REFRIGERANTES

PROCESOS DE MANUFACTURA 5am3 SANCHEZ GALVAN ADRIANA INESREFRIGERANTESUsos y tipos. Refrigerantes solubles en agua. Problemtica ambiental y mecanizado en seco.Corts Leyva Guadalupe Alejandra30/05/2015

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD TICOMAN

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CONTENIDO:Tabla de contenidoJUSTIFICACION1Objetivo general1Objetivos especficos1INTRODUCCIN1Alcance1Marco terico2DESARROLLO6Fluidos de corte6Objetivos del refrigerante:7Efecto del refrigerante8TIPOS DE REFRIGERANTES10COMPARATIVA14CONCLUSIONES15BIBLIOGRAFIA16

JUSTIFICACIONActualmente tanto en el mbito laboral como en el escolar se manejan actividades y solucin de problemas por competencias y la condicin de competente est bsicamente en funcin del conocimiento. El siguiente trabajo pretende contribuir a enriquecer el conocimiento del ingeniero en aeronutica con respecto a los procesos de manufactura, especficamente acerca de los refrigerantes empleados en los procesos por arranque de viruta. La problemtica planteada a continuacin gira en torno a los contaminantes existentes en estos fluidos y presenta una alternativa amigable con el medio ambiente; refrigerantes solubles en agua.Objetivo generalProveer al alumno la informacin pertinente y necesaria acerca de los refrigerantes empleados en los procesos de maquinado por arranque de viruta.Objetivos especficosPara as dar a conocer la actual problemtica generada por el grado de contaminantes existentes en ellos y plantear alternativas que generen menos polucin y que posiblemente generen una disminucin de los costos de produccin a largo plazo.Igualmente se pretende ampliar tanto los conocimientos del alumno como su perspectiva para resolver problemticas, inconvenientes e incluso implementar nuevas tcnicas referentes a la temtica expuesta. Y as complementar la formacin de profesionistas competentes y mejor informados.INTRODUCCINEl tema que se desarrollar a continuacin es Refrigerantes, sin embargo al referirnos a refrigerantes no pretendemos abarcar de manera general todos los refrigerantes junto con todas sus aplicaciones, en el documento siguiente se hablar de los refrigerantes como fluidos de trabajo en procesos de manufactura. El trabajo consta de tres temticas medulares que actan como espina dorsal otorgando consistencia, estructura y de cierto modo cadencia al texto; )Refrigerantes, definicin, tipos y aplicaciones. )Refrigerantes solubles en agua, y )Comparativa. AlcanceLos alcances y profundidad de este trabajo son meramente descriptivas, su preocupacin primordial radica en enunciar caractersticas fundamentales como definicin, utilidad y aplicaciones de los ya mencionados refrigerantes y mediante el uso de criterios sistemticos se pretende poner de manifiesto la problemtica ambiental devengada del uso de cierto tipo de refrigerantes y componentes bien identificados. Para finalmente dar lugar a una breve descripcin de opciones alternas que son capaces de ofrecer los mismos resultados y promover as una mejora y solucin potencial de la problemtica estudiada. Marco tericoEn el mecanizado por arranque de viruta se eliminan trozos de material mediante herramientas con filos perfectamente definidos. Los ms habituales son: Serrado Limado Taladrado Torneado Fresado BrochadoSerrado: Puede ser un proceso manual o realizado mediante mquina herramienta, pero el principio es el mismo: deslizar una hoja de sierra hacia adelante y hacia abajo para realizar el corte del material.

Limado: Es un proceso manual, la forma ms antigua de sacar viruta. Tiene poca capacidad de arranque y se utiliza para ajustes, por lo que se precisa de una mano de obra bastante especializada. Hay diferentes tipos de limas dependiendo del tamao de los dientes y de la seccin de la lima.

Taladrado: Esta operacin consistente en realizar agujeros circulares en una pieza. Para ello se monta en la mquina de taladrar una herramienta llamada broca, que gira para penetrar eliminando virutas del material a taladrar.

Torneado: Es un procedimiento para crear superficies de revolucin por arranque de viruta. Llamamos superficies de revolucin a aquellas en las que si hacemos un corte por un plano perpendicular a su eje, la seccin es circular. La mquina que se utiliza para el torneado se denomina torno.En esta mquina, la pieza tiene un movimiento circular o rotatorio y la herramienta lineal.El tipo de piezas que podemos realizar combinando estos tres movimientos principales es muy variado en funcin del dimetro, la longitud, la complejidad de las formas a mecanizar, etc.En esta mquina, la pieza tiene un movimiento circular o rotatorio y la herramienta lineal. El tipo de piezas que podemos realizar combinando estos tres movimientos principales es muy variado en funcin del dimetro, la longitud, la complejidad de las formas a mecanizar, etc.

La pieza a mecanizar ir amarrada mediante un sistema de fijacin (plato de garras, pinza, plato liso,) y tendr movimiento rotatorio y la herramienta de corte ir fijada a un soporte o torreta y se desplazar en las dos direcciones indicadas para proceder al arranque de material.Adems el movimiento de los ejes del torno puede ser totalmente manual o semiautomtico, o puede estar gobernado por un CNC.Siguiendo estos principios existen diferentes tipos de tornos, que a su vez pueden ir provistos de diferentes accesorios. Veremos los ms frecuentes.

Ejemplos de piezas obtenidas por torneado:

Fresado: Es un procedimiento consistente en el corte del material con una herramienta rotativa que puede tener uno o varios filos. Dicho corte de material se realiza combinando el giro de la herramienta con el desplazamiento, bien sea de la misma herramienta o de la pieza a trabajar. Depender del diseo de la mquina que lo que se desplace sea la herramienta, la mesa, o combine el desplazamiento de ambos. Dicho desplazamiento ser en cualquier direccin de los tres ejes posibles en los que se puede desplazar la mesa, a la cual va fijada la pieza que se mecaniza.

La mquina que se utiliza se llama fresadora, con sus mltiples opciones y variantes. Al disponer de un movimiento ms, las piezas que se realizan en fresadora son mucho ms variadas y pueden ser de mayor complejidad respecto a las del torno.

Una fresadora es por tanto una mquina dotada de una herramienta de corte fijada al cabezal y provista de movimiento lineal en tres direcciones (X Y Z). La pieza ir fijada a la mesa por el procedimiento de fijacin que se elija, y el desplazamiento en estas 3 direcciones es lo que se denomina los ejes de la mquina (de ah fresadora de 3 ejes).Cuando una fresadora de control numrico dispone de cambio automtico de herramientas, se llama centro de mecanizado.Ejemplos de piezas realizadas en la fresadora:

Las fresadoras se pueden clasificar de diferentes formas: segn la configuracin de sus diferentes partes mviles, segn su nmero de ejes, segn la orientacin del cabezal principal (donde va fijada la herramienta de corte), ....Dependiendo de la configuracin de sus partes mviles hablaramos de fresadoras de mesa fija y columna mvil, de bancada fija y mesa mvil, fresadora puente o prtico, etc.Dependiendo del nmero de ejes, opcionalmente puede tener 4, 5 o en casos muy especiales ms ejes. Normalmente los ejes adicionales son ejes rotativos.Dependiendo de la orientacin del cabezal principal tendramos una fresadora vertical u horizontal.Brochado: El brochado consiste en pasar una herramienta rectilnea de filos mltiples, llamada brocha, sobre la superficie a tallar en la pieza, ya sea exterior o interior, para darle una forma determinada. El brochado se realiza normalmente de una sola pasada mediante el avance continuo de la brocha, la cual retrocede a su punto de partida despus de completar su recorrido.La brocha trabaja por arranque progresivo de material mediante el escalonamiento racional de los dientes, determinado por la forma cnica de la herramienta. La forma de la herramienta permite obtener formas que por otro procedimiento seran muy costosas o imposibles.

El movimiento de corte (C) lo produce la brocha al avanzar, mientras la pieza est fija; la profundidad de pasada (P) la proporciona la propia herramienta.

La brochadora es una mquina relativamente moderna y se emplea en series largas ya que la brocha es una herramienta cara.Ejemplos de piezas con operaciones de brochado.

DESARROLLO Fluidos de corte

Los fluidos de corte se utilizan en la mayora de las operaciones de mecanizado por arranque de viruta. Estos fluidos, generalmente en forma lquida, se aplican sobre la zona de formacin de la viruta, para lo que se utilizan aceites, emulsiones y soluciones. La mayora de ellos se encuentran formulados en base a un aceite de base mineral, vegetal o sinttico, siendo el primero el ms utilizado, pudiendo llevar varios aditivos (antiespumantes, aditivos extrema presin, antioxidantes, biocidas, solubilizadores, inhibidores de corrosin...).

Los principales tipos de fluidos de corte mecanizado son Los aceite ntegros. Las emulsiones oleosas. Las "soluciones" semisintticas. Las soluciones sintticas.

Objetivos del refrigerante:1. EnfriamientoEl calor generado durante el mecanizado se debe al impacto del filo con la pieza de trabajo y el roce con las virutas sobre la superficie del inserto. Generalmente, hasta un 80% del calor generado durante el mecanizado es removido junto con las virutas. El 20% restante, permanece en el filo.

Porcentajes de calorEl calor generado durante el mecanizado suaviza el filo y acelera el desgaste, o causa cambios en las dimensiones de la pieza de trabajo debido a la expansin trmica. Al aplicar refrigerante, se evita que el calor se concentre en la herramienta y la pieza de trabajo debido a la accin de refrigerante. Esto resulta e una prolongacin de la durabilidad de la herramienta y su exactitud.En el corte de placas largas y delgadas, las mismas suelen deformarse debido al calor producido, a veces se realiza este tipo de mecanizado en un tanque lleno de refrigerante.

2. LubricacinSi las virutas generadas se deslizan por la superficie del lado principal, entonces problemas tales como deformacin del filo y soldaduras pueden ser eliminados y la durabilidad puede ser prolongada. Adems, la exactitud dimensional de la pieza mecanizada es estabilizada.Al aplicar refrigerante, se generar una pelcula de lubricacin entre las virutas y el filo. Esta pelcula permite que las virutas se deslicen por la superficie de la herramienta con facilidad, protegiendo el filo.

3. InfiltracinEl refrigerante se infiltra, se escurre, entre el filo de la herramienta, sus lados y la pieza de trabajo. Esta accin produce refrigeracin y lubricidad.4. DespejeSe refiere a accin de despeje cuando la fuerza o presin del refrigerante es utilizada para dirigir fsicamente o evacuar las virutas a medida que se generan. Cuando se realiza perforado utilizando brocas can, los refrigerantes utilizados necesitan tener un nivel de viscosidad moderado.

Efecto del refrigerante1. Mecanizado continuoSe dice que el mecanizado en hmedo incrementa la durabilidad de la herramienta 2.5 veces a comparacin con el mecanizado en seco. Esto se debe al efecto del refrigerante, que reduce la temperatura del filo y previene que se reduzca la dureza del material de la herramienta. El refrigerante tambin evita que se produzcan soldaduras gracias a su lubricidad.

2. Mecanizado interrumpidoDurante el mecanizado en hmedo con interrupciones, pueden producirse rupturas trmicas ya que el filo de la herramienta es expuesto a shocks trmicos. Por esto se entiendo cuando la temperatura del filo se incrementa rpidamente mientras mecaniza y disminuye abruptamente cuando la herramienta sale de la pieza de trabajo.El fresado es un mecanizado interrumpido, y el mecanizado en hmedo puede causar choques trmicos.

Mecanizado de materiales de difcil corteCuando se mecaniza materiales de difcil corte tales como el acero inoxidable, acero resistente al calor, speraleacin con base de Ni y aleacin de Ti, es necesario un refrigerante (soluble al agua) para prevenri astillamiento y fracturas an en mecanizado interrumpido. En este caso, para prevenir choques trmicos, una gran cantidad de refrigerante debe ser utilizado.

PerforadoCon respecto al perforado, donde todo el mecanizado es realizado en un agujero, se requiere refrigerante para descargar las virutas y enfriar y lubricar el filo. (Refrigeracin interna)Como otros modos de mecanizado, hay dos modos de refrigeracin en el perforado, refrigeracin externa e interna.

TIPOS DE REFRIGERANTESHay refrigerantes solubles al agua y no solubles al agua. Los refrigerante no solubles tienen un efecto de lubricacin y los solubles al agua tienen un efecto de enfriamiento.Refrigerantes no solubles al aguaLos mismos incluyen lo siguiente: Aceite mineral (aceite de mquina) Aceite grasoso (aceite de soja, semillas de colza) Aceite mixto (aceite mineral + 5%-30% grasa y aceite) Aceite de presin extrema (Aceite mineral + aditivos de presin extrema)Los refrigerantes no solubles al agua no son adecuados para el mecanizado de alta velocidad debido a problemas ambientales tales como humo y regulacin de encendido. Por ello, los refrigerantes no solubles al agua son utilizados para escariado, fresado y desbaste; donde las velocidades de corte son relativamente bajas. Para el perforado de agujeros profundos con brocas can, los cuales requieren una viscosidad moderada como efecto de lubricacin y evacuacin de virutas, son utilizados refrigerantes no solubles al agua.Refrigerantes solubles al aguaEl refrigerante soluble al agua utilizan un agente superficial activo para mezclar un refrigerante con base aceitosa con agua. Adems de minerales y aceite, pueden incluirse aditivos de presin extrema, anti-oxidantes, anti-spticos y anti-espuma.Las taladrinas, un producto que pertenece al grupo de los fluidos de corte y mecanizado, se aplican al contacto pieza-herramienta para mejorar la operacin en la que participan, esto es, para lograr un mejor acabado superficial, una produccin ms elevada y una vida ms larga de la herramienta o la instalacin. Las taladrinas, como todos los fluidos de mecanizado, se emplean bsicamente en la transformacin del metal y en menor medida en la del vidrio. Las funciones principales de los fluidos utilizados en la fabricacin de piezas metlicas son: La lubricacin, con objeto de prolongar la vida de las herramientas y reducir la energa de friccin. La refrigeracin, con el fin de evitar un sobrecalentamiento de las piezas y herramienta.

EmulsinEl Oleum est hecho al agregar una pequea cantidad de emulsificador, antisptico y otros componente del aceite mineral. Si se mezcla con agua, la emulsin se torna blanca. Este tipo de refrigerante es utilizado principalmente en torneado y fresado.Corte en secoEl corte en seco fue inspirado por una poltica ambiental alemana. Ya que el mecanizado en seco beneficia al usuario y al ambiente, hay una tendencia a creer que el uso de refrigerantes en mquinas ser prohibido en un futuro cercano.Costos de los refrigerantesEl siguiente grfico muestra el porcentaje de costo de refrigerante del fabricante de la mquina. El refrigerante puede llegar a abarcar un costo del 16% del total. Esto demuestra que, en ocasiones, el costo del refrigerante puede llegar a ser cuatro veces mayor al costo de la herramienta. Los costos de los refrigerantes (compra, mantenimiento, reciclaje) son muy altos.A continuacin hay un desglose de los costos del refrigerante. El grfico de barras muestra los costos de refrigerantes de un fabricante de automotores. En notable que los costos de inventario y manejo suman un poco ms del 60% del costo total. Si el uso de refrigerante es inevitable, ser necesario reducir el consumo del mismo, parar de desechar y promover el reciclaje con la meta de reducir el costo en refrigerantes.

Situacin actual del mecanizado en secoHasta ahora, han sido explicados los efectos del refrigerante, influencia en el medio-ambiente, los problemas de costo fueron detallados. Para realizar un mecanizado en seco total, es necesario perfeccionar varios aspectos de los mismos. Como paso de aproximamiento al mecanizado en seco del futuro, los siguientes mtodos de mecanizado en seco estn siendo desarrollados.Mecanizado con aire froEl mecanizado con aire fro es un mtodo en el cual se utiliza aire fro en vez de lquido refrigerante. Simplemente enfra la herramienta y la pieza de trabajo. Los efectos no son tan buenos como con el lquido refrigerante, pero su uso es posible. Sin embargo, hay un problema durante el mecanizado de un agujero, es fcil enviar aire fro a una herramienta en torneado y fresado porque stas se encuentran en un espacio abierto.MQLEl MQL (Lubricacin de Cantidad Mnima) es un mtodo en el cual una cantidad limitada de refrigerante es utilizada durante cierto perodo de tiempo. Generalmente hablando, la cantidad es de 30cc de refrigerante en 8 horas continuas. En el punto de vista ambiental, el modo MQL tiene mucho para ofrecer.Aplicacin de refrigerante por nieblaEn este mtodo el refrigerante es suspendido como niebla en el aire, y luego aplicado al filo de la herramienta. Este mtodo puede ser utilizado efectivamente en perforado.Corte en seco totalMtodo en donde no se utiliza refrigerante en lo absoluto.Aceite vegetalSi toma en consideracin la contaminacin ambiental, ser mejor utilizar aceite vegetal. Pero el aceite vegetal tiene la desventaja de oxidarse rpidamente. Si esta desventaja puede ser perfeccionada, entonces el aceite vegetal sera un refrigerante muy prometedor.

COMPARATIVA

CONCLUSIONESLos actuales procesos de mecanizado no seran posibles sin la utilizacin de los lubricantes, refrigerantes y taladrinas, su importancia es tal que se pueden comparar con las herramientas o los parmetros de corte, el uso correcto de estos fluidos determina la productividad y eficiencia del maquinado, as como la seguridad del operario.El fluido de corte es tan importante como el recubrimiento o la geometra del inserto. Una eleccin incorrecta del refrigerante puede hacer que la viruta no se evacue bien, o que la temperatura en el punto de trabajo supere la requerida para el proceso, lo que puede afectar las piezas. Igualmente, el mantenimiento y disposicin deficiente de este insumo genera desperdicios y prdidas de dinero, aumento de costos de produccin, a la par que disminuye la competitividad del taller. Sin mencionar, los riesgos inherentes para la salud de los operarios y el impacto para el medioambiente.El uso a nivel industrial de grandes cantidades de fluidos de corte trae consigo una problemtica ambiental, como solucin a esta problemtica se encuentran los refrigerantes solubles en agua (siempre y cuando no se reutilice ms veces de las que permite su vida til) y las variantes actuales que aspiran al mecanizado en seco.BIBLIOGRAFIAHtt://www.pa-los-procesos-de-fabricacion/conformacion-por-mecanizado/mecanizado-por-arranque-de-viruta/referencemanual-all-pages.pdfURL del artculo: http://www.ejemplode.com/13-ciencia/734-ejemplo_de_justificacion.htmlhttp://www.metalactual.com/revista/31/insumos_fluidos.pdfhttp://www2.medioambiente.gov.ar/ciplycs/documentos/archivos/Archivo_115.pdfhttps://pyrosisproyect.wordpress.com/2011/09/09/refrigerantes/Jhair Meneses. Ingeniero Mecnico. Universidad Nacional de Colombia. Jhmeneses425@ gmail.com Tecnologa de Fluidos para el Maquinado y Tratamiento superficial de Metales. Luis Morales. Ing. de Aplicaciones. Tritech- -Castrol. Actualidad de los Fluidos Corte en Bogot. Revista Fabricar.