Alternativas al mecanizado con taladrina

Un interesante artículo sobre la tendencia al mecanizado ecológico, en lo referente al uso de fluidos de corte.

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La creciente preocupación por el medioambiente a nivel mundial es una realidad. Por ello los gobiernos de los países desarrollados cada vez son más estrictos con la normativa medioambiental (en España RD 259/1998 del 29 de septiembre [1]) llevando al sector industrial a buscar técnicas de eficiencia energética, el uso sostenible de los recursos naturales y reducción de los desechos derivados de la fabricación de productos. Además, dada la alta competitividad existente es necesario, además de ser ecológico, ser económicamente viable.

Por estas razones en los últimos años en el mundo del mecanizado se intenta caminar hacia lo que se denomina mecanizado ecológico. Estos pasos van en la dirección de disminuir el uso de aceites minerales y sus emulsiones como fluidos de corte en el mecanizado ya que el coste de dichos fluidos puede ser hasta el 17% del coste total de fabricación [2] y el uso de este tipo de aceites en los operarios puede causar problemas respiratorios como asma, neumonía hipersensible, pérdida de función pulmonar u otras enfermedades como la irritación, acné o cáncer de piel a largo plazo [3]. La cantidad consumida actualmente por la Unión Europea asciende a 320.000 Toneladas/año [4]. Además, el coste de tratamiento de estos residuos en la Unión Europea y Estados Unidos ronda entre 2 y 4 veces el precio de compra del aceite y desde un punto de vista medioambiental está demostrado que un 30% se pierden por fugas en los circuitos, mediante partículas adheridas a la máquina en forma de suciedad o en la limpieza de las piezas [5], por lo que en muchos de los casos se acaba contaminando el agua, suelos o manantiales y, por lo tanto, puede acabar llegando a la cadena alimenticia [6]. Para evitar todo esto y ser eficiente tanto económicamente como medioambientalmente, en los últimos años ha habido avances en técnicas como el mecanizado en seco y el mecanizado criogénico, en los cuales se suprime cualquier uso de aceite o emulsión consiguiendo resultados aceptables en muchos de los ensayos realizados. La problemática al utilizar estas técnicas surge al intentar mecanizar materiales de difícil maquinabilidad a alta velocidad como pueden ser las superaleaciones (titanio, níquel, aceros inoxidables). Estas aleaciones, a pesar de sus buenas propiedades mecánicas, generalmente tienen una baja conductividad térmica, alta resistencia y una alta capacidad calorífica que se traducen en unas fuerzas de corte excesivas, altas temperaturas de corte, un desgaste excesivo de las herramientas e incluso mala calidad superficial. Por ello, una técnica intermedia es lo que se conoce como MQL (mínima cantidad de lubricación) con la que se combinan algunos de los beneficios del mecanizado en seco junto con algunas de las ventajas del mecanizado con fluidos de corte, avanzando así hacia una fabricación sostenible.

1. El mecanizado con MQL

El mecanizado con MQL, también conocido como ‘near dry machining’, es una técnica de refrigeración en la que se combina el poder refrigerante del aire con la acción lubricante del aceite [7]. Para ello se utiliza como fluido de corte una mezcla de aire comprimido con la cantidad estrictamente necesaria de aceite en forma de gotas, produciendo un aerosol que es pulverizado sobre la zona de corte. El caudal de aceite utilizado suele estar entre 10 y 100 ml/h, es decir, se utiliza hasta 4.200 veces menos aceite que si se mecanizase con taladrina. En cuanto al aceite, las presiones utilizadas normalmente oscilan entre 0,4 y 0,8 MPa, aunque hay casos en los que se ha llegado a utilizar 10 MPa [8]. Las principales ventajas del MQL frente a otras técnicas de refrigeración son [5] [9] [10] [11] [12]:

  • Drástica disminución del uso de fluidos de corte.
  • Reducción de costes en comparación al uso de taladrina.
  • Aumento de la higiene industrial.
  • Oportunidad de utilizar fluidos biodegradables como pueden ser los aceites vegetales.
  • Mejora del proceso de fabricación en comparación con el mecanizado en seco.
  • Una estabilidad térmica avanzada.
  • Mejor lubricación que con la taladrina.
  • Las virutas salen completamente limpias pudiendo ser recicladas directamente.
  • El ajuste de la mezcla aire/aceite es fácil de controlar.

Los principales componentes para montar un sistema MQL son un compresor de aire, un depósito para el aceite, un sistema de control de caudal, tubos y las boquillas para pulverizar la mezcla [13]. Este sistema puede ser utilizado de forma externa, del mismo modo que se aplica la taladrina, o utilizarlo de forma interna donde el aerosol pasa por dentro de la herramienta (figura 1). La elección de un sistema u otro dependen principalmente de la operación a realizar aunque hay otros factores a tener en cuenta como el mantenimiento, el tipo de herramientas de las que se dispone o la facilidad de control del caudal [14].

Figura 1. Sistemas MQL (a) Interno [15], (b) Externo [16]

Los métodos de mezclado del aire y el aceite se pueden realizar de dos formas. En la primera, conocida como MQL de un canal, el aerosol es formado en una cámara de mezclado fuera de la boquilla y posteriormente transportado a la zona de corte por una sola vía (figura 2b). En cambio, en el MQL de dos canales, el aceite y el aire van por dos conductos separados y se mezclan formando el aerosol dentro de la boquilla (figura 2a). La principal ventaja de utilizar el MQL de dos canales frente al de uno es la reducción de la neblina creada en la zona de corte al dirigir el aerosol hacia ella [7].

Lubricación exterior - Lubricación interior
Figura 2. Métodos de mezclado (a) 2 canales, (b) 1 canal [14].

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