¿Qué es el mecanizado en seco en el proceso de mecanizado?

Qué es el mecanizado en seco en el proceso de mecanizado

Mecanizado en seco Antecedentes

En la actualidad, 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 principales funciones de los fluidos de corte son la eliminación de virutas, la reducción de las temperaturas de corte y la lubricación.

Qué es el mecanizado en seco en el proceso de mecanizado

Sin embargo, con el creciente énfasis en la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible, los métodos de procesamiento que dependen en gran medida de los fluidos de corte se enfrentan a diversas restricciones.

La contaminación de fluidos de corte pueden perjudicar al medio ambiente circundante y a los operarios. Limpiar los residuos que los fluidos de corte dejan en las piezas y superficies de corte no solo provoca una "contaminación secundaria", sino que también aumenta los costes de producción.

Investigación de la VDMA alemana y la Sociedad Japonesa de Precisión Ingeniería ha demostrado que el coste de los fluidos de corte representa aproximadamente entre 13% y 17% de los costes totales de fabricación, mientras que los costes de las herramientas suelen representar sólo entre 2% y 4%, como se ilustra en la figura siguiente.

Investigación de la VDMA alemana y la Sociedad Japonesa de Ingeniería de Precisión

El mecanizado en seco, en términos sencillos, es un proceso de mecanizado que no utiliza ningún fluido de corte. Desde la aparición de corte de metales tecnología, se han empleado métodos de corte tanto en seco como en húmedo. Así, el principio del mecanizado en seco no es nuevo y se aplica en la producción desde hace bastante tiempo (como 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 fundición y métodos naturales convencionales. En su lugar, se esfuerza por aplicar el mecanizado en seco en el procesamiento de todos los materiales y métodos mediante el establecimiento de nuevas teorías y técnicas.

El mecanizado en seco no consiste simplemente en dejar de utilizar fluidos de corte. Se trata de mantener una alta eficacia, calidad del producto, vida útil de la herramienta y fiabilidad 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 sustituir 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 materiales para herramientasLa tecnología de la fabricación se basa en la investigación, el desarrollo y la innovación. Representa una intersección e integración de la tecnología de fabricación con la ciencia de los materiales, la tecnología de la información, la electrónica y las disciplinas de gestión.

El mecanizado en seco pretende eliminar los efectos adversos de los fluidos de corte en el torneado, fresado, perforacióny procesos de perforación, reduciendo significativamente los costes de procesamiento y protegiendo el entorno ecológico.

En la actualidad, las naciones industrializadas como las de Europa y Japón prestan gran atención al desarrollo y la aplicación de la tecnología de mecanizado en seco. Las estadísticas muestran que alrededor de 10% a 15% del mecanizado en el sector industrial europeo ha adoptado procesos de mecanizado en seco.

En el siglo XXI, la industria manufacturera exige cada vez más procesos ecológicos y respetuosos con el medio ambiente. 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 las máquinas herramienta, herramienta de corte y la investigación de procesos relacionados, el mecanizado en seco está llamado a convertirse en un medio primario de corte de metales y a ganar una aplicación generalizada.

En la actualidad, el alcance del mecanizado en seco sigue siendo 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 a día de hoy. No se trata sólo de apagar el refrigerante y pedir una herramienta nueva".

En los últimos años, junto con el desarrollo de la tecnología de corte de alta velocidad, la industria de fabricación mecánica de los países industrializados ha estado explorando nuevos procesos de mecanizado en seco utilizando los materiales de herramientas existentes.

Un mecanizado en seco significativo y económicamente viable debe basarse en un análisis cuidadoso de las condiciones límite específicas y en una comprensión profunda de los complejos factores que influyen en el mecanizado en seco. Este análisis proporciona los datos y materiales necesarios para el diseño de sistemas de proceso de mecanizado en seco.

Terminología y definiciones del mecanizado en seco

La investigación y las aplicaciones del mecanizado en seco han recibido una amplia atención tanto a nivel nacional como internacional, y años de investigación han impulsado la implantación de la tecnología de mecanizado en seco.

Sin embargo, los expertos y estudiosos tienen descripciones diversas de la terminología y las definiciones relacionadas con el mecanizado en seco. La norma nacional propuesta establece disposiciones al respecto: La norma se aplica a los procesos de mecanizado de productos mecánicos que implican mecanizado en seco completo y mecanizado en seco asistido (incluyendo refrigeración por aire, refrigeración por nitrógeno líquido, asistido por láser, etc.).

Mecanizado en seco (corte en seco): Proceso de mecanizado que no utiliza ningún fluido de corte durante el proceso de corte.

Mecanizado completo en seco: Proceso de mecanizado que no utiliza ningún fluido de corte ni auxiliar. medio refrigerante durante el proceso de corte.

Mecanizado en subseco (corte en subseco): Una tecnología de corte que consiste en inyectar una cantidad adecuada de lubricante en una corriente de aire a determinadas presiones y temperaturas, creando una mezcla nebulizada, que luego formularios una cantidad mínima de medio lubricante y se pulveriza en la zona de corte para una microlubricación selectiva y la refrigeración de la zona afectada por el calor.

El mecanizado en subseco suele incluir: corte con lubricación de cantidad mínima, corte con lubricación de cantidad mínima a baja temperatura (frío corte por aire), corte por lubricación de cantidades mínimas con gas protector, chorro de refrigerante interno y tecnologías de pulverización mixta.

Los términos y definiciones mencionados proporcionan una distinción y normalización básicas entre el corte en seco y el corte en subseco. A medida que se profundiza en la investigación y avanza la tecnología, las normas también sufren un proceso continuo de mejora y perfeccionamiento. Por ejemplo, en la definición de corte en sub-seco (mecanizado en sub-seco), "inyectar una cantidad adecuada de lubricante" debería revisarse por "inyectar una cantidad adecuada de medio refrigerante y lubricante" para formar una mezcla de niebla con aire a determinadas presiones y temperaturas, creando un medio lubricante micro-refrigerante que se pulveriza en la zona de corte para una micro-refrigeración y lubricación específicas de la zona afectada por el calor.

Funciones de mecanizado en seco

Efecto refrigerante

El efecto refrigerante elimina el calor generado durante el corte, reduce el desgaste de la herramienta y evita la oxidación de la superficie de la pieza.

Efecto lubricante

Reduce la fricción, disminuye las fuerzas de corte y garantiza la suavidad de las operaciones de corte.

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 del medio ambiente, los efectos negativos de los fluidos de corte son cada vez más evidentes, como se observa en los siguientes aspectos:

  • Las altas temperaturas generadas durante el mecanizado hacen que el fluido de corte se vaporice en forma de niebla, contaminando el medio ambiente y planteando riesgos para la salud de los operarios.
  • Algunos fluidos de corte y las virutas contaminadas con ellos deben tratarse como materiales tóxicos y peligrosos, lo que conlleva importantes costes de eliminación.
  • Las fugas y derrames de fluidos de corte afectan significativamente a la seguridad de las prácticas de producción.
  • Los aditivos de los fluidos de corte, como el azufre y el cloro, pueden perjudicar la salud de los operarios y afectar a la calidad del mecanizado.

Además, una amplia investigación sobre el proceso de corte ha revelado que las funciones tradicionales de los fluidos de corte en la refrigeración, lubricación y evacuación de virutas no se utilizan plena y eficazmente en muchos procesos de mecanizado, especialmente en el corte de alta velocidad.

Como consecuencia, se están haciendo esfuerzos para reducir o eliminar el uso de fluidos de corte, adaptándose a procesos de producción 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 sólo reduce la contaminación ambiental de los fluidos de corte y mejora las condiciones de trabajo de los operarios, sino que también elimina los gastos relacionados con los fluidos de corte y reduce el coste 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 de corte en seco, como nuevo método, representa una de las tendencias de futuro 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 a su uso durante el mecanizado.

En comparación con el corte en húmedo, el mecanizado en seco ofrece las siguientes ventajas:

  • La viruta resultante es limpia, no contaminada y fácil de reciclar y eliminar.
  • Elimina la necesidad de sistemas de transporte, filtración y recuperación de fluidos, lo que simplifica el proceso de producción y reduce los costes de fabricación.
  • Ahorra los gastos relacionados con el uso de fluidos de corte y la eliminación de virutas.
  • No contribuye a la contaminación medioambiental ni a los incidentes de seguridad y calidad asociados a los fluidos de corte. Debido a estas características, el mecanizado en seco se ha convertido en un punto central de la investigación sobre 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 presenta algunas desventajas:

  • Aumenta el consumo de energía del mecanizado directo (energía de deformación y fricción), lo que se traduce en una mayor temperaturas de corte.
  • El estado de fricción y los mecanismos de desgaste en la zona de contacto entre la herramienta y la viruta cambian, lo que acelera el desgaste de la herramienta.
  • Las astillas son más difíciles de romper y controlar debido a su mayor termoplasticidad, lo que hace que su recogida y retirada sean más complicadas.
  • La calidad de la superficie mecanizada es propensa al deterioro.

Tecnología de mecanizado en seco

El material de la pieza determina en gran medida la viabilidad de la aplicación del 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 han desarrollado 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 de masa pequeña.

Las fuerzas de corte y las temperaturas elevadas son las principales características del mecanizado en seco. Para reducir la adherencia y la difusión de material entre la herramienta y la pieza a altas temperaturas y garantizar una vida útil normal de la herramienta, debe prestarse especial atención a la correcta adaptación entre los materiales de la herramienta y las piezas de trabajo.

Una vez determinada la herramienta, deben seleccionarse los parámetros de corte adecuados y otras variables en función del proceso de mecanizado específico. En las operaciones de mecanizado en seco, se recomiendan velocidades de corte elevadas, ya que facilitan una evacuación más rápida de la viruta y la disipación del calor, lo que resulta muy beneficioso para prolongar la vida útil de la herramienta.

Las tecnologías actuales de mecanizado en seco incluyen la refrigeración por aire a baja temperatura, el mecanizado en seco a alta velocidad, el mecanizado en seco a baja temperatura, la refrigeración electrostática, la lubricación por cantidades mínimas (MQL) y las técnicas de mecanizado casi en seco.

Requisitos de las herramientas de corte en el mecanizado en seco

1. Excelente dureza térmica y resistencia al desgaste.

El mecanizado en seco suele generar temperaturas de corte mucho más elevadas que el mecanizado en húmedo. Sólo materiales para herramientas de corte con alta dureza térmica pueden soportar eficazmente las altas temperaturas del proceso de corte y mantener una buena resistencia al desgaste. El dureza del material de la herramienta debe ser al menos cuatro veces superior al del material de la pieza.

2. Bajo coeficiente de fricción.

La reducción del coeficiente de fricción entre la herramienta y las virutas, así como entre la herramienta y la superficie de la pieza, puede sustituir 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 difíciles; por lo tanto, las herramientas requieren una gran 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.

Una geometría y unos ángulos de la herramienta correctamente estructurados no sólo pueden reducir las fuerzas de corte, evitar la formación de filo acumulado y disminuir las temperaturas de corte, sino también controlar el flujo de viruta y la rotura. La forma de la herramienta garantiza una evacuación suave de la viruta y facilita la disipación del calor.

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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

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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