Aspectos generales del mecanizado.
Flujos de entradas y salidas en los procesos de mecanizado.
Variables que afectan al proceso de mecanizado.
Problemáticas ambientales del mecanizado.
Análisis de un caso práctico.
Contenidos:
1. Aspectos Generales del Mecanizado
En este TEMA se describen las problemáticas ambientales más comunes dentro del SECTOR DEL MECANIZADO.
Una clara definición de su origen y alcance posibilitará la correcta toma de decisiones destinada a la ELIMINACIÓN o, al menos, la ATENUACIÓN de su IMPACTO EN EL ENTORNO.
1. Aspectos Generales del Mecanizado
El mecanizado es un proceso de transformado basado en la modificación de la estructura física de una pieza hasta alcanzar las especificaciones geométricas definidas.
Los procesos de mecanizado se pueden dividir en:
Conformado por arranque de viruta (corte): modifican la geometría de las piezas mecánicamente, retirando el excedente metálico, con lo que se produce una reducción del peso de partida.
Conformado sin arranque de viruta (deformación): se basa exclusivamente en la deformación plástica de la pieza mediante la aplicación de fuerzas que no modifican el peso de la pieza durante el proceso.
Técnicas no convencionales de mecanizado: electroerosión, mecanizado electro-químico, corte por chorro de agua, láser, etc. Representan procesos alternativos que utilizan un amplio abanico de tecnologías.
A su vez, las operaciones de conformado por arranque de viruta, se pueden clasificar de acuerdo a la geometría de la herramienta:
Herramientas de geometría definida: fresado, torneado, roscado, etc.
Herramientas de geometría no definida como el rectificado, en el que se utiliza un elemento abrasivo que interacciona físicamente contra la superficie a mecanizar.
Procesos de mecanizado
Conformado por arranque de viruta (corte)
Herramienta de geometría definida
(fresas, brocas)
Herramienta de geometría NO definida
(muelas de rectificado)
Conformado sin arranque de viruta (deformación; por ejemplo estampado)
Procesos no convencionales de mecanizado (por ejemplo electroerosión)
Esquema general de los procesos de mecanizado
1. Aspectos Generales del Mecanizado
En el proceso de mecanizado el fluido de corte ayuda significativamente en la optimización de dichos procesos mejorando las condiciones físicas y químicas de las operaciones.
Los fluidos de corte han evolucionado a lo largo del tiempo paralelamente a los procesos de mecanizado.
En un principio, respondían a una fórmula sencilla de agua mezclada con una cantidad variable de antioxidante.
Se utilizaban de forma habitual en las operaciones de taladrado por lo que pasaron a llamarse vulgarmente “taladrinas”, extendiéndose esta acepción hasta nuestros días a pesar de que la composición de los actuales fluidos de corte acuosos poco tienen que ver con aquella sencilla receta inicial.
1. Aspectos Generales del Mecanizado
Todo proceso de mecanizado requiere de :
Lubricación: Reduce la energía necesaria para vencer las fuerzas de cizallamiento y rozamiento y mejora el acabado superficial, al facilitar el deslizamiento entre el filo de la herramienta y la superficie de la pieza. La lubricación es el requerimiento prioritario en aquellas operaciones de acabado en las que no se alcanzan niveles térmicos importantes o no se retira gran cantidad de material excedente.
Refrigeración: Mitiga el desequilibrio térmico del sistema generado durante el proceso por el rozamiento entre pieza y herramienta, evitando el deterioro prematuro de la última.
Retirada de material excedente: El material excedente (virutas) tiende a acumularse en las inmediaciones del área de corte, dificultando el correcto mecanizado de la pieza, y la disipación natural del calor.
1. Aspectos Generales del Mecanizado
Refrigeración
Limpieza
Lubricación
Mecanizado
Procesos extremos
Acabado de procesos
Procesos localizados
de desbaste
Propiedades del fluido lubricante y campos de aplicación generales
1. Aspectos Generales del Mecanizado
Mecanizado de piezas de aluminio utilizando un fluido de corte acuoso
1. Aspectos Generales del Mecanizado
Listado de los aditivos más comúnmente utilizados en la formulación de los fluidos de corte
La evolución de los fluidos de corte se ha basado sobretodo en la mejora de sus propiedades mediante la adición de diversos compuestos químicos. Estos aditivos garantizan unas condiciones de mecanizado óptimas en procesos cada vez más extremos y con requerimientos superiores.
1. Aspectos Generales del Mecanizado
Existen múltiples productos englobados bajo el epígrafe de fluido de corte si bien, de manera general, todos ellos se pueden clasificar conforme al siguiente esquema:
La elección del fluido de corte más adecuado para una operación concreta, dependerá de las necesidades y exigencias asociadas al mismo. El mercado ofrece un amplio abanico de fluidos de corte, que se adapta de manera óptima a las condiciones de mecanizado.
(Gp:) Fluidos de corte
(Gp:) Fluidos de corte acuosos
(Gp:) Emulsión mineral
(Gp:) Fluidos de corte no acuosos
(Gp:) Emulsión semisintética
(Gp:) Solución sintética
(Gp:) Aceites de corte
1. Aspectos Generales del Mecanizado
Distribución del consumo de fluido de corte en la Comunidad Autónoma Vasca
Fuente: Libro Blanco para la Minimización de Residuos y Emisiones. Mecanizado de Metal (IHOBE, 1999)
1. Aspectos Generales del Mecanizado
La energía consumida durante el proceso de mecanizado será función de la maquinabilidad del material, la presión específica de corte, conductividad térmica, por un lado, y de parámetros de proceso como velocidad de corte, avance, profundidad de pasada, por otro.
Se estima que de la energía total aplicada en el mecanizado, la energía eficiente o potencia útil no supera el 25%, perdiéndose el resto en forma de calor.
De la energía no aprovechada, el 50% corresponde a energía calorífica asociada a la viruta, el 15% se asocia a energía calórica absorbida por la pieza y el 10% restante se disipa a través de la herramienta.
En este sentido, es labor adicional del fluido de corte equilibrar térmicamente el conjunto pieza-herramienta-máquina, retirando el calor no aprovechado y mejorando la calidad del proceso.
1. Aspectos Generales del Mecanizado
(Gp:) Energía aplicada 100%
(Gp:) Energía calorífica
(no aprovechable)
75%
(Gp:) Energía de corte
(aprovechable)
25%
(Gp:) Pérdidas caloríficas por fricción de
la herramienta
10%
(Gp:) Potencia útil
25%
(Gp:) Pérdidas caloríficas
por fricción de la pieza
15%
(Gp:) Pérdidas caloríficas asociadas a la viruta
50%
Distribución de la energía aplicada en los procesos de mecanizado
1. Aspectos Generales del Mecanizado
Si atendemos exclusivamente al proceso de mecanizado, desde un análisis simplificado se identifican como variables de entrada: el metal no mecanizado, el fluido de corte y la energía de mecanización.
Otras variables, no deseadas como aceites, polvo, etc. se introducen continuamente en el sistema por diferentes vías.
Tras el mecanizado obtenemos por un lado las piezas terminadas, que deberán presentar aquellas características requeridas en términos de calidad y economía, y cuyo destino habitual suele ser una etapa de limpieza y desengrase, previa expedición. Por otro lado, también se producen diferentes materiales residuales y emisiones. Sus características en términos de composición, cantidad, etc. dependerán en gran medida del proceso y materias empleadas.
2. Flujos de Entradas y Salidas en Procesos de Mecanizado
1
2
MECANIZADO
DESENGRASE
METAL
Fluido de
corte
NUEVO
Energía
Mecánica
Aceites
extraños
Otros
(partículas, Polvos, …)
PRODUCTO
PRODUCTO ACABADO
SEMIACABADO
Fluido de
corte
AGOTADO
Energía
calorífica
Subproductos
no deseados (aceites, partículas, …)
Subproductos
Del proceso
(virutas,
lodos, …)
Fugas,
Salpicaduras,
Arrastres,
nieblas
Arrastres,
Fugas y
Vapores
Subproductos
No deseados
(aceites,
Partículas, …)
Baño agotado
Baño nuevo
ENTRADAS AL PROCESO
Diagrama de flujo general de un proceso de mecanizado y desengrase
SALIDAS DEL PROCESO
La actividad humana, influye en las corrientes residuales aportando elementos como partículas y sólidos diversos, agua, papeles, etc.
Si bien la etapa de limpieza y desengrase tiene su justificación en la necesidad de retirar de la pieza los restos de fluido de corte y partículas que se quedan adheridas a su superficie tras el mecanizado, el baño desengrasante no ha de convertirse en un sumidero para el fluido de corte.
El desengrase deberá cumplir con la tarea de retirar el mínimo de suciedad posible, de forma que su rendimiento sea óptimo y prolongado en el tiempo.
Puede decirse que un proceso de mecanizado correctamente diseñado aumentará la eficacia y duración del baño desengrasante. Es necesario fijar como objetivo desengrasar lo estrictamente necesario, no todo lo que permitan las posibilidades técnicas del sistema.
2. Flujos de Entradas y Salidas en Procesos de Mecanizado
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