegiendo el medio ambiente ecológico.
Actualmente, países industrializados como Europa y Japón están prestando gran atención al desarrollo y aplicación de la tecnología de mecanizado en seco. Las estadísticas muestran que alrededor del 10% al 15% del mecanizado en el sector industrial europeo ha adoptado procesos de mecanizado en seco.
En el siglo XXI, la demanda de procesos ecológicos y respetuosos con el medio ambiente por parte de la industria manufacturera está aumentando. La tecnología de mecanizado en seco, como proceso de fabricación ecológico, es importante para la conservación de recursos, la protección del medio ambiente y la reducción de costes.
Con el avance de la tecnología de máquinas herramienta, la tecnología de herramientas de corte y la investigación de procesos relacionados, el mecanizado en seco se convertirá en el principal medio de corte de metales y obtendrá una amplia aplicación.
En la actualidad, el alcance del mecanizado en seco todavía es relativamente limitado, pero su investigación en profundidad y su amplia aplicación se han convertido en un tema candente en el campo del mecanizado. Los expertos israelíes creen que el mecanizado en seco “sigue siendo un campo complejo hasta el día de hoy. No se trata sólo de cerrar el refrigerante y pedir una nueva herramienta”.
En los últimos años, junto con el desarrollo de la tecnología de corte de alta velocidad, la industria de fabricación mecánica en los países industrializados ha estado explorando nuevos procesos de mecanizado en seco utilizando materiales de herramientas existentes.
El mecanizado en seco significativo y económicamente viable debe basarse en un análisis cuidadoso de las condiciones límite específicas y una comprensión profunda de los factores complejos que influyen en el mecanizado en seco. Este análisis proporciona los datos y materiales necesarios para el diseño de sistemas de procesos de mecanizado en seco.
Terminología y definiciones de mecanizado en seco
La investigación y las aplicaciones del mecanizado en seco han recibido amplia atención tanto a nivel nacional como internacional, con años de investigación impulsando la implementación de la tecnología de mecanizado en seco.
Sin embargo, los expertos y académicos tienen diferentes descripciones de la terminología y definiciones relacionadas con el mecanizado en seco. La norma nacional propuesta establece regulaciones: La norma se aplica a los procesos mecánicos de mecanizado de productos que implican mecanizado en seco completo y mecanizado en seco asistido (incluido el enfriamiento por aire, el enfriamiento por nitrógeno líquido, el asistido por láser, etc.).
Mecanizado en seco (Corte en seco): Un proceso de mecanizado que no utiliza ningún fluido de corte durante el proceso de corte.
Mecanizado en seco completo: Un proceso de mecanizado que no utiliza ningún fluido de corte ni medio de refrigeración auxiliar durante el proceso de corte.
Mecanizado subseco (corte subseco): una tecnología de corte que implica inyectar una cantidad adecuada de lubricante en una corriente de aire a ciertas presiones y temperaturas, creando una mezcla de niebla, que luego forma una cantidad mínima de lubricante medio y se rocía en la zona de corte para microlubricación y enfriamiento específicos. de la zona afectada por el calor.
El mecanizado subseco generalmente incluye: corte con cantidad mínima de lubricación, corte con cantidad mínima de lubricación a baja temperatura (corte con aire frío), corte con cantidad mínima de lubricación con gas protector, chorro de refrigerante interno y tecnologías de pulverización mixtas.
Los términos y definiciones antes mencionados proporcionan una distinción y estandarización básica entre corte en seco y corte subseco. A medida que la investigación se profundiza y la tecnología avanza, los estándares también pasan por un proceso continuo de mejora y refinamiento. Por ejemplo, en la definición de corte subseco (mecanizado subseco), “inyectar una cantidad adecuada de lubricante” debe revisarse para “inyectar una cantidad adecuada de medio refrigerante y lubricante” para formar una mezcla de niebla con aire en ciertos casos. presiones y temperaturas, creando un medio lubricante de microenfriamiento que se rocía sobre el área de corte para un microenfriamiento y lubricación específicos de la zona afectada por el calor.
Funciones de mecanizado en seco
Efecto refrescante
El efecto de enfriamiento elimina el calor generado durante el corte, reduce el desgaste de la herramienta y previene la oxidación de la superficie de la pieza de trabajo.
Efecto lubricante
Reduce la fricción, disminuye las fuerzas de corte y garantiza operaciones de corte suaves.
Eliminación de virutas
El proceso elimina rápidamente las virutas de la superficie de la pieza, evitando que rayen la superficie.
Sin embargo, desde el punto de vista de la protección medioambiental, los impactos negativos de los fluidos de corte son cada vez más evidentes, como se puede comprobar en los siguientes aspectos:
- Las altas temperaturas generadas durante el mecanizado hacen que el fluido de corte se vaporice, formando una niebla, contaminando el medio ambiente y planteando riesgos para la salud de los operadores.
- Ciertos fluidos de corte y las virutas contaminadas con ellos deben tratarse como materiales tóxicos y peligrosos, lo que genera importantes costes de eliminación.
- Las fugas y derrames de fluidos de corte afectan significativamente las prácticas de producción seguras.
- Los aditivos en los fluidos de corte, como el azufre y el cloro, pueden dañar la salud de los operadores y afectar la calidad del mecanizado.
Además, una extensa investigación sobre el proceso de corte ha revelado que las funciones tradicionales de los fluidos de corte en refrigeración, lubricación y eliminación de virutas no se utilizan plena y eficazmente en muchos procesos de mecanizado, especialmente en el corte a alta velocidad.
Por ello, se están realizando esfuerzos para reducir o eliminar el uso de fluidos de corte, adaptándose a procesos productivos limpios y reduciendo los costes de producción.
La tecnología de mecanizado en seco surgió en estas circunstancias como un método de mecanizado avanzado. La adopción de la tecnología de mecanizado en seco no solo reduce la contaminación ambiental causada por los fluidos de corte y mejora las condiciones de trabajo de los operadores, sino que también elimina los gastos relacionados con los fluidos de corte y reduce el costo de reciclaje y eliminación de virutas.
La tecnología de mecanizado en seco impone mayores exigencias a la tecnología de máquinas herramienta y herramientas de corte. En los últimos años, los países industrialmente avanzados han puesto gran énfasis en la investigación del mecanizado en seco. El mecanizado por corte en seco, como nuevo método, representa una de las tendencias futuras en la tecnología de corte de metales.
Características del proceso de mecanizado en seco
El mecanizado en seco, que elimina el uso de fluidos de corte, erradica por completo una serie de efectos negativos asociados con su uso durante el mecanizado.
En comparación con el corte en húmedo, el mecanizado en seco ofrece las siguientes ventajas:
- Las limaduras resultantes son limpias, no contaminadas y fáciles de reciclar y eliminar.
- Elimina la necesidad de sistemas de transporte, filtración y recuperación de fluidos, simplificando el proceso productivo y reduciendo los costes de fabricación.
- Ahorra en gastos relacionados con el uso de fluidos de corte y eliminación de virutas.
- No contribuye a la contaminación ambiental ni a incidentes de seguridad y calidad asociados a los fluidos de corte. Por estas características, el mecanizado en seco se ha convertido en un foco de investigación en procesos de fabricación limpios y se ha aplicado con éxito en operaciones de torneado, fresado, taladrado y mandrinado.
Sin embargo, en comparación con el corte en húmedo en las mismas condiciones, el mecanizado en seco tiene algunas desventajas:
- El consumo de energía del mecanizado directo (energía de deformación y fricción) aumenta, lo que resulta en temperaturas de corte más altas.
- El estado de fricción y los mecanismos de desgaste en el área de contacto herramienta/viruta cambian, acelerando el desgaste de la herramienta.
- Las virutas son más difíciles de romper y controlar debido a su mayor termoplasticidad, lo que hace que su recogida y eliminación sea más complicada.
- La calidad de la superficie mecanizada está sujeta a deterioro.
Tecnología de proceso de mecanizado en seco.
El material de la pieza determina en gran medida la viabilidad de implementar el mecanizado en seco. Mejorar la maquinabilidad de los materiales y reducir el calor generado por la deformación y la fricción durante el proceso de corte son medidas técnicas para el desarrollo del mecanizado en seco.
Por ejemplo, se desarrollaron aceros y fundiciones fácilmente mecanizables. Los materiales de las piezas difieren significativamente en sus propiedades térmicas; El mecanizado en seco requiere una gran capacidad térmica y una baja conductividad térmica. Por lo tanto, las piezas de gran masa son más adecuadas para el mecanizado en seco que las piezas de masa pequeña.
Las altas fuerzas y temperaturas de corte son las principales características del mecanizado en seco. Para reducir la adhesión y difusión del material entre la herramienta y la pieza de trabajo a altas temperaturas y garantizar una vida útil normal de la herramienta, se debe prestar especial atención a la combinación adecuada entre los materiales de la herramienta y las piezas de trabajo.
Una vez determinada la herramienta, se deben seleccionar los parámetros de corte adecuados y otras variables en función del proceso de mecanizado específico. En operaciones de mecanizado en seco, se recomiendan velocidades de corte altas, ya que facilitan una eliminación de viruta y una disipación de calor más rápidas, lo que resulta muy beneficioso para prolongar la vida útil de la herramienta.
Las tecnologías actuales de mecanizado en seco incluyen refrigeración por aire a baja temperatura, mecanizado en seco de alta velocidad, mecanizado en seco a baja temperatura, refrigeración electrostática, lubricación de cantidad mínima (MQL) y técnicas de mecanizado casi en seco.
Requisitos para herramientas de corte en mecanizado en seco.
1. Excelente dureza térmica y resistencia al desgaste.
El mecanizado en seco suele generar temperaturas de corte mucho más altas que el mecanizado en húmedo. Sólo los materiales para herramientas de corte con alta dureza térmica pueden resistir eficazmente las altas temperaturas del proceso de corte y mantener una buena resistencia al desgaste. La dureza del material de la herramienta debe ser al menos cuatro veces mayor que la del material de la pieza.
2. Bajo coeficiente de fricción.
Reducir el coeficiente de fricción entre la herramienta y las virutas, así como entre la herramienta y la superficie de la pieza de trabajo, puede reemplazar parcialmente el efecto lubricante de los fluidos de corte y suprimir el aumento de la temperatura de corte.
3. Alta tenacidad a temperaturas elevadas.
Las fuerzas de corte durante el mecanizado en seco son mayores que las del mecanizado en húmedo, y las condiciones de corte para el mecanizado en seco son más desafiantes; por lo tanto, las herramientas requieren alta tenacidad a temperaturas elevadas.
4. Alta estabilidad termoquímica.
Bajo las altas temperaturas del mecanizado en seco, las herramientas de corte deben mantener una alta estabilidad química para minimizar los efectos catalíticos del calor en las reacciones químicas, prolongando así la vida útil de la herramienta.
5. Geometría y ángulos de la herramienta razonablemente estructurados.
La geometría y los ángulos de la herramienta correctamente estructurados no sólo pueden reducir las fuerzas de corte, prevenir la formación de filos reforzados y reducir las temperaturas de corte, sino también controlar el flujo de viruta y la rotura. La forma de la herramienta garantiza un flujo suave de virutas y facilita la disipación del calor.
