Tratamiento de fluidos y mecanizado en seco

Nº Revista: 
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Tratamiento de fluidos y mecanizado en seco (*)

 

Recirculación del fluido

La recirculación prolonga la vida útil de los fluidos de corte y debe ser adecuada a las necesidades de las operaciones de mecanizado.

Para los fluidos integrales la recirculación facilita la reutilización de los mismos, y en el caso de los fluidos a base de agua, reduce las necesidades de descarte y reposición.

Por otra parte, existen elementos sólidos que pueden contaminar el fluido de corte, por lo que se requiere seleccionar filtros y sistemas de separación que reduzcan la cantidad de sustancias indeseables.

El principal problema en el consumo del fluido de corte, es el excedente que se va con la viruta producida y con las piezas terminadas.

El fluido de corte que impregna las virutas, escurre y queda depositado en el fondo de las tolvas de recolección de piezas y virutas de las máquinas herramientas. Una solución económica a este problema, consistiría en la construcción de un doble fondo con malla para facilitar el filtrado en las tolvas de recolección, con un sistema de extracción del fluido de corte resultante, para la posterior reutilización en la máquina herramienta.

La gestión adecuada y un buen sistema de recuperación para los fluidos de corte, generan retornos económicos. Cuando las virutas presentan menor cantidad de líquido, logran mejor precio de venta; y por otra parte se minimiza el derrame de los mismos durante su transporte disminuyendo los impactos ambientales que se generan.

 

Control analítico de los fluidos de corte

El control analítico de algunos parámetros de los fluidos es esencial para minimizar su contaminación y su degradación, contribuyendo a prolongar la vida útil de los mismos y a reducir la generación de efluentes.

Una de las más importantes y primeras tareas de mantenimiento de los fluidos de corte, es la verificación periódica de sus características, principalmente, para fluidos a base de agua, en que el problema de contaminación por bacterias y corrosión es más acentuado.

El control de calidad del agua y la correcta limpieza de las máquinas son importantes en la vida útil del fluido de corte.

Es importante el uso de agua desmineralizada para evitar la incrustación de sales por evaporación, lo cual favorece el buen estado de los equipos y cañerías.

En el concentrado, no existe la presencia de microorganismos; la contaminación de los fluidos se da por agentes externos. Las bacterias se encuentran en la emulsión, pudiéndose desarrollar en la misma si no se mantiene un estricto control. Las fuentes de contaminación de las emulsiones son las piezas sucias y el agua de dilución.

La utilización de agua exenta de contaminantes y la correcta dilución de los concentrados en agua, contribuye para el mejor desempeño de los fluidos de corte.

El control del desgaste de los constituyentes del fluido de corte, por el arrastre de la viruta, puede ser realizado por el monitoreo de la concentración.

La prevención del crecimiento de microorganismos en las soluciones o emulsiones se realiza por medio del control del pH del fluido. La permanencia del pH entre 8,5 y 9,0 dificulta el desarrollo de las bacterias perjudiciales al fluido de corte.

Mediante el control de las condiciones físico químicas del fluido de corte en el sistema de recirculación, se pueden detectar las siguientes situaciones que limitan la vida útil de los fluidos:

  • Contacto de los fluidos de corte con aceites lubricantes de componentes de las máquinas y herramientas.
  • Sedimentación de limaduras y demás impurezas.
  • Acumulación de desechos de aceite en las paredes del sistema.
  • Mal funcionamiento de la bomba de recirculación.
  • Falta de aire para el accionamiento de los comandos neumáticos.
  • Proceso ineficiente de limpieza del sistema.
  • Reposición de fluidos de cortes en sistemas contaminados por bacterias.

Estas situaciones implican la necesidad de una gestión adecuada de los fluidos de cortes que permita reducir y valorizar los residuos.

 

Racionalización en el consumo de agua

Usualmente a la hora de reponer el fluido de corte en las máquinas herramientas, los encargados de realizar el mantenimiento, preparan la emulsión individualmente para cada máquina (mezcla de fluido de corte + agua).

Este procedimiento no es el más adecuado, ya que no siempre se coloca la cantidad correcta de fluido de corte y de agua, pudiéndose realizar una mezcla de proporciones incorrectas.

El fluido de corte en proporciones incorrectas podría deteriorar la máquina y generar un derroche del mismo que repercute proporcionalmente en los costos de la empresa.

Una forma de combatir este problema, consiste en preparar en un contenedor individual la mezcla óptima de fluido de corte, e ir dosificándola en la medida que se la requiera. No obstante debe observarse con atención los tiempos de permanencia de la emulsión diluida ya que en esta condición puede sufrir un deterioro más rápido por contaminación bacteriana.

 

Mecanizado en seco

Se han desarrollado técnicas de mecanizado en seco que eliminan la necesidad de utilizar fluidos de corte en diversas aplicaciones.

Estos métodos se usan cuando las condiciones de la operación y el material a mecanizar lo permiten. Se obtienen virutas secas y se evitan los riesgos potenciales asociados con la manipulación de los fluidos de corte.

Básicamente la posibilidad de mecanizar en seco depende del tipo de operación (torneado, fresado, rectificado, etc.), del material a mecanizar y de las características de la herramienta de corte.

Tecnológicamente los desarrollos fundamentales que se vienen realizando en el mundo del mecanizado se centran en la máquina herramienta y en la herramienta de corte fundamentalmente.

Avances en el diseño de las máquinas (altas velocidades, robustez…) y en las herramientas (herramientas recubiertas, nuevos materiales, nuevos tipos de recubrimientos…) están permitiendo que puedan realizarse en seco operaciones que hace pocos años era impensable realizarlas sin fluido de corte.

Por tanto, son muchas las combinaciones de operación-máquina-herramienta que permiten fabricar piezas en seco.

El mecanizado en seco constituye la supresión completa del uso de fluido de corte

Cuando se opta por la implantación de una tecnología de este tipo, deben adoptarse medidas para que las funciones que normalmente ejerce el fluido de corte (evacuación de virutas, refrigeración de la pieza y lubricación del área de contacto entre la pieza y la herramienta, etc.) sean asumidas por otros medios de manera que se garantice la estabilidad térmica y mecánica de la máquina, el cumplimiento de los estándares de calidad y la durabilidad de las herramientas.

Los factores que influyen en el desgaste de la herramienta cuando se mecaniza a velocidades de corte bajas son: la adhesión del material de la pieza con su viruta y la abrasión. A velocidades altas los factores críticos identificados son la difusión y la oxidación, generados como resultado de las altísimas temperaturas de corte que se alcanzan.

Específicamente, en una actividad en la que se planea implantar procesos de mecanizado en seco, la herramienta debe presentar reducida tendencia a la adhesión, así como elevada dureza y resistencia al desgaste por altas temperaturas.

Las herramientas recubiertas están permitiendo que el mecanizado en seco se extienda a áreas en las que, hasta el momento, los lubricantes habían sido considerados como imprescindibles.

Existen experiencias con resultados positivos en operaciones tan críticas como son el brochado y el tallado de engranajes.

En el caso del tallado de engranajes, incluso se ha logrado mejor comportamiento en seco, utilizando herramientas de carburo. La refrigeración aportada por el fluido de corte resulta desaconsejable por la aparición de fenómenos de fatiga térmica que favorecen el desarrollo de mecanismos de deterioro de la herramienta (como el micro-spalling o el astillado del filo de corte) y en consecuencia provoca el desgaste prematuro de ésta. Por tanto, este es un caso de operación de mecanizado, en el que el corte en seco puede lograr incluso prolongar la vida de la herramienta.

 

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

COMENTARIOS

Mecanizado de fundición gris.

Mecanizando en seco se obtienen resultados positivos, utilizando herramientas recubiertas de Ti(N) y Ti (N¬C). El grafito contenido en la fundición garantiza una lubrificación base.

Sustitución del rectificado por mecanizado en duro.

Esta operación se realiza en seco debido al empleo de herramientas cerámicas y de nitruro de boro cúbico a las que no favorece el empleo de fluido de corte acuoso debido a problemas de fatiga térmica.

Tallado de engranajes.

Utilizando una fresadora adecuada al mecanizado en seco, los resultados de utilizar insertos de metal duro no recubiertos son positivos, permitiéndose alcanzar mayores velocidades de mecanización.

Fresado a alta velocidad (HSL).

Amplio espectro de posibilidades pudiéndose mecanizar en seco según operaciones.

Brochado de aceros de carbono3.

El brochado en seco evita la “no aparición” del filo recrecido lo que favorece la mayor calidad superficial de la pieza. Se emplean brochas recubiertas.

Mecanizado de acero.

Resultados positivos existiendo riesgos en operaciones que no garantizan la adecuada evacuación de virutas o que requieren precisas tolerancias dimensionales.

Fuente: Libro Blanco para la Minimización de Residuos y Emisiones. Mecanizado del metal, IHOBE S.A.

 

Particularmente, la precisión dimensional y las tolerancias pueden representar una severa restricción para el mecanizado en seco. En general se puede indicar que las operaciones de mecanizado en seco son siempre posibles cuando la pieza no requiere gran precisión dimensional o de forma.

Como norma general se puede decir que la aplicación concreta del mecanizado en seco requiere de la adquisición de conocimiento específico “in situ” de estos procesos y aplicaciones. Existen pocas informaciones relativas a aplicaciones concretas, pese a la disponibilidad de gran cantidad de artículos y publicaciones con resultados de investigaciones.

Debido al interesante potencial de racionalización del mecanizado en seco, muchas empresas están experimentando y realizando las primeras aplicaciones, si bien la mayoría de los resultados de estos ensayos se mantienen secretos, para evitar perder inmediatamente la ventaja competitiva adquirida.

 

Mínima cantidad de lubricante (MQL)

El sistema MQL (Minimun Quantity of Lubricant) consiste en realizar la operación utilizando una cantidad prácticamente insignificante de aceite de corte proyectado en forma de niebla muy fina justo en el punto de corte.

Es una especie de corte en seco, porque realmente el uso de aceite de corte es casi nulo, a pesar de lo cual se rebaja la severidad de las condiciones aportando lubricación y obteniendo condiciones de corte a este respecto sensiblemente menos exigentes.

Por otra parte, frente a los aspectos ecológicos y de gestión de la viruta, no existen goteos, ni derrames, ni vertidos y la cantidad de fluido que queda en la viruta puede considerarse despreciable.

La viruta producida en procesos de mecanizado mediante MQL tiene concentraciones de aceite de corte inferiores al 1% en peso y puede considerarse seca.

A pesar de los avances obtenidos en el campo del mecanizado en seco, los fluidos de corte, aún en mínimas cantidades, siguen siendo imprescindibles en muchas operaciones.

Depende del tipo de operación y de la máquina herramienta, pero en los casos en que esta técnica es aplicable, los dispositivos para la aplicación del aceite al punto de corte mediante sistemas MQL no son caros ni difíciles de instalar en la máquina, por lo que hablamos de técnicas económicamente muy abordables.

La aplicación de la mínima cantidad de lubricante (MQL) aparece como una solución intermedia entre el mecanizado en seco y la lubricación tradicional que permite reducir drásticamente el consumo de fluido de corte garantizando un nivel adecuado de lubricación.

Mediante la aplicación precisa de gotas o aerosoles, los sistemas MQL humedecen la zona de corte con la cantidad de fluido de corte estrictamente necesaria.

El fluido de corte aplicado es consumido en el proceso no produciendo residuo alguno. Únicamente se genera una película ligera en piezas y virutas que mejoran sustancialmente su gestión y manipulación.

De igual manera que en el mecanizado en seco, hay que garantizar la estabilidad térmica y mecánica de la máquina que puede verse afectada en gran medida por esta alternativa.

Dentro de esta técnica existen tres métodos diferentes:

a) Sistemas de pulverizado a baja presión.

El fluido de corte se introduce en una corriente de aire a baja presión y se transmite a la superficie activa en forma de mezcla. Utilizada habitualmente con fluidos de corte acuosos. El grado de dosificación disponible es poco preciso.

b) Sistemas de inyección sin aire.

Utilizan bombas dosificadoras, que alimentan mediante pulsos una cantidad determinada de fluido de corte que se aplica sobre la superficie activa. No se requiere aire como medio de impulsión del fluido. De utilización sobre todo en procesos discontinuos.

c) Sistemas de pulverización a alta presión.

En estos sistemas, el fluido de corte se transporta a la boquilla mediante una bomba y allí se mezcla con el aire comprimido, que se suministra por separado. Así, las cantidades de aire y fluido de corte pueden ajustarse independientemente. La mezcla coaxial en la boquilla evita la posible formación de nieblas. Se alcanza un grado de dosificación de elevada precisión.

Extraído de la Guía de buenas prácticas ambientales provisto por el Centro Tecnológico “José Censabella”