¿Alguna vez se ha preguntado cómo hacer que el corte de metales sea más rápido y preciso? Este blog explora los secretos de los fluidos de corte, los campeones olvidados del mecanizado. Descubra cómo refrigeran, lubrican y limpian, transformando su proceso de trabajo del metal en una obra maestra. Prepárese para descubrir la magia que se esconde tras unos acabados más suaves y unas herramientas más duraderas.
Durante el proceso de corte de metales, para aumentar la eficacia del corte, mejorar la precisión de la pieza de trabajo, reducir la rugosidad superficial, prolongar 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 las virutas.
Además, es crucial disipar rápidamente el calor generado por la deformación del material en la zona de corte.
Para lograr estos objetivos, por un lado, se han realizado avances mediante el desarrollo de materiales para herramientas de gran dureza y resistentes a altas temperaturas y el perfeccionamiento 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 indexables, han acelerado sustancialmente el desarrollo de la industria del acero. corte de metales tarifas.
Por otra parte, el uso de fluidos de corte de alto rendimiento a menudo aumenta significativamente la eficiencia de corte, disminuye la rugosidad superficialy prolonga la vida útil de las herramientas, con lo que se obtienen resultados superiores y rentables. Las funciones de fluidos de corte incluyen:
El efecto de refrigeración se basa en la transferencia de calor por convección y la vaporización del fluido de corte para eliminar el calor de los sólidos (herramientas, piezas de trabajo y virutas), reduciendo así la temperatura en la zona de corte y reduciendo la distorsión de la pieza de trabajo, manteniendo la dureza y el tamaño de la herramienta.
La eficacia de este efecto refrigerante depende de las propiedades térmicas del fluido, especialmente de su capacidad calorífica específica y su conductividad térmica.
Además, las condiciones de flujo del fluido y los coeficientes de intercambio de calor desempeñan papeles fundamentales. El coeficiente de intercambio de calor puede mejorarse 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. La modificación de las condiciones de flujo, como el aumento de la velocidad y el volumen de flujo, puede mejorar eficazmente el efecto refrigerante del fluido de corte.
Este método es especialmente beneficioso para los fluidos de corte a base de aceite con efectos refrigerantes inferiores. En la perforación profunda con cañón y a alta velocidad mecanizado de engranajesEl aumento de la presión y el volumen del suministro de fluido han mostrado mejoras.
La refrigeración por pulverización, que facilita la vaporización del líquido, también mejora notablemente el efecto refrigerante.
La eficacia de refrigeración de un fluido de corte depende de su permeabilidad. Los fluidos con buena permeabilidad enfrían más rápidamente el filo de corte. La permeabilidad de los fluidos de corte está relacionada con su viscosidad y humectabilidad. Los fluidos de baja viscosidad tienen mejor permeabilidad que los de alta viscosidad.
Los fluidos de corte de base oleosa suelen tener mejor permeabilidad que los de base acuosa, pero los fluidos de corte de base acuosa que contienen tensioactivos presentan una permeabilidad significativamente mayor.
La humectabilidad de un líquido de corte está relacionada con su tensión superficial. Cuando el líquido tiene una tensión superficial elevada, tiende a formar gotas en las superficies sólidas, lo que provoca una permeabilidad deficiente.
Por el contrario, cuando el líquido tiene una tensión superficial baja, se extiende sobre el sólido, siendo el ángulo de contacto sólido-líquido-gas mínimo, o incluso nulo. Esto da lugar a una excelente permeabilidad, que permite que el líquido fluya rápidamente hacia los huecos donde la herramienta entra en contacto con la pieza y las virutas, intensificando así el efecto de refrigeración.
La calidad del efecto refrigerante también está relacionada con la formación de espuma. Como la espuma se compone principalmente de aire, que tiene una conductividad térmica deficiente, los fluidos de corte con un exceso de espuma muestran un rendimiento de refrigeración disminuido.
Por este motivo, los fluidos de corte sintéticos que contienen tensioactivos suelen incluir una pequeña cantidad de aceite de silicona emulsionado para que actúe como 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 intensa fricción, evitando el sobrecalentamiento de la pieza y ofreciendo unos efectos de refrigeración excepcionales.
En la actualidad, estos fluidos de corte iónicos se utilizan ampliamente como lubricantes refrigerantes en procesos de rectificado de alta velocidad y rectificado agresivo.
Durante el mecanizado, se produce fricción entre la herramienta de corte y las virutas, y entre la herramienta y la superficie de la pieza. Los fluidos de corte actúan como lubricantes para reducir esta fricción.
En el caso de la herramienta de corte, dado su ángulo de desahogo durante el mecanizado, entra en contacto con el material que se está mecanizando en menor medida que la cara de corte primaria, lo que se traduce en una presión de contacto reducida.
La condición de fricción-lubricación en la cara de alivio se aproxima a un estado de lubricación límite. Las sustancias fuertemente adsorbentes, como los agentes aceitosos y los agentes de extrema presión (EP) con resistencia al cizallamiento reducida, reducen eficazmente esta fricción.
La situación en la cara de corte primaria es diferente; a medida que la viruta deformada es forzada a salir por la presión de la herramienta, la presión de contacto aumenta, y la viruta, sometida a deformación plástica, se calienta.
Después de aplicar el fluido de corte, la viruta se contrae bruscamente debido al enfriamiento, reduciendo 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 de cizallamiento medio, lo que se traduce en un mayor ángulo de cizallamiento y una reducción de la fuerza de corte, mejorando la mecanizabilidad del material de la pieza.
Durante el rectificado, la adición de líquido de rectificado forma una película lubricante entre el grano de rectificado, la pieza y las virutas. Esta capa lubricante reduce la fricción, evita el desgaste de los bordes abrasivos y mejora el acabado superficial.
Por lo general, los fluidos de corte de base oleosa superan a los de base acuosa, y los mejores resultados se obtienen con fluidos de base oleosa 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 metálica, reduciendo la fricción entre la herramienta y tanto la pieza como las virutas, con el objetivo de disminuir la resistencia al corte, prolongar la vida útil de la herramienta y mejorar el acabado superficial.
Los aditivos oleosos funcionan mejor a bajas temperaturas; por encima de 200°C, su capa de adsorción se ve comprometida, perdiendo sus propiedades lubricantes. De ahí que los fluidos de corte que contienen aceite se utilicen para el corte de precisión a baja velocidad, mientras que el corte pesado a alta velocidad requiere fluidos de corte con aditivos EP.
Los aditivos EP contienen elementos como azufre, fósforo y cloro, que reaccionan químicamente con los metales a altas temperaturas para formar compuestos como sulfuro de hierro, fosfato de hierro y cloruro de hierro, todos ellos con baja resistencia al cizallamiento.
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 evitan la acumulación de virutas y mejoran el acabado superficial.
El cloruro de hierro tiene una estructura cristalina en capas, lo que le confiere la menor resistencia al cizallamiento. En comparación con el sulfuro de hierro, tiene un punto de fusión más bajo y pierde sus propiedades lubricantes en torno a los 400 °C.
Las propiedades del fosfato de hierro se sitúan entre las del cloruro y el sulfuro de hierro. El sulfuro de hierro resiste temperaturas de hasta 700 °C y suele utilizarse en fluidos de corte para trabajos pesados de corte y mecanizado de materiales difíciles de cortar.
Además de formar capas de lubricación 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 aluminio. Sin embargo, para el corte de metales no férreos, deben evitarse los aditivos EP reactivos para prevenir la corrosión de la pieza de trabajo.
El efecto lubricante de los fluidos de corte también está relacionado con sus propiedades de penetración; los que tienen una buena penetración permiten que los lubricantes accedan rápidamente a las interfaces entre virutas, herramientas y piezas de trabajo, 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, los fluidos de corte pueden penetrar en grietas diminutas de 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.
Durante los procesos de corte de metales, las virutas, los polvos metálicos, los restos de rectificado y los residuos de aceite pueden adherirse fácilmente a la superficie de la pieza, las herramientas de corte y las muelas. Esto afecta al rendimiento de corte y ensucia tanto la pieza como la máquina herramienta.
Por ello, los fluidos de corte deben poseer excelentes propiedades de limpieza. En el caso de los fluidos de corte a base de aceite, cuanto menor sea la viscosidad, mayor será la capacidad de limpieza. Los fluidos de corte que contienen componentes ligeros, como el gasóleo y el queroseno, ofrecen una penetración y una capacidad de limpieza superiores.
Los líquidos 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, evitando la adherencia en la pieza, las herramientas y las muelas.
Por otro lado, pueden penetrar en la interfaz donde se adhieren las partículas y los residuos de aceite, separándolos y eliminándolos con el fluido de corte.
La capacidad de limpieza de los fluidos de corte también debe ser evidente a la hora de separar y sedimentar eficazmente los residuos, las partículas de amolado, los polvos metálicos y los restos de aceite.
Los fluidos de corte reciclados deben sedimentar rápidamente partículas como virutas metálicas, polvos, restos de amolado y micropartículas en el fondo del recipiente tras volver al depósito de refrigeración, mientras que los residuos de aceite flotan en la superficie.
Esto garantiza que el fluido de corte permanezca limpio incluso después de un uso repetido, garantizando la calidad del procesamiento y prolongando su vida útil.
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 los 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 en contacto con fluidos de corte también pueden corroerse. Si el fluido de corte carece de capacidad de prevención de la oxidación, la pieza podría sufrir corrosión química y electroquímica por la humedad y las sustancias corrosivas del aire durante el almacenamiento posterior al proceso o entre operaciones, lo que provocaría la oxidación.
Por ello, los fluidos de corte deben tener propiedades superiores de prevención de la oxidación, que es una de sus características fundamentales.
Los aceites de corte suelen tener cierta capacidad para prevenir la oxidación. Si el periodo de almacenamiento entre operaciones no es largo, no es necesario añadir inhibidores de óxido. Añadir inhibidores de óxido, como sulfonatos de bario y petróleo, al aceite de corte puede disminuir sus propiedades antidesgaste.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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