Mecanizado Amigable Con El Ambiente

Mecanizado amigable con el ambiente

SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology

Prólogo

El medio ambiente está profundamente vinculado con la civilización humana.Un ambiente sano debe ser mantenido en nuestro planeta con el fin de garantizar la preservación de la raza humana. Hubo un tiempo, cuando la humanidad estaba a merced de los caprichos, fantasías, y la benevolencia de la naturaleza, pero poco a poco empezamos a conquistar la naturaleza, al menos parcialmente. Hoy en día, somos mas dependientes de la tecnología que, de la naturaleza. La tecnología ha hecho que los estilos de vida sean más cómodos, pero está poniendo un fuerte impuesto sobre el medio ambiente. Nos estamos dando cuenta de que si no se presta la debida atención al medio ambiente, vamos a tener que hacer frente a muchos problemas de salud y supervivencia. Por lo tanto, se está poniendo cada vez mayor esfuerzo para el desarrollo de tecnologías verdes o amigables con el ambiente para reducir el impacto negativo de la tecnología en el medio ambiente.El Mecanizado amigable con el ambiente es una parte de la fabricación verde. El mecanizado es uno de los procesos de fabricación más utilizados, y es evidente que tiene que estar en convivencia con el medio ambiente. Este libro presenta los principales esfuerzos realizados por los investigadores a desarrollar mecanizado ecológico. Hemos discutido deliberadamente acerca del mecanizado refrigerado por aire comprimido con algo más de detalle, porque la refrigeración por aire comprimido se puede implementar fácilmente en el taller. Sin embargo, las otras tecnologías verdes analizadas en el libro también tienen un inmenso potencial y deben ser explorados y utilizados en la práctica. El último capítulo de este libro ofrece ayuda para la investigación y el desarrollo futuro.Este libro puede ser utilizado como parte de un curso de mecanizado de alto rendimiento para nivel graduado y nivel posgrado

vi Prólogo

Agradecemos al Sr. Tomi Ado, M.Tech. estudiante en el IIT Guwahati, para la elaboración de algunas figuras para el libro. Agradecemos al Dr. Alison Waldron, Senior Editor Springer, y Asistente Editorial Sra Feliz Stuber por motivarnos a trabajar más duro y proporcionar toda la ayuda que nos permita completar este proyecto de una manera oportuna. Pedimos a todos nuestros lectores valiosos para proporcionar información sobre el libro a través de e-mail

Guwahati, Assam, India U.S. Dixit Guwahati, Assam, India D.K. Sarma Aveiro, Portugal J. Paulo Davim

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Contenidos

1 Fabricación Verde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Ingeniería Verde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Qué es la fabricación sustentable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31.4 Qué es la fabricación verde? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.5 Mecanizado ambientalmente consiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Referencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Mecanizado con mínimo refrigerante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.1 Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2 Mayor preocupación en el uso de refrigerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3 Sistemas de lubricación en minima cantidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.4 Mínima cantidad de lubricación con nanofluidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.5 Mínima cantidad de lubricación en comparación con otros sistemas………………………….. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Referencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3 Mecanizado en seco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.1 Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.2 Ventajas del mecanizado en seco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.3 Tecnologías del mecanizado en seco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3.1 Eliminación del calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.3.2 Lubricación del mecanizado en seco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.3.3 Manipulación de l aviruta en el mecanizado en seco…………………………………………….. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.4 Algunos ejemplos de implementación del mecanizado en seco. . . . . . 263.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Referencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

vii

viii Contents

4 Mecanizado refrigerado por gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.1 Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.2 Típicos gases usados en el mecanizados . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

4.3 Métodos de Aplicación de chorros de gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

314.4 Rendimiento del refrigerado por gas . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Referencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5 Detallada comparasión entre el torneado en seco y el refrigeado por aire . . . . . . . . . . . . . . .

415.1 Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415.2 Torneado de acero blando con herramienta recubierta de carbono

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

5.3 Torneado de acero gris con hta de cerámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.4 Torneado de acero H13 con hta de CBN . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54


6 Optimización del proceso de mecanizado con conexión y sin conexión 636.1 Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636.2 Optimización sin conexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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6.2.1 Funciones Objetivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656.2.2 Restricciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

686.3 Optimización con conección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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6.4 Efectiva utilización de las herramientas de corte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

706.4.1 Mejora de la vida de la hta. mediante refrigeración por aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

706.4.2 Mejora de la vida de la hta. en condiciones variables

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Referencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

7 Economía del mecanizado amigable con el ambiente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777.1 Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777.2 Determinación del costo del mecanizado . . . . . . . . . .

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7.3 Economía del torneado refrigerado por aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


8 Epilogo: mirando hacia el futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818.1 Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818.2 Desarrollo de los refrigerantes amigables con el ambiente

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828.3 Desarrollo de las herramientas de corte amigables con el ambiente

838.4 Desarrollo de las máquinas herramientas amigables con el ambiente

84

Contents

8.5 Optimización del proceso de mecanizado considerando el impacto ambiental

ix

a m b i e n t a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 848.6 Desarrollo de materiales de trabajo amigables con el ambiente

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 858.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Referencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Capítulo1Fabricación verde

La ingeniería verde se utiliza para indicar las preocupaciones ambientales que surgen en la ingeniería. Fabricación verde es un subconjunto de la ingeniería verde. Mecanizado amigable con el ambiente es una parte de la fabricación verde. Se incluye en el concepto de fabricación sustentable, que considera las preocupaciones económicas y sociales, además de los problemas ambientales. Esta monografía se centra en el mecanizado ecológico. Un mecanizado ecológico intenta minimizar el consumo de fluido de corte, herramientas, y la energía de corte.

Palabras clave Ingeniería Verde • Verde • fabricación de mecanizado Verde• Mecanizado Ecológico • Fabricación sustentable • Ambiente de fabricación mentalmente consciente • ISO 14000 • OHSAS 18001

1.1 Introducción

Esta monografía trata del mecanizado ecológico. Las preocupaciones medioambientales están ganando importancia en todos los campos de la ingeniería. Después de las Normas de calidad de administración del sistema ISO 9000, Normas de Sistemas de Gestión Ambiental ISO 14000 y la norma de Salud y Asistencia Segura OHSAS 18001 se publicaron: La ISO 14000 que es un conjunto de normas relacionadas actividades organizadas afectan al medio ambiente a lo largo de la vida de sus productos. Estas actividades van desde la producción hasta la eliminación final del producto. Incluye efectos sobre el medio ambiente, como la contaminación, la generación de residuos, el ruido, el agotamiento de los recursos naturales y el uso de energía. Las normas ISO 14000 están diseñadas para cubrir los sistemas de gestión ambiental, auditoría ambiental, evaluación de desempeño ambiental, etiquetado ambiental y de evaluación del ciclo de vida. La ISO 14000 especifica que en una política ambiental, debe existir el pleno apoyo de la alta gerencia. En él se esbozan las políticas de la empresa, no sólo hacia el personal, pero también hacia el público. OHSAS 18001 es un documento para la salud y los sistemas de gestión de seguridad. Su objetivo es ayudar a una organización para controlar los riesgos de salud y seguridad en el trabajo. Fue desarrollado en respuesta a la amplia demanda de una norma reconocida contra el que las medidas de salud y seguridad pueden ser certificadas y evaluadas.En muchos lugares, la palabra "verde" es considerado como sinónimo de "ecológico". Esto puede ser debido al hecho de que la mayoría de las plantas son verdes y convierten el CO2 en O2 necesario para la supervivencia del ser humano. Símbolos de color verde se utilizan a menudo para representar plantas y vegetales. Este libro también podría haber sido nombrado como Verde Mecanizado, pero este término es utilizado en un sentido diferente. El mecanizado de cerámica sin cocer en el (pre-sinterizada) Estado se llama mecanizado verde. Sin embargo, la ingeniería y la fabricación verde son palabras de moda que indican las preocupaciones ambientales en ingeniería y fabricación, respectivamente.Fabricación incluye todas las medidas necesarias para convertir materias primas, componentes o partes en productos terminados que cumplan las expectativas o las especificaciones del cliente. El mecanizado es un tipo de fabricación. En este capítulo se ofrece una breve introducción de la fabricación con el medio ambiente en general, y mecanizado amigable con el ambiente en particular. Todos los demás capítulos se centran sólo en el mecanizado ecológico.

1.2 Ingeniería Verde

De acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, la ingeniería verde es el diseño, la comercialización y el uso de procesos y productos que son factibles y económicos y reducen al mínimo (a) la generación de la contaminación en la fuente y (b) el riesgo para la salud humana y el medio ambiente. En la conferencia de "Ingeniería Verde: Definir los principios", celebrada en Sandestin, Florida en mayo de 2003, más de 65 ingenieros y científicos desarrollaron los Principios de Ingeniería Verde, que son los siguientes (Abraham y Nguyen 2003):

1. Procesos Ingeniería y productos de manera integral, análisis de sistemas de uso, e integrar las herramientas de evaluación de impacto ambiental.2. Conservar y mejorar los ecosistemas naturales para proteger la salud y bienestar.3. Utilice el concepto de ciclo de vida en todas las actividades de ingeniería.4. Asegúrese de que todas las entradas y salidas de materia y energía son lo más seguras y respetuosas posible.5. Reduzca al mínimo el consumo de los recursos naturales.6. Luchar por evitar residuos.7. Desarrollar y aplicar soluciones de ingeniería, siendo consciente de la geografía local, aspiraciones y culturas.8. Crear soluciones de ingeniería más allá de las tecnologías actuales o dominantes; mejorar, innovar e inventar (tecnologías) para lograr la sostenibilidad.9. Participar activamente en las comunidades y grupos de interés en el desarrollo de soluciones de ingeniería.

La Ingeniería verde abarca el concepto de proteger la salud humana y el medio ambiente para el desarrollo de un producto. Anastas y Zimmerman (2003) han presentado los siguientes "12 principios de la Ingeniería Verde" [reimpreso con el permiso de Anastas y Zimmerman (2003). Derecho de Autor (2003) American Chemical Society]:

Principio 1: Los diseñadores deben esforzarse por asegurar que todas las entradas y salidas de materia y energía son inherentemente no peligrosas como sea posible.Principio 2: Es mejor prevenir residuos que, manipular o limpiar los desechos después de su formación.Principio 3: La separación y purificación son operaciones que deben ser diseñadas para minimizar el consumo de energía y uso de materias.Principio 4: Se deben diseñar productos, procesos y sistemas para maximizar la masa, la energía, el espacio y la eficiencia del tiempo.Principio 5: Los Productos, procesos y sistemas deben ser "salida tirado" en lugar de"Entrada empujó" a través del uso de energía y materiales.Principio 6: La entropía y complejidad deben ser vistos como una inversión al tomar decisiones de diseño sobre reciclaje, reutilización o disposición beneficioso.Principio 7: La durabilidad debe ser un objetivo de diseño. Principio 8: Diseño para la capacidad innecesaria o capacidad (por ejemplo, "una talla para todos")Las soluciones deben ser consideradas un defecto de diseño.Principio 9: La diversidad de materiales en productos multicomponente debe reducirse al mínimo para promover el desmontaje y la retención de valor.Principio 10: Diseño de productos, procesos y sistemas deben incluir la integración y la interconexión con los flujos de energía y materiales disponibles.Principio 11: Productos, procesos y sistemas deben ser diseñados para el rendimientoen un comercial "después de la vida."Principio 12: Las entradas de materia y energía deben ser renovables en lugar de"No renovables".

Fabricación verde es un subconjunto de la ingeniería verde. La mayoría de los principios de la ingeniería verde son válidos para fabricación verde. Sin embargo, la sostenibilidad es un término más general que la ingeniería verde. Considera las cuestiones económicas, sociales y ambientales juntos (Toakley y Aroni 1998).

1.3 ¿Qué es Fabricación Sostenible?

Recientemente, la palabra clave "fabricación sostenible" se ha convertido en un término muy popular. Fabricación sostenible considera los aspectos ambientales, económicos y sociales. El objetivo de la fabricación sostenible es el desarrollo de tecnologías para la transformación de materiales con objetivos de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, evitando el uso de materiales no renovables o tóxicos, y evitando la generación de residuos. En un artículo de apertura, Westkamper et al. (2000) han enumerado los siguientes cinco factores críticos que el mundo está enfrentando:

1. Un aumento del consumo de los recursos naturales2. El espectacular aumento de la población mundial3. Los impactos ambientales, es decir, los recursos naturales limitados (energía, materiales)4. Redes globales de comunicación basados en las normas5. Una globalización imparable en todo el mundo

Para superar estos factores, hay una necesidad de cambiar a la fabricación sostenible. El término sostenibilidad se utiliza a menudo para cubrir temas ambientales.Como resultado de las resoluciones de la Asamblea General de la ONU, se creó la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo. La comisión publicó un informe titulado "Nuestro Futuro Común", que comúnmente se conoce como Informe Brundtland. Se proporciona la siguiente definición de la sostenibilidad:

El desarrollo sostenible satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades.

Por lo tanto, la sostenibilidad es la capacidad de mantener las condiciones de vida deseados para todo momento.Ha habido varias sugerencias para garantizar un desarrollo sostenible. El Crecimiento de la población debe ser controlado. Los recursos naturales tienen que ser utilizados juiciosamente. Los Residuos gaseosos, líquidos y sólidos tienen que ser minimizados. De hecho, " asignar valores monetarios a los recursos naturales, la calidad ambiental y la degradación, es posible incorporar estos factores en el análisis económico de los proyectos, y tal vez en una escala más amplia, en el sistema nacional de cuentas" (Toakley y Aroni 1998). Es evidente que las consideraciones ambientales son la parte principal de un sistema de fabricación sostenible.

1.4 ¿Qué es la Manufactura Verde?

En los últimos tiempos, ha habido una creciente preocupación por la consideración del medio ambiente en la industria manufacturera (Sheng y Srinivasan 1995). Fabricación ambientalmente consciente (ECM) tiene que ver con el desarrollo de métodos para la fabricación de nuevos productos desde el diseño conceptual hasta la entrega final y en definitiva a la disposición final de su vida de tal manera que las normas y los requisitos ambientales son satisfechas (Gungor y Gupta 1999). La industria de fabricación es una de las principales causas de la contaminación del medio ambiente. Minimizar el impacto ambiental de la industria manufacturera es una preocupación importante para todos los fabricantes. Durante este momento crítico, nació un modo de fabricación avanzada que se llamó fabricación verde (GM) ha llegado a ser popular como una estrategia de desarrollo sostenible en los procesos y productos industriales. GM es una estrategia de fabricación moderna, que es crucial para las industrias del XXI siglo de fabricación, la integración de todos los problemas de fabricación con su último propósito de reducir y minimizar el impacto ambiental y el consumo de recursos durante el ciclo de vida del producto. GM es un método para la fabricación que minimiza los residuos y la contaminación. Estos objetivos se logran a menudo a través del diseño de productos y procesos.En la mayoría de las fábricas, no hay ninguna herramienta de evaluación integral para el verdeatributo del proceso de fabricación. Krishnan y Sheng (2000) presentaron un agente proceso de planificación automática de mecanizado CNC para un mínimo impacto ambiental. El sistema de planificación de procesos puede aceptar diseños basados en la web y ofrece retroalimentación al diseñador a través de Internet. Tan et al. (2002) llevaron a cabo trabajos de investigación sobre fabricación verde durante varios años, y han propuesto un modelo de marco de toma de decisiones para la fabricación verde. Consideraron varios factores objetivos de toma de decisiones, como el tiempo (T), la calidad (Q), el costo (C), de impacto ambiental (E), y el consumo de recursos (R) en su modelo. Yan et al. (2007) presentó un sistema de apoyo al proceso de planificación para la fabricación verde (GMPPSS) para hacer frente a los problemas en la optimización de la planificación

de procesos ambientemente favorables. El objetivo de la GMPPSS es evaluar los atributos ecológicos de la planificación de procesos desde el nivel elemental, que incluye el consumo de materias primas, el consumo de material secundario, el consumo de energía y los impactos ambientales de los procesos de fabricación .La conciencia ambiental en la sociedad ha ido aumentando día a día, lo que se refleja en la fabricación de numerosas oportunidades para mejorar el desempeño ambiental de la fabricación. En su libro, Kutz (2007) define el proceso ECM como la producción de productos que utilizan procesos y técnicas seleccionadas para ser económicamente viables y que tengan el menor impacto en el medio ambiente. Tres objetivos básicos se han mencionado para el examen de ECM-reducción de los residuos, la reducción de los materiales y procesos peligrosos, y la reducción de la energía. Ilgin y Gupta (2010) revisaron más de 540 estudios sobre el trabajo de ECM y la recuperación del producto de la última década para la investigación futura. Una de sus conclusiones es: "La investigación, Producto, Diseño se centra principalmente en técnicas de criterios múltiples que permiten la consideración simultánea de los requisitos ambientales, económicos, de consumo y materiales. Sin embargo, el impacto ambiental de los procesos de producción se ignora en la mayoría de estos estudios. Por lo tanto, hay una necesidad de diseñar metodologías de producto conscientes del medio ambiente que integran el diseño de productos y procesos ".

1.5 Mecanizado ambientalmente consciente

En general, en diferentes procesos de mecanizado, son generados contaminantes ofensivos y subproductos que deben tratarse adecuadamente para proteger el medio ambiente. Muchas veces, el fluido de corte se utiliza en el mecanizado para mejorar la vida de la herramienta y / o mejorar la integridad de la superficie. Los fluidos que se utilizan para lubricar en el mecanizado contienen componentes químicos nocivos para el medio ambiente o potencialmente dañinos. La exposición prolongada a los refrigerantes durante el mecanizado puede provocar irritación respiratoria, asma, neumonía, dermatitis, cáncer, etc. (Burge 2006). La mayoría de los fluidos de corte en mecanizado son aceites a base de petróleo. La gestión de los aceites a base de petróleo es problemática. Causan la contaminación de aguas superficiales y la contaminación del agua subterránea, la contaminación del aire y la contaminación del suelo. El efecto se transmite a los productos agrícolas y los alimentos consumidos por nosotros. Contacto con la piel con estos fluidos puede causar irritación y alergia. Durante el almacenamiento de fluidos de corte solubles en agua, son generados toxinas microbianas por bacterias y hongos presentes en el entorno. Hoy en día la investigación va a utilizar los aceites vegetales como fluidos de corte (Shashidhara y Jayaram 2010).Aparte de eliminar o minimizar los fluidos de corte peligrosos en el mecanizado, la minimización del consumo de energía debe ser otro de los objetivos de mecanizado ambientalmente consciente. Esto es porque el consumo de energía está relacionada con la contaminación del medio ambiente, ya que casi todos los métodos de generación de energía contaminan el medio ambiente de alguna manera. Esto requiere de la optimización de los procesos de mecanizado. Por lo tanto, la optimización de procesos de mecanizado es una necesidad para un medio ambiente saludable.En muchos procesos de mecanizado, las herramientas de corte no se utilizan correctamente y se tiran antes de que su vida se ha acabado. Por otra parte, un proceso de mecanizado no optimizado provoca más desgaste de la herramienta y, consecuentemente, un mayor consumo de herramientas de corte. El aumento del consumo de la herramienta aumenta el gasto debido a la adquisición de herramientas, así como problemas de causas relacionadas con la eliminación de la herramienta.Una estrategia adecuada de mecanizado respetuoso con el medio ambiente tiene que minimizar la energía, fluido de corte y herramientas de corte. La estrategia puede hacerse efectiva con la ayuda de modernas herramientas de modelado y optimización.

1.6 Conclusión

En este capítulo, el concepto de mecanizado amigable con el medio ambiente se ha introducido. Una breve descripción de la ingeniería verde, fabricación sostenible, fabricación verde, y el mecanizado con conciencia ambiental se ha proporcionado. La palabra "mecanizado ecológico" por lo general se considera sinónimo de "mecanizado consciente ambientalmente." El resto de la monografía discute los métodos para alcanzar los objetivos de mecanizado ecológico.

Referencias

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Capítulo2Mecanizado con mínimo fluido de corte

El propósito del fluido de corte en una operación de mecanizado es enfriar la pieza de trabajo, reducir la fricción, y quitar la viruta. El fluido de corte contribuye significativamente al costo del mecanizado y también posee amenazas ambientales. En el pasado, ha habido algunos intentos para reducir al mínimo la cantidad de fluido de corte en el mecanizado. Este capítulo revisa algunos aspectos importantes para reducir al mínimo la aplicación de fluido de corte y su impacto en el rendimiento del mecanizado.

Palabras clave fluidos de corte • La eliminación de los fluidos de corte • suministro de refrigerante interno• Lubricación mínima • lubricación de refrigeración Cantidad mínima• Mist lubricación • Nanofluidos • Cerca de Molienda Seca • aceites de corte recto • Agua mezclar fluidos

2.1 Introducción

Los fluidos de corte se utilizan en el mecanizado para reducir la fricción, enfriar la pieza de trabajo, y quitar la viruta. Con la aplicación de fluido de corte, el desgaste de la herramienta se reduce y la calidad de superficie mecanizada mejora. A menudo, los fluidos de corte también protegen la superficie mecanizada de la corrosión. También minimizan las fuerzas de corte y por consiguiente el ahorro de energía. Estas ventajas de utilizar fluidos de corte en el mecanizado se acompañan de una serie de inconvenientes. A veces los costos de fluidos de corte son más del doble de los costos relacionados con la herramienta-Astakhov (2008). La mayoría de los fluidos de corte poseen el riesgo para la salud del operador. La eliminación del fluido de corte utilizado es también un gran desafío.En el pasado reciente, ha habido un gusto general para el mecanizado en seco (Sreejith y Ngoi 2000). Por otro lado, varios investigadores empezaron a explorar la aplicación de fluido de corte mínimo. En este capítulo, se presenta una revisión de la aplicación de líquido mínimo de corte en el mecanizado.

2.2 Principales Preocupaciones de Uso Fluido de corte

Hay principalmente dos tipos de fluidos de corte utilizados en el mecanizado (1) aceites puros o aceites de corte recto (2) fluidos de mezcla de agua. Los Aceites puros están basados en aceites minerales y se utilizan para el corte de metales sin dilución adicional. Por lo general son mezclas de aceites minerales y otros aditivos. Los aditivos más utilizados son los materiales grasos, parafina clorada, aceites sulfurados, y azufre. A veces compuestos de fósforo orgánicos también se utilizan como aditivos. Aditivos de extrema presión que contienen cloro, azufre o fósforo reaccionan de la interfaz de la herramienta-viruta de la producción de cloruros metálicos, fosfatos, y sulfuros, protegiendo así el borde de corte (Trent 1984). Los Aceites puros

ofrecen muy buena lubricación, pero son pobres en enfriamiento. Los Fluidos de mezcla de agua son de tres tipos (a) aceites emulsionables (b) fluidos sintéticos puros (c) fluidos semisintéticos. Los Aceites emulsionables se forman de una emulsión con agua. Se utilizan en una forma diluida con una concentración de 3-10%. El concentrado se compone de base de un aceite mineral y emulsionantes. Estos aceites producen una buena lubricación y refrigeración. Los Fluidos sintéticos puros no contienen ninguna base de aceite de petróleo o de mineral y se formulan a partir de compuestos inorgánicos y orgánicos alcalinos con aditivos para la corrosión. Se utilizan en una forma diluida con una concentración de 3-10%. Ofrecen muy buena operación de enfriamiento. Los Fluidos semisintéticos son la mezcla de aceites de emulsificación y fluidos sintéticos puros. Sus características son la mezcla de las características de los aceites sintéticos emulsionables y puros.Los fluidos de corte a menudo suponen peligro para personas, las máquinas y el material. Por ejemplo, un fluido de corte con el material graso reacciona con el zinc y produce jabón de zinc. Por lo tanto, se debe evitar con ello el uso de tanques de galvanizado, tuberías y accesorios. Los Fluidos a base de aceite graso oxidan fácilmente, particularmente en presencia de un catalizador como el cobre. Así, durante el mecanizado de cobre, la grasa se convierte en ácido orgánico que reacciona con la superficie de cobre expuesta para producir jabones de cobre color verde. La presencia de cloro también plantea riesgos para la salud. El azufre también reacciona con muchos metales para hacer sulfuros.Los Fluidos de concreto de agua causan manchas y corrosión. También producen microorganismos. Todos los fluidos de corte de mezcla de agua son alcalinas para inhibir la corrosión. También ayuda a controlar el crecimiento de microorganismos. Sin embargo, el exceso de alcalinidad dad causa irritación a la piel humana. También causa problemas de corrosión en el aluminio y el zinc. A medida que el magnesio es muy reactivo con agua, no debe ser mecanizado con el líquido de mezcla de agua. Los fluidos sintéticos generalmente contienen trietanolamina que reacciona con el cobre. Asimismo, no son adecuados para el mecanizado de aluminio. Esperanza (1977) ha revisado manchas y corrosión tendencias de los fluidos de corte.Un número de enfermedades profesionales de los operadores se deben al contacto de la piel con los fluidos de corte. El contacto directo de la piel puede causar una reacción alérgica o dermatitis. Los productos derivados del petróleo que son base para la mayoría de los fluidos se sospecha cancerígenos. Se observó que los maquinistas mostraron una mayor tasa de cáncer del tracto respiratorio superior que los demás trabajadores. Aplicando el fluido de corte en forma de neblina de aceite también se plantea riesgos graves para la salud. El contacto de la niebla con los ojos puede causar irritación y la niebla puede afectar negativamente a los pacientes con asma. También puede causar largos trastornos en la respiración. De acuerdo con la Administración de seguridad y salud ocupacional (OSHA), el nivel de exposición permisible de niebla dentro de la planta es 5 mg / m3, que podrá reducirse a 0,5 mg / m3. Otro problema con el uso de fluidos de corte es que en muchos casos, los efectos nocivos de los fluidos de corte no son conocidos debido a la falta de estudios (Bennett 1983). Algunos estudios han indicado que la exposición respiratoria al ozono o el óxido de nitrógeno en combinación con la exposición a los vapores de aceite aumenta los efectos tóxicos de los oxidantes. La toxicidad de los vapores aumenta en presencia de aerosoles no tóxicos (nieblas) de aceites minerales o glicoles.La eliminación de los fluidos de corte es también un gran problema. Los fluidos de corte de residuos pueden contaminar aguas superficiales y subterráneas. Pueden causar la contaminación del suelo, afectan la producción la agricultura, y puede conducir a la contaminación de alimentos. Por lo tanto, idealmente, los fluidos de corte no deben ser utilizado en absoluto. Si no es posible, a continuación, su uso debería reducirse al mínimo. Una alternativa es el desarrollo de fluidos de corte completamente seguros, pero puede no ser competitiva debido a consideraciones económicas.

2.3Sistemas de Lubricación en mínimas cantidades

El sistema convencional de aplicar el refrigerante es el sistema de refrigerante de inundación, en la que una gran cantidad de refrigerante choca continuamente en la cara de desprendimiento de la herramienta. Este sistema es muy ineficiente. En primer lugar, se requiere una gran cantidad de fluido de corte. En segundo lugar, el fluido de corte no es capaz de alcanzar la zona de corte debido a la obstrucción de las virutas.

Un mejor método es la aplicación de lubricación por pulverización, en el que se produce una mezcla de aire y de corte llamado aerosol y se suministra en la zona de corte con una alta presión. El sistema utiliza un atomizador. El atomizador es un inyector donde se utiliza el aire comprimido para atomizar el aceite de corte (Fig. 2.1). El aceite se transporta por el aire en un sistema de distribución de baja presión a la zona de mecanizado. Como el aire comprimido fluye a través de la ruta de venturi, la garganta estrecha alrededor de la boquilla de descarga crea un efecto venturi en la cámara de mezcla, es decir, una zona donde la presión estática está por debajo de la presión atmosférica (a menudo referido como un vacío parcial). Este vacío parcial aspira el aceite desde el depósito de aceite donde el se mantiene bajo una carga hidráulica constante. El aire que corre a través de la cámara de mezcla atomiza el flujo de aceite en un aerosol de partículas de tamaño micrométrico. Cuando el aerosol incide a través del chorro, que produce una pulverización de la suspensión gaseosa llamada niebla en la zona de mecanizado que funciona como refrigeración, así como medio lubricante. Sin embargo, la niebla también plantea un peligro para la salud.En lugar de aplicar el fluido de corte a partir de una boquilla externa, los canales se pueden hacer en la herramienta para el suministro de fluido de corte a la zona de alta temperatura. La Figura 2.2 es una representación esquemática de este tipo de herramienta, en el que el refrigerante a alta presión es forzado a través de un agujero para llegar a la cara de corte de la herramienta. Este tipo de disposición se utilizó aproximadamente 2 décadas antes por Wertheim et al. (1992). En su disposición, el fluido de corte es capaz de llegar a la zona de corte más eficazmente que mediante la aplicación externa. En el sistema de refrigeración por inmersión convencional, el calor

Fig. 2.1 esquemática de un atomizador

Fig. 2.2 Una herramienta de corte con un suministro de refrigerante interno

provoca la evaporación del líquido refrigerante antes de que alcance la zona crítica. Wertheim et al. (1992) utilizaron un sistema de alta presión. La presión se incrementó hasta 25 bares. Este sistema reduce el desgaste de la herramienta y mejora la vida de la herramienta. En el ranurado en acero de aleación por TiC + TiCN + TiN herramienta de carburo revestido, se observó que la herramienta podría hacer 40 ranuras cuando la presión de descarga fue de 1 bar. Con una presión de 5 bar, la vida de la herramienta fue de 75 ranuras y con una presión de 25 bar, con un total de 160 ranuras se produjeron antes de la herramienta falló. Se observó un fenómeno similar en el ranurado de una aleación a alta temperatura de Inconel 718. Cuando se utiliza una velocidad de corte de 30 m / min se llegó a 0,16 mm / rev, una vida de la herramienta de sólo 3 minutos con el refrigerado convencional. Utilizando el refrigerado interno de 16 bar en las mismas condiciones de mecanizado, se logró una vida de la herramienta total de más de 14 min. En comparación con el sistema convencional, el uso del refrigerante se redujo drásticamente. Kovacevic et al. (1995) estudiaron el rendimiento de un proceso de fresado frontal, en el que un chorro de agua de alta presión era

Fig. 2.3 aplicación MQL con tres jets

entregado en interfaz de la herramienta-viruta a través de un agujero en la cara de desprendimiento de la herramienta .Weinert et al. (2004) han presentado ua excelente trabajo de mecanizado en seco y lubricación en mínima cantidad (MQL). Cuando el objetivo principal es llevar a cabo la lubricación, el sistema es MQL. Cuando se necesitan tanto la refrigeración y la lubricación, se llama Cantidad mínima de refrigeración de lubricación (MQCL). En las operaciones MQCL, los medios de comunicación utilizado es generalmente aceite recta, pero algunas aplicaciones han utilizado una emulsión o agua. El aceite de corte puede ser enviado con el aire en forma de aerosol o sin aire. En el sistema MQL o MQCL, el consumo normal de medio fluido de corte es5-50 ml / min. El suministro de fluido de corte puede ser externo (a través de boquillas) ointerno (a través de un canal) en la herramienta. No puede haber un sistema de un solo canal o sistema de canal doble, en la que el aire y el aceite se alimentan por separado.El fluido utilizado en MQL o sistema de MQCL debe ser biodegradable y estable. Como el consumo de aceite es muy inferior, el fluido debe permanecer estable durante un periodo de tiempo más largo. Los aceites vegetales y ésteres sintéticos han sido utilizados como fluidos de corte en aplicaciones MQL (Khan y Dhar 2006; Wakabayashi et al., 2003). Un éster sintético tiene una alta temperatura de ebullición y punto de inflamación y una baja viscosidad y por lo tanto deja una fina película de aceite sobre la pieza de trabajo que sirve para resistir la corrosión. Ésteres sintéticos también son biodegradables.Método de aplicación del fluido de corte tiene un gran efecto en el mecanizado de rendimiento en un sistema MQL. En un mecanizado ortogonal, fluido de corte puede ser inyectado en tres lugares a través de diferentes boquillas como se muestra en la Fig. 2.3. Fluido de corte inyectado a través de la boquilla 1 reduce la fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo y ayuda a reducir el desgaste del flanco. La inyección de fluido en la boquilla 2 ayuda en la curvatura de las virutas debido a efecto ReBinder y enfriamiento. Aquí, un poco de calor de la zona de cizalla primaria es quitado. La inyección a través de la boquilla 3 ayuda a tomar el calor lejos de la zona de cizalla secundario en la cara de desprendimiento.Varadarajan et al. (2002) que se suministra el fluido de corte especialmente formulado en forma de chorro impulsado delgada en el proceso de torneado duro. Una bomba de combustible de motor diesel se utiliza para la inyección. El sistema puede suministrar fluidos de corte a través de seis puntos de venta simultáneamente, pero el estudio fue llevado a cabo con una sola salida. La posición de la boquilla de la boquilla correspondieron aproximadamente a 1 en la Fig. 2.3. La tasa típica de la descarga fue de 2 ml / min. La velocidad del chorro es del orden de 100 m / s, a una presión de 200 bar.14 2 Mecanizado con mínimo fluido de corte

El fluido se inyecta en pulsos a una frecuencia de pulso de 600 impulsos / min. El sistema proporciona un rendimiento muy bueno en términos de las fuerzas de corte, la temperatura, la vida de la herramienta, acabado de la superficie de corte, la escala y la herramienta chip longitud de contacto de corte.Attanasio et al. (2006) estudiaron el rendimiento de MQL inflexión inyectando ellubricantes en rastrillo y flanco separado. Haciendo referencia la Fig. 2,3, una vez que el lubricante se inyecta a través de la boquilla 1 y otra vez a través de la boquilla 3. La conclusión fue que inyectar el lubricante en la superficie de flanco es mejor.Ram Kumar et al. (2008) aplicaron fluido de corte mínimo a través de dos jets en un proceso de torneado en duro. Chorro pulsante Una alta velocidad se aplicó a la interfaz de herramienta de trabajo y otra se aplicó en la superficie superior del chip, como se muestra (correspondiente a la boquilla 1 y 3 en la Fig. 2.3). Esto hace que el rizado de la viruta debido a la diferencia en las temperaturas superior e inferior de superficie. Por lo tanto, la longitud de contacto de chip-herramienta se reduce, ayudando a reducir la fuerza de corte y de la temperatura y por lo tanto la mejora de la vida de la herramienta. En este sistema, la presión del fluido de corte se mantuvo a 1,2 bar y la cantidad de fluido de corte fue de 5-10 ml / min. La bomba se hizo funcionar a 300-600 impulsos / min. El sistema proporciona reducida acabado superficial, desgaste de la herramienta, la fuerza de corte, la temperatura de corte, y una herramienta de chip longitud de contacto.

2.4 Mínima Cantidad de lubricación con Nanofluidos

Nanofluidos son los fluidos con una dispersión coloidal de partículas nanómetros tamaños de metales, óxidos, carburos, nitruros, o nanotubos. Típicamente, un nanofluid puede contener nanotubos de carbono (CNT), TiO2, Al2O3, MoS2, y el diamante. Tamaño de las nanopartículas es de entre 1 y 100 nm. Nanofluidos muestran una mayor productividad y la transferencia de calor coeficiente de con- térmica. Con la adición de las nanopartículas, la conductividad térmica de los fluidos puede mejorar por varios cientos de porcentajes. Esto es principalmente debido a más relación de superficie a volumen de nanopartículas.Recientemente, nanofluidos se han utilizado con los sistemas MQL. El nanofluid se suministra a la zona de mecanizado en forma de niebla mezclada con aire comprimido a alta presión. Nanofluidos han sido contienen MoS2, diamante, y Al2O3 en el rectificado y fresado. Nam et al. (2011) nanofluid contiene 30 nm de tamaño de partículas de diamante con los fluidos a base de aceites de parafina y hortalizas en microperforación de aluminio 6061 pieza aplicada. El rendimiento de MQL nanofluid se comparó con la lubricación de aire comprimido y MQL puro. La concentración de nanodiamantes1% y 2% en volumen se consideró para el estudio. La adición de partículas nanodiamantes mejorar la lubricación y los efectos de enfriamiento a su mayor penetración y atrapamiento en la interfaz de perforación. Se ha informado de que las nanopartículas tienen bola / efecto rodamiento y mejorar tribológico y desgaste características significativamente. Como resultado, la magnitud de los pares y fuerzas de empuje se reduce significativamente. Los autores observaron que MQL nanofluid a base de aceite de parafina fue más eficaz que el basado aceite vegetal. En el caso del aceite de parafina, el 1% en volumen de partículas nanodiamantes fue más eficaz que 2% en volumen de partículas. Por otro lado, en el caso de los aceites vegetales, la nanofluid con 2% en volumen se encontró mejor.2.5 Cantidad mínima Lubricación: una comparación con otros sistemas 15

Autores atribuyeron esto a diferencia de las propiedades físicas y químicas de dos fluidos de base. En particular, la viscosidad dinámica de los aceites vegetales es de aproximadamente 2-3 veces mayor que la de parafina. Por lo tanto, más nanopartículas podrían ser necesarios para conseguir distribuida uniformemente en el área de perforación. En el caso de los aceites de parafina, 2% en volumen puede causar que algunas partículas nanodiamantes se tapen.

2.5 Cantidad mínima Lubricación: una comparación con otros sistemas

Hay suficiente literatura para demostrar que el sistema MQL proporciona mejor rendimiento que el mecanizado en seco. En muchos casos, proporciona un mejor rendimiento que el sistema de refrigeración por inmersión convencional. Una breve revisión representante se proporciona en esta sección. En el mecanizado de aleaciones de aluminio, Kelly y Cotterell (2002) observó que a medida que la velocidad de corte y la velocidad de alimentación se incrementan, el uso de una niebla de fluido superó el método de refrigeración por inmersión convencional, sin embargo, en el sistema de refrigerante inferior inundación velocidad de corte era superior. Braga et al. (2002) utilizaron una niebla de pulverización mientras aleación de aluminio de perforación y observó que el acabado superficial y vida de la herramienta era casi igual en lubricación por niebla y el refrigerante de inundación.Mendes et al. (2006) estudiaron el rendimiento de perforación de AA 1050-O el aluminio con brocas de metal recubiertas TiAlN y aplicar fluido de corte en forma de neblina. La tasa de flujo de fluido de corte se varió entre 20 y 100 ml / h. Se observó que el uso de la mayor tasa de flujo de fluido de corte (100 ml / h) dio lugar a fuerzas de avance inferiores sólo a velocidades de corte más altas y velocidades de alimentación. El consumo de energía y la presión de corte específica aumentaron con el corte de tasa de flujo de fluido y rugosidad de la superficie no fue afectada. Este trabajo muestra que innecesariamente alto caudal de fluido no es útil. Davim et al. (2006) estudiaron la perforación de aluminio (AA1050) bajo seco, MQL y condiciones de inundación lubricados y llegó a la conclusión de que con la selección apropiada de los parámetros de corte, es posible obtener un rendimiento de mecanizado similares ble de inundación condiciones lubricados mediante el uso de MQL. Davim et al. (2007) hicieron conclusión similar en la transformación de los latones utilizando MQL.En el giro de aleación de aluminio 6061 con MQL, condiciones secas y lubricantes inundación utilizando herramientas de metal duro con recubrimiento de diamante, Sreejith (2008) observaron la superioridad de MQL con 50 ml / h y 100 reduciendo el consumo de líquidos ml / h. El desgaste de la herramienta fue casi igual que en el sistema de refrigerante de inundación. La fuerza principal de corte fue el más bajo en el sistema de refrigeración por inmersión y la más alta en el mecanizado en seco. La rugosidad de la superficie con 100 ml / h MQL fue mucho menor que el obtenido en el mecanizado en seco. Fue sólo ligeramente mayor que la rugosidad de la superficie obtenida en el sistema de refrigerante de inundación.Tawakoli et al. (2009) han investigado una molienda MQL o sistema seco de molienda cerca (NDG). En este sistema, una mezcla de aire-aceite llamado un aerosol se introduce en la zona de las ruedas de trabajo. En comparación con secar molienda, molienda MQL mejora sustancialmente el rendimiento de corte en términos de aumentar la vida de la rueda y la mejora de la calidad de16 2 Mecanizado con Fluid Mínimo corte

la parte de tierra. En la molienda de 100Cr6 acero endurecido por Al2O3 muela abrasiva, la rugosidad de la superficie de la parte del suelo fue menor que en el sistema de refrigerante de inundación. Sin embargo, en MQL molienda de acero suave 42CrMo4, la rugosidad de la superficie fue mayor que en el sistema de refrigerante de inundación. En MQL moler las fuerzas de corte fueron inferiores a los sistemas de refrigeración secas e inundaciones. La vida de la rueda fue el mejor en sistemas MQL.Alberdi et al. (2011) optimiza el diseño de la boquilla en MQL molienda con la ayuda de la dinámica de fluidos computacional. La boquilla optimizado proporciona un chorro de refrigerante más eficiente. Los autores también proponen una técnica basada en la combinación de MQL y CO2 baja temperatura para ayudar a la molienda. Se obtuvo la mejora significativa en el rendimiento en comparación con otros sistemas. Los autores recomendaron que con el sistema propuesto, las muelas abrasivas de mayor porosidad se deben utilizar para obtener los mejores resultados.

2.6 Conclusión

De la discusión presentada en este capítulo, es evidente que los sistemas MQL poseen muchas ventajas sobre el sistema de refrigeración de inundación. Sin embargo, también requieren algunas modificaciones de máquinas herramienta para obtener el mejor rendimiento de ellos. Cuando el sistema de refrigeración por inmersión no está presente, las máquinas herramientas deben estar equipados con un sistema de arranque de

viruta. Hay también un requisito de fuego y explosión en el sistema de mecanizado de aleaciones de metales ligeros como el magnesio. No hay costo adicional involucrado en el equipo para MQL. Se requiere un análisis coste-beneficio antes de implementar el sistema MQL.

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Capítulo 3El mecanizado en seco

Es posible eliminar los fluidos de corte totalmente en el mecanizado. El mecanizado en seco se refiere a mecanizado sin necesidad de utilizar fluidos de corte. En este capítulo, se describen las ventajas y limitaciones de mecanizado en seco.

Palabras clave manejo de viruta • criogénico , refrigeración • El mecanizado en seco • Tubo de Calor• Lubricación • lubricación cantidad Mínimo • Cerca de mecanizado en seco • Efecto Peltier• Auto-lubricante de herramientas • Bajo el sistema de refrigeración

3.1 Introducción

Las preocupaciones ambientales exigen la eliminación de fluido de corte en la práctica de corte de metal. En el pasado, se está tomando un gran interés en el mecanizado sin necesidad de utilizar el fluido de corte o el uso de la cantidad mínima de fluido de corte. Cuando no se utiliza un fluido de corte durante el mecanizado, se denomina mecanizado en seco. Cuando se utiliza una cantidad mínima de fluido de corte durante el mecanizado, se llama cerca de mecanizado en seco o lubricación de cantidad mínima (MQL). Mecanizado en seco Cerca se ha discutido en el Cap. 2.El sistema MQL utiliza ya sea aerosol (una suspensión coloidal de fluidos de corte gotitas en el aire) o directamente de la cantidad medida de fluido de corte en la zona de corte. Por lo general, el fluido de corte se vaporiza debido a la alta temperatura a la zona de corte. En última instancia, el fluido de corte se mezcla con el aire atmosférico y es inhalado por el operador. Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido5,0 mg / m3 como límite de exposición permisible (PEL) del fluido de corte en el aire.La United Auto Workers solicitó a la OSHA para bajar el PEL para los fluidos de trabajo del metal de 5.0 mg / m3 a 0,5 mg / m3. En respuesta, OSHA estableció el Comité Asesor Fluid Normas Elaboración de Metales (MWFSAC) en 1997 para desarrollar normas o directrices relacionadas con fluidos de trabajo de metales. Su objetivo era investigar la necesidad y / o recomendar, en su caso, una norma, directriz, o de otro tipo de respuesta adecuada a los efectos en la salud, en su caso, que resultan en daño material a los trabajadores ocupacionalmente expuestos a fluidos para trabajo de metales. En su informe final en1999, MWFSAC recomendó que el límite de exposición de 0,5 mg / m3 y quevigilancia médica, monitoreo de exposición, la gestión del sistema, lugar de trabajo monitor, y formación de los empleados son necesarios para controlar la exposición del obrero a los fluidos para trabajo de metales.El mecanizado en seco es la mejor solución desde un punto de vista ambiental. El mecanizado en seco tiene la ventaja de no contaminación del agua y el aire, no hay problema en la eliminación del fluido de corte, y no hay peligro para la salud del operador. Sin embargo, con el mecanizado en seco uno tiene que adoptar las medidas adecuadas para compensar las funciones principales del lubricante de refrigeración.

3.2 Ventajas de mecanizado en seco

las principales ventajas del mecanizado en seco:

1. El mecanizado en seco no causa la contaminación de la atmósfera o al agua. En el mecanizado en húmedo (utilizando una gran cantidad de refrigerante) o mecanizado MQL, el medio ambiente se contamina debido a la disociación de fluido de corte. Durante la eliminación del fluido de corte, el agua se contamina y el suelo se contamina. Estos problemas están ausentes en el mecanizado en seco.2. Durante la operación de corte de metal, una gran cantidad de residuos sólidos en forma de escombros esgenerado. Esto se conoce como virutas y comprende los chips, polvo metálico, y pequeñas piezas de metal. En la práctica de fabricación sostenible, es aconsejable reciclar el virutas. Durante el mecanizado con fluido de corte, las virutas contiene residuo de fluido de corte, que debe ser eliminado por tratamiento químico costoso. En el mecanizado en seco, no hay residuo sobre las virutas. Por lo tanto, el reciclaje de las virutas es más fácil. De hecho, las virutas secas se puede vender a un precio más alto que las virutas mojado.3. No hay peligro para la salud del operador en el mecanizado en seco. Es no perjudicial para la piel y es libre de la alergia.4. Se estima que aproximadamente el 15% del coste de mecanizado se puede atribuir a la utilización de refrigerante, que es aproximadamente 3-4 veces el costo herramientas de corte (Landgraf 2004). Además de la propia refrigerante, el costo del refrigerante relacionada incluye la eliminación, almacenamiento, mantenimiento y componentes del coste laboral. El mecanizado en seco ahorrará costes relacionados con refrigerante.5. A veces, el mecanizado en seco requiere menos fuerza de corte en comparación con el mecanizado con refrigerante. Esto es especialmente, cierto para el mecanizado de alta velocidad, en el que a alta temperatura generada en la zona de corte disminuye la tensión de flujo de material.6. En muchos casos, por ejemplo en corte interrumpido, corte en seco mejora la vida de la herramienta.En el mecanizado con fluido de corte, la herramienta se somete a choque térmico, lo que reduce la vida de la herramienta. El proceso tales como la molienda, en la que la herramienta no corta continuamente son más adecuados para el mecanizado en seco.3.3 Tecnologías en el mecanizado en seco 21

3.3 Tecnologías en el mecanizado en seco

El fluido de corte tiene la tres funciones principales: extracción de calor, la lubricación, y el lavado de distancia de los chips. Entre estos, el arranque de viruta es la función más importante en la perforación. El principal problema con perforación en seco es la eliminación de las virutas del agujero perforado. En los apartados siguientes, se discuten los métodos alternativos para lograr las funciones de fluido de corte.

3.3.1 Remoción de Calor

Hay un número de maneras de eliminar el calor de la herramienta en el mecanizado en seco. Una forma es para enfriar la base de la herramienta, que se llama bajo enfriamiento (Ber y Goldblatt1989). En el marco del sistema de refrigeración, el refrigerante fluye a través de canales situados debajo de la pieza de inserción como se muestra en la Fig. 3.1. Con el fin de eliminar el calor máximo, una lámina delgada de cobre está en contacto directo con el inserto de corte en su lado superior, mientras que, su lado opuesto, está en contacto con el refrigerante. La lámina de cobre tiene dos protuberancias, doblada hacia abajo, con el fin de desplazar el fluido lejos de la zona de corte y el material de la pieza. Por lo tanto, la zona de enfriamiento efectivo se incrementa.Otro método es la refrigeración interna con un sistema de evaporación, donde se introduce un líquido volátil en el portaherramientas que se evapora en contacto con el sistema interior de la inserción. Sánchez et al.

(2011) usaron R-123, un fluido hydrochloroflurocarbon como refrigerante. Tiene temperatura de ebullición de 28 C. El líquido se evapora después de entrar en contacto con la superficie interna de la herramienta de corte y alcanza el condensador. En el condensador, que se convierte en forma líquida y llega a un depósito, desde donde es bombeada a soporte de la herramienta. Es un sistema de circuito cerrado.Según Protocolo de Montreal sobre las sustancias que agotan la capa de ozono, los fluidos hydrochloroflurocarbonicos no deben utilizarse más allá de 2015. Por lo tanto, otros fluidos adecuados tienen que ser utilizados en el sistema bajo enfriamiento, el principio básico restante mismo. Zhao et al. (2002) ha desarrollado un modelo matemático para la predicción de desgaste de la herramienta en presencia de enfriamiento interno. Se encuentra que la refrigeración interna en la herramienta de corte de carburo puede aumentar la vida de la herramienta hasta el 15% en comparación con la herramienta de corte sin refrigeración interna.Ha habido algunos intentos de utilizar tubo de calor para la refrigeración interna de la herramienta de corte. Un tubo de calor es un dispositivo que utiliza la conductividad térmica y la transición de fase para transferir el calor de un lugar a otro lugar. Se compone de un tubo cerrado que contiene un líquido y su vapor. En la interfaz caliente que actúa como evaporador, el líquido se convierte en vapor mediante la absorción de calor de la superficie caliente. En la interfaz frío que actúa como condensador, los vapores se condensan. El líquido vuelve entonces a la interfaz caliente a través de ya sea la acción capilar o la gravedad de acción, donde se evapora de nuevo. Este ciclo sigue repitiendo y eliminación de calor se lleva a cabo.Jen et al. (2002) investigaron la viabilidad de la utilización de tubos de calor en el proceso de perforación mediante la realización de simulaciones teóricas y experimentales. El esquema de la tubería de calor propuesto se muestra en la Fig. 3.2. Los componentes de un tubo de calor son un

Fig. 3.1 Un bajo el sistema de refrigeración. Con el permiso de Ber y Goldblatt (1989). derechos de autor(1989) Elsevier

Fig. 3.2 Esquema de tubo de calor propuesto. Con el permiso de Jen et al. (2002). derechos de autor(2002) Elsevier

recipiente sellado (pared del tubo y tapas extremas), una estructura de mecha, y una pequeña cantidad de fluido de trabajo en equilibrio con su propio vapor. El tubo de calor se puede dividir en tres secciones: la sección del evaporador, sección adiabática (transporte), y de la sección del condensador. La carga de calor externo en la sección de evaporador hace que el fluido de trabajo para vaporizar. La presión de vapor resultante impulsa el vapor a través de la sección adiabática a la sección de condensador, donde el vapor se condensa, liberando su calor latente de vaporización al disipador de calor proporcionado. El fluido de trabajo condensado entonces3.3 Tecnologías en el mecanizado en seco 23

Fig. 3.3 Esquema de perforación con tubería de calor integrado internamente. Con el permiso de Jen et al. (2002). Derecho de Autor (2002) Elsevier

bombea de nuevo por la presión capilar generada por el menisco en la estructura de mecha. El Transporte de calor puede ser continua, siempre y cuando haya suficiente entrada de calor a la sección de evaporador de tal manera que se genera suficiente presión capilar para conducir el líquido condensado de vuelta al evaporador. La figura 3.3 muestra esquemáticamente cómo este tipo de tubo de calor puede ser embebido en un taladro. Estudios numéricos y experimentos iniciales mostraron que el uso de un tubo de calor en el interior del taladro reduce el campo de temperatura de manera significativa.El Enfriamiento criogénico es otro método de eliminación de calor en el mecanizado en seco. Criogenia es el estudio de la producción de muy baja temperatura (por debajo 150 C) y el comportamiento de los materiales a esas temperaturas. Un número de gases en forma líquida se puede utilizar para lograr temperaturas criogénicas. Entre ellos nitrógeno líquido es el más ampliamente utilizado. El nitrógeno se funde a 210 C y hierve a 196 C. Es el gas más abundante en la atmósfera, aproximadamente el 78% en volumen de la atmósfera. Es un gas incoloro, inodoro, insípido y no tóxico. No reacciona con la mayoría de los metales. Debido a estas cualidades, el nitrógeno es una opción preferida como refrigerante. Yildiz y Nalbant (2008) han revisado la aplicación de enfriamiento criogénico en los procesos de mecanizado. Una aplicación inicial de mecanizado criogénico se debe a Hollis (1961), que introdujo CO2 líquido a la base de la punta de carburo a través de un tubo capilar calibrado realizado en el vástago de la herramienta para proporcionar una temperatura ambiente baja y un mayor gradiente de temperatura a través de la sección transversal del material de la punta. Esta fractura reducida y el desgaste de la herramienta. Pablo y Chattopadhyay (1995) aplicaron chorro de nitrógeno líquido en el proceso de molienda. Esto reduce las fuerzas de rectificado, energía específica de corte, la temperatura de molienda, y las tensiones residuales en la

pieza de trabajo. El rendimiento de enfriamiento criogénico se comparó con molienda en seco y molienda con refrigerante de inundación, y se encontró superior a ambos de ellos.Wang y Rajukar (2000) llevaron a cabo el mecanizado criogénico de materiales difíciles de mecanizar. Autores presentaron una técnica para el mecanizado de cerámicas avanzadas con nitrógeno líquido refrigerado policristalino nitruro de boro cúbico (CBN) y la herramienta de carburo cementado. Se encontró que con refrigeración de nitrógeno líquido, la temperatura en la zona de corte se reduce sustancialmente. Esto reduce significativamente el desgaste de la herramienta. La rugosidad de la superficie también quedó reducida. Paul et al. (2001) estudiaron el mecanizado criogénico de AISI 1060 acero usando dos tipos diferentes de insertos de carburo. Dos chorros de nitrógeno líquido se emplearon uno en la superficie de flanco y otra en la superficie de ataque de la herramienta de corte. Los autores no han mencionado acerca de la velocidad de flujo y la presión del nitrógeno líquido. Se obtuvo una mejora significativa en el acabado superficial de la pieza de trabajo y la vida de la herramienta. Vida de la herramienta consiguió aumentó en un factor de 2,5. Más recientemente, Kalyan Kumar y Choudhury (2008) aplicaron enfriamiento criogénico de alta velocidad

Fig. 3.4 Esquema del montaje experimental. Con el permiso de Kalyan Kumar yChoudhury (2008). Derecho de Autor (2008) Elsevier

al mecanizado de acero inoxidable usando un inserto estándar. Un esquema de su configuración experimental se muestra en la Fig. 3.4. El chorro de nitrógeno líquido se suministra a la zona de corte a una presión de 5 kg / cm2. Los autores compararon el desempeño de mecanizado criogénico con el mecanizado en seco sin utilizar ningún líquido refrigerante. Aunque el enfriamiento criogénico reduce las fuerzas de corte en aproximadamente un 15% y el desgaste del flanco en alrededor38%, se necesita una gran cantidad de nitrógeno líquido, lo que aumenta el coste global de mecanizado. Los autores concluyeron que el enfriamiento criogénico puede ser ventajoso sólo en alta velocidad y alta avance de mecanizado.Sreejith y Ngoi (2000) han enumerado un método más para lograr el enfriamiento en seco mecanizado método de refrigeración termoeléctrica. Se basa en el efecto Peltier. Efecto Peltier es el enfriamiento de una unión y el calentamiento de la otra cuando la corriente eléctrica se mantiene en un circuito que consta de dos conductores diferentes. Este efecto es aún más fuerte en los circuitos de semiconductores que contienen diferentes. No puede haber muchas combinaciones de metales diferentes o semiconductores, por ejemplo,

cobre y bismuto. Sin embargo, el método de la refrigeración termoeléctrica no es un método popular en el mecanizado.

Fig. 3.5 La formación de auto-tribofilm entre la interfaz de la herramienta-chip en proceso de mecanizado. Con el permiso de Jianxin et al. (2007). Derecho de Autor (2007) Elsevier

3.3.2 Lubricación en el mecanizado en seco

Una de las maneras más importantes para lograr la lubricación en el mecanizado en seco es utilizar revestimientos blandos en las herramientas de corte. Estos recubrimientos se denominan revestimientos autolubricantes (Weinert et al., 2004). Recubrimiento auto-lubricante típico es MoS2, que se aplica sobre un revestimiento duro usando la técnica de pulverización catódica DC. Kustas et al. (1997) depositadananorrevestimientos multicapa (100 bicapas de 13a B4C / 18A W) sobre cementado WC-Coherramientas y brocas HSS utilizando equilibrado proceso de pulverización catódica. El mecanizado en secoen una AISI 4140 acero (302 BHN) a 105 m / min mostró una reducción en el desgaste y la consiguiente mejora en la vida de la herramienta en comparación con sin revestir, así como recubrimiento de tres capas de TiC-Al2O3-TiN. Pruebas de perforación en seco con un sólido-lubricante, de múltiples capas recubiertos (MoS2 / Mo) (400 bicapas, el espesor de la bicapa 80a y espesor total de revestimiento de 3,2 mm) brocas HSS en una aleación de Ti-6Al-4V mostraron una reducción en par (33%) y noseizure mientras incautación se llevó a cabo con el taladro sin recubrimiento. Koshy (2008)películas de múltiples capas depositadas de CrN y Mo2N, donde el Mo2N forma un óxido de sacrificio que lubrica a alta temperatura. La reducción de la fricción en puntos altos de temperatura a un mecanismo de auto-lubricante activado térmicamente en funcionamiento. A medida que el revestimiento se desgasta la disposición multicapa garantiza el suministro constante de lubricante óxidos (de la capa Mo2N) en la interfaz de deslizamiento.Muchos investigadores han incorporado lubricantes sólidos en la matriz de cerámica dedesarrollar los compuestos de cerámica autolubricantes.Autolubricantes compuestos de cerámica consiste en una matriz cerámica de soporte que rodea a los bolsillos dispersas de una o más especies más suaves lubricantes. Par- cialmente zirconia estabilizada (ZSP) con una película delgada (aproximadamente 50 nm) de CuO puede hacer una buena herramienta de auto-lubricantes.Jianxin et al. (2007) produjeron Al2O3 / TiC compuestos de cerámica con las adiciones de CaF2 lubricantes sólidos por prensado en caliente. Herramientas hechas de estos materiales compuestos se utilizan en el mecanizado en seco de acero endurecido. Microscopía electrónica de barrido reveló que un auto-tribofilm se formó consistentemente sobre las superficies de desgaste y la composición de la auto-tribofilm se encontró que era lubricantes sólidos principalmente CaF2.En los procesos de mecanizado, las diapositivas de chip contra la cara de la herramienta rastrillo a alta velocidad,e induce la alta temperatura de corte. Bajo tal temperatura alta de corte, los lubricantes sólidos CaF2 pueden ser liberados y se unta, y crear una película lubricante fina sobre la cara de desprendimiento, lo que resulta en una disminución en el coeficiente de fricción. Figura 3.5 ilustra el diagrama esquemático del proceso de formación de tribofilm auto sobre la superficie de ataque en los procesos de mecanizado.26 3 Mecanizado en seco

3.3.3 Manejo de viruta en el mecanizado en seco

El principal problema con el mecanizado en seco es la eliminación de la virruta de la zona de corte. Este es un problema más grave en la perforación. Una de ellas es ampliar las flautas de la perforación y proporcionar más espacio a los chips. En el proceso de molienda también, se debe utilizar un cortador con un gran espacio entre los dientes.El mecanizado en seco también requiere algunos cambios en la máquina-herramienta para la eliminación fácil chip. El manejo de chip y el transporte de chips se ven facilitadas por una zona de trabajo totalmente cerrado y un transportador automático chip. Algunos sistema de escape se puede equipar para eliminar las virutas.

3.4 Algunos ejemplos de implementación de mecanizado en seco

En su artículo principal sobre el mecanizado en seco, Klocke y Eisenblatter (1997) proporcionan una amplia gama de ejemplos de aplicación con éxito de mecanizado en seco de fundición de hierro, acero, aluminio, superaleaciones y titanio. Materiales de fundición pueden ser fácilmente seca a máquina. Hierro fundido es muy adecuado para el mecanizado en seco, ya que genera virutas cortas discontinuas, requiere fuerzas bajas, genera menos temperatura, y proporciona la lubricación debido a grafito incrustada. Entre los diversos procesos de mecanizado pro-, taladrado, escariado y roscado son menos susceptibles a secar a máquina. En perforación de acero, hay una tendencia a atascarse en el agujero. Una forma de superar esta tendencia es la de proporcionar más cono del taladro hacia vástago. El mecanizado en seco muestra efectos positivos en la molienda, donde una herramienta realiza corte interrumpido. En ese caso, el mecanizado en húmedo proporciona al choque térmico y reduce la vida de la herramienta. Muchas veces, es necesario el uso de geometrías de herramientas especiales que tienen provisión de rompevirutas y / o una mayor ángulo de inclinación para reducir la fricción.Hay una serie de material de la pieza especialmente diseñada que proporciona una mayor maquinabilidad (Klocke y Eisenblatter 1997; Byrne et al., 2003). Ca aceros tratados proporcionan auto-lubricación. Tratamiento Ca generalmente conduce a una conversión de la inclusión de alúmina altamente abrasivas en aluminatos Ca más dúctiles.El mecanizado en seco de gris hierro fundido laminar a velocidades de corte elevadas utilizando cerámica yCBN ha llevado a cabo. CBN es un material de herramienta de corte más adecuado para el mecanizado en seco debido a su bajo coeficiente de expansión térmica y alta conductividad térmica.El mecanizado en seco no es eficiente para el mecanizado convencional de superaleaciones y aleaciones de titanio, en la mayoría de los casos, pero es eficaz para el fresado de alta velocidad. Material no ferroso como aleación de aluminio también es difícil de mecanizar seco debido al elevado coeficiente de expansión térmica de las aleaciones de aluminio. Para perforación en seco, escariado, roscado o de fresado finales, es imprescindible el uso de herramientas con sistema de refrigeración adecuado o utilizar MQL. Para el mecanizado en seco de aluminio, herramientas diamantadas son los más adecuados, ya que no producen ningún filo de aportación debido a la poca afinidad entre el carbono y el aluminio.

Hasta ahora el éxito de mecanizado en seco ha dependido de combinación herramienta de pieza de trabajo. Byrne et al. (2003) ha recopilado los siguientes ejemplos de mecanizado en seco:

• Perforación de hierro de acero de corte libre y fundido• Fresado y torneado de aluminio, acero y hierro fundido• fresado de engranajes de acero y hierro fundido• Brochado de acero y hierro fundido

3.5 Conclusión

En este capítulo, una breve reseña de mecanizado en seco ha sido presentado. El mecanizado en seco en este capítulo se ha definido como el mecanizado sin el uso de fluido de corte. A veces, el mecanizado en seco puede ser empleado sin ningún ción Organizar- adicional de refrigeración como en el mecanizado de alta velocidad, mientras que se emplea a veces disposición adicional para el enfriamiento de la herramienta. La disposición adicional no representa ningún peligro para el medio ambiente.Algunas herramientas de auto-lubricantes se utilizan en el mecanizado en seco. Para una mejor eliminación de la viruta en el mecanizado en seco, la herramienta de corte y máquina herramienta requieren algunas modificaciones. Esto es esencial para sacar el máximo rendimiento de mecanizado en seco.

Referencias

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Capítulo 4Mecanizado refrigerado por gas

Es posible utilizar refrigerante y / o lubricante en forma de gas en lugar de forma sólida o líquida. El Enfriamiento usado en el mecanizado refrigerado por gas es principalmente por convección. La transferencia de calor por el chorro de gas puede ser controlado mediante el control de la velocidad del chorro. Los Gases también proporcionan una atmósfera inerte y la lubricación. No hay ningún problema refrigerante disposición en el mecanizado refrigerado por gas como los gases quedan fusionados a la atmósfera. Estos gases están ya presentes en la atmósfera y son inofensivos. En este capítulo, se describen los sistemas de gas de refrigeración típicos.

Palabras clave mecanizado refrigerado por aire • Fuerza • Temperatura de corte de corte • inflexión en seco • Gas refrigerado mecanizado rugosidad • Superficie • Desgaste vida de herramientas • Herramienta• Tubo Vortex

4.1 Introducción

El desafío reciente ante los investigadores es hacer el mecanizado en un entorno verde sin sacrificar el rendimiento de mecanizado. La aplicación de enfriamiento en el mecanizado de gas es una forma de alcanzar los objetivos contradictorios de rendimiento de mecanizado y el entorno verde. Mecanizado húmedo y la cantidad mínima de lubricación (MQL) mecanizado plantean problema de la eliminación del fluido de corte. MQL menudo produce la niebla. La niebla en el ambiente industrial puede tener graves efectos respiratorios en el operador. Mecanizado refrigerado por gas no tiene ningún efecto adverso como en los seres humanos y, como tal, puede funcionar como una alternativa al líquido refrigerante en el mecanizado. Sistemas refrigerados por aire son un caso especial de los sistemas refrigerados por gas. El aire es un recurso natural y

es fácilmente disponible en todas partes. Los únicos procesos necesarios en el sistema de refrigeración por aire son para comprimir y seco, y descargar el aire con una presión de ajuste. En la mayoría de las fábricas, el aire comprimido ya está disponible para hacer varios tipos de tareas. Por lo tanto, no se requieren arreglos adicionales. En este capítulo, se describen algunas aplicaciones de refrigeración de gas.

4.2 Gases típicos utilizados en Mecanizado

La primera solicitud de refrigerante gas se remonta a 1930, cuando el gas nitrógeno se aplicó como refrigerante (Shaw 2002). El gas nitrógeno forma una película sobre la superficie de la herramienta, el chip fácilmente se alejó de cara de la herramienta, y la fricción baja se produjo en la pieza de herramientas de interfaz-chip. Con el gas de nitrógeno de la vida de la herramienta aumenta considerablemente. El uso de gas nitrógeno en el fresado de alta velocidad de Ti-6Al-4V mejorado el rendimiento de mecanizado (Ying-lin et al. 2009). Otros gases que se han utilizado son el dióxido de carbono, argón, vapor de agua y aire. Algunos investigadores han observado que el enfriamiento por el oxígeno puede mejorar la vida de la herramienta, mientras que en algunos casos se redujo vida de la herramienta debido al efecto de oxidación (Rowe y Smart 1963; Johansson y Lindstrom 1971). Se ha observado que el uso de oxígeno reduce la longitud de contacto de chip-herramienta. En muchos casos, el oxígeno evita la formación de filo de aportación mediante la oxidación de la superficie del chip. C Akir et al. (2004) observó que en el giro de AISI1040, el oxígeno tiene más efecto lubricante que el nitrógeno y CO2 tiene más efecto lubricante que el oxígeno.Hollis (1961) lleva a cabo girando usando CO2 y CO2 junto con gas argón.Argon proporciona una atmósfera inerte y proporciona más mejorada vida de la herramienta y menosendurecimiento a la superficie mecanizada. Particularmente, en el mecanizado de titanio, argón impide la absorción de CO2 en la superficie mecanizada. En la década de 1990, Podgorkov y Godlevski propusieron una técnica nueva y libre de contaminación de corte con el vapor de agua como refrigerante y lubricante durante el proceso de corte. Ellos utilizan vapor de agua con temperatura menos de 100 C. El líquido refrigerante era una mezcla de agua y gas en forma líquida. El vapor de agua es barata y libre de contaminación, por lo que un refrigerante ideal. Se ha observado que la lubricación de vapor de agua provoca un enfriamiento más uniforme y aumenta la vida de la herramienta de las herramientas de carburo cementado en alrededor de 1,5 veces en giro de acero inoxidable.Williams y Tabor (1977) han sugerido un modelo para la acción lubricante de gas o de vapor durante el mecanizado ortogonal sobre la base de su estudio experimental. Según su modelo, un número de capilares obtener formada en la interfaz de la viruta y el rastrillo cara de la herramienta. El lubricante en forma de gas o líquido se dibuja en estos capilares y crea una capa de lubricación límite. Un capilar típico se muestra en la Fig. 4.1. Las dimensiones de la sección transversal del capilar y son un ma y la longitud l. Las dimensiones de sección transversal son de tamaño submicrónico. Lubricación de acción del fluido de corte requiere que el fluido de corte penetra absolutamente en el capilar y el tiempo de penetración tiene que ser menor que el tiempo de vida capilar. La diferencia de tiempo de vida y la penetración capilar de tiempo se denomina tiempo de almacenamiento (Junyan et al. 2010). Cuanto más largo el tiempo de penetración, mejor será el rendimiento del lubricante. El tiempo de penetración de gas es menor en un orden de magnitud en comparación con la de líquido. Por lo tanto, durante el uso de gas, el tiempo de almacenamiento se incrementa y la acción lubricante es mayor.

4.3 Métodos de Aplicación de chorros de gas

Hay varias maneras de aplicar el chorro de gas. Por ejemplo, Ko et al. (1999) han considerado tres maneras de aplicar el refrigerante de gas como se muestra en la Fig. 4.2. También es posible utilizar múltiples chorros. Cuando el chorro proviene de la parte superior, se enfría la superficie superior del chip y ayuda en su curling. La longitud de contacto herramienta-chip se reduce y la fricción se reduce al mínimo. Cuando el chorro de gas incide sobre la superficie de flanco, que se lleva el calor generado debido al roce de la superficie de flanco con el trabajo.Hilsch (1947) ha descrito el uso de un tubo de vórtice para la refrigeración del aire. Fue descrita por primera vez por Ranque. En esta disposición (Fig. 4.3), el aire comprimido entra tangencialmente a una cámara cilíndrica. Un flujo turbulento de gas en un movimiento de tornillo escapa a través de ambos extremos. Esta corriente de aire giratoria produce una región de aumento de la presión cerca de la pared interior del cilindro, y una región de disminución de la presión cerca del eje. Un extremo del cilindro está cerrado por un diafragma que permite el escape de aire sólo de la región central. El otro extremo permite el flujo de la porción axial del aire. El aire que entra a través del diafragma central muestra una temperatura reducida, mientras que el aire que se escapa a través del otro extremo muestra un aumento de la temperatura. Si la temperatura del aire comprimido que sale de la boquilla es Ta, la temperatura del aire frío es Tc, y la temperatura del aire caliente es Th, entonces la siguiente relación ximate de Créditos es válido: Dmass caudal de aire frío) DTA Tc Þ¼ Dmass caudal de aire caliente) DTH Ta Þ:

(4.1)

Esto es porque la cantidad de calor dado a que el aire caliente debe ser igual a la cantidad de calor extraído del aire enfriado.32 4 refrigerado por gas Laboreo

Fig. 4.2 Tres maneras de aplicar chorro de gas durante el mecanizado. De Ko et al. (1999). derechos de autor(1999) Springer

Fig. 4.3 Esquema de tubo de vórtice

Ko et al. (1999) ha utilizado el tubo de vórtice para el suministro de chorro de aire a un proceso de torneado. El aire comprimido a 5 bar entra en la cámara cilíndrica. La parte de gas, sobre todo el axial, escapa a través del tubo más grande cuya salida está a una distancia de alrededor de30 veces el diámetro del tubo. Por esta distancia, el aire pierde su movimiento de tornillo. La fracción del aire a través de este extremo es controlada por una válvula. El aire restante escapa desde el otro extremo a través de la parte central de un diafragma. La temperatura de este aire es de aproximadamente 20 C menos en comparación con la temperatura ambiente

4.4 Rendimiento de Refrigerantes de gas

Un número limitado de publicaciones se han encontrado hacia la aplicación de enfriamiento de los gases en el mecanizado. Sharma et al. (2009) han presentado una buena visión general de los principales avances en las

técnicas de refrigeración en el mecanizado de mejora de la productividad, donde la refrigeración por aire comprimido es una de las principales aplicaciones. Al lado de aire comprimido, a veces otros gases tales como gas nitrógeno o nitrógeno líquido fueron entregados bajo presión y dirigidos a la interfaz de la herramienta-chip.C Akir et al. (2004) aplicaron varios gases (nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono) en la transformación del acero AISI1040 con la herramienta de carburo, que produjo fuerza de corte menor en comparación con el corte en seco y húmedo. El valor de rugosidad de la superficie se encontró casi iguales en todos los gases (Fig. 4.5). Entre todos los gases, CO2 proporciona ligeramente mejor rugosidad de la superficie. Aplicación de gas en la transformación de valor del ángulo de cizallamiento superior impartida en comparación con inflexión seco y mojado en los alimentos más bajos. El ángulo de distorsión más alta implica la relación de corte más grande (relación de espesor de la viruta sin cortar para espesor de viruta). Por lo tanto, hay menos engrosamiento chip y de corte es más eficiente. Esto significa invariablemente las fuerzas de corte menos.34 4 refrigerado por gas Laboreo

Fig. 4.5 Efecto de la alimentación en la rugosidad de la superficie bajo diferentes condiciones de lubricación. Con el permiso de C Akir et al. (2004). Derecho de Autor (2004) Elsevier

Fig. 4.6 Variación de la fuerza con la alimentación de corte bajo diversas condiciones de lubricación media. Con el permiso de C Akir et al. (2004). Derecho de Autor (2004) Elsevier

La figura 4.6 muestra la variación de la fuerza de corte con alimentación media. Al alimentación inferior, las fuerzas de corte medias son más bajos para el mecanizado refrigerado por gas que para el mecanizado en seco o en húmedo. En una fuente de 0,4 mm / rev, mecanizado húmedo proporciona la fuerza más bajo. Entre los gases, el rendimiento de CO2 es el mejor en la reducción de la fuerza de corte media.4.4 Rendimiento de Refrigerantes de gas 35

Fig. 4.7 Rendimiento de diversas herramientas de corte en diferentes condiciones de lubricación. desdeKo et al. (1999). Derecho de Autor (1999) Springer

Altan et al. (2002) utilizaron gas oxígeno en lugar de fluido de corte en el mecanizado. El estudio experimental concluyó que la aplicación de oxígeno mejorada calidad de la superficie y la reducción de las fuerzas de corte. Se observó que la presión del gas también influenciado como un interruptor de chip. Ko et al. (1999) desarrollaron un sistema de refrigeración por aire con disposición de flujo de aire de vórtice para reducir el calor generado en la interfaz de la herramienta-chip durante el giro de un tratamiento térmico (SAE 52100) rodamiento de acero. Inicialmente, el aire se inyecta en la región de corte en 0 C y desgaste de la herramienta se comparó con el corte en seco. El desgaste de la herramienta se encuentra menos en la refrigeración por aire en comparación con el corte en seco. Sin embargo, el rendimiento en términos de desgaste de la herramienta no fue superior a la corte húmedo.Figura 4.7 muestra que las herramientas de TiN recubierto refrigerados por aire proporcionan un mejor acabado de la superficie en el torneado en duro, a pesar de que proporcionan la fuerza de corte más alta y el desgaste en comparación con el CBN y herramientas de cerámica. Sin embargo, CBN y herramientas de cerámica son caros y teniendo en cuenta este hecho uso de TiN recubierto herramienta de carburo con aire de enfriamiento puede ser más económico.Stanford et al. (2009) investigaron el uso de nitrógeno gaseoso y líquido como fluido de corte mientras gira de acero al carbono con herramientas de torneado sin revestir. Se realizaron varios experimentos considerando diferentes entornos de corte de la que el chorro de aire comprimido fue uno de los ambientes importantes. La figura 4.8a muestra que el desgaste de la herramienta cráter es el más bajo con el enfriamiento del fluido. Muestra la Figura 4.8b

Fig. 4.8 Detalles de (a) el desgaste del cráter, y (b) la fuerza de corte, para cortar En32b, herramientas sin recubrimiento, la velocidad de corte ¼ 400 m / min, alimentación ¼ 0,12 mm / rev, profundidad ¼ 1,2 mm. De Stanford et al. (2009). Derecho de Autor (2009) Elsevier

que la fuerza de corte es el más bajo con refrigeración de nitrógeno líquido. Enfriamiento de aire comprimido proporciona un rendimiento intermedio con respecto tanto a atender el desgaste y las fuerzas de corte. La Figura 4.9 muestra que el enfriamiento de aire comprimido reduce la temperatura durante el mecanizado. Teniendo en cuenta que el coste de aire comprimido no es muy alta, puede convertirse en un sustituto razonable de refrigerante de inundación.Sarma y Dixit (2007) estudiaron el rendimiento de la inflexión seco y refrigerado por aire de fundición gris con una herramienta de corte de cerámica de óxido mixto. El enfriamiento del aire se consigue mediante un chorro de aire comprimido. En su estudio, se informó de que a altas velocidades de corte, el enfriamiento de aire reduce el desgaste del flanco, pero este no es el caso a velocidades de corte bajas. De hecho, a baja velocidad de corte, por alguna combinación de los parámetros de corte, el enfriamiento del aire aumentó ligeramente el desgaste de flanco. A baja velocidad de corte, la generación de calor es baja y la temperatura herramienta de trabajo no es tan alta como en el torneado de alta velocidad. Por lo tanto, la transferencia de calor por convección forzada no es tan eficaz como en el torneado de alta velocidad. En lugar de ello, a veces en el torneado en seco a baja velocidad, un ligero aumento de la temperatura de trabajo provoca una ligera reducción en el desgaste de la herramienta

Fig. 4.9 perfiles de temperatura de corte a distancia para cortar En32b, herramientas sin recubrimiento, la velocidad de corte ¼400 m / min, alimentación ¼ 0,12 mm / rev, profundidad de corte ¼ 1,2 mm (a) cortar duración 75 s, y (b) el corte duración 100 s. De Stanford et al. (2009). Derecho de Autor (2009) Elsevier

debido al ablandamiento del material. El aire comprimido desempeña un papel vital en la reducción de la temperatura a la inflexión de alta velocidad de fundición gris con la herramienta de cerámica. Además, no es muy ligera reducción en la rugosidad de la superficie en el corte enfriado por aire en comparación con secar girando hasta una velocidad de 400 m / min. Sin embargo, a una velocidad de corte de 480 m / min, donde el torneado en seco proporciona un acabado superficial muy pobre debido a un rápido desgaste de la herramienta, el enfriamiento del aire proporcionado un muy buen acabado de la superficie. En todos los casos, de inflexión refrigerado por aire disminuye las fuerzas de corte y de alimentación en comparación con las fuerzas correspondientes en el torneado en seco. Por lo tanto, de inflexión, refrigerado por aire parece ser una buena opción ecológica para gran velocidad de cambio.Junyan et al. (2010) han estudiado la acción de lubricación de vapor de agua en el giro de ANSI 304 de acero inoxidable por la herramienta de carburo. Se observa que la fricción38 4 refrigerado por gas Laboreo

Fig. 4.11 Comparación de la rugosidad de la superficie obtenida bajo varias condiciones de lubricación. desdeJunyan et al. (2010). Derecho de Autor (2010) Elsevier

coeficiente se reduce en refrigeración con vapor de agua. Figura 4.10 muestra que la fuerza de corte es menor con vapor de agua de enfriamiento en comparación con el corte en seco. Figura 4.11 muestra que la rugosidad de la superficie es la más baja con el enfriamiento del vapor de agua.

4.5 Conclusión

En este capítulo, se describe el uso de gases como refrigerante. Se observa que el rendimiento de los refrigerantes de gas es mejor que el refrigerante líquido en muchos casos. Por otra parte, no hay ningún problema de eliminación de residuos ya que los gases pueden ser liberados a la atmósfera. Entre los gases, el aire comprimido parece ser alternativa más viable. Es fácilmente disponible en la mayoría de las fábricas y no causa contaminación ambiental en absoluto. En el Cap. 5, una comparación detallada de inflexión seco y de inflexión refrigerado por aire comprimido se ha presentado.Referencias 39

Referencias

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Capítulo 5Una comparación detallada del torneado en seco y refrigerado por gas

El torneado es uno de los procesos de mecanizado más utilizados.. Se considera mecanizado de acero de fundición. Las Herramientas de corte consideradas en el estudio son de carburo recubierto con TiN, CBN, y cerámica. Se observa que la refrigeración por aire siempre proporciona un mejor rendimiento de mecanizado. Es especialmente necesaria en el mecanizado de alta velocidad y el torneado en duro.

Herramientas de corte refrigerados por aire Palabras clave de inflexión • Carburo • herramienta de corte CBN • herramienta de corte de cerámica • Fuerza de corte • inflexión en seco • Fundición gris rugosidad • Superficie • Vida de la herramienta de desgaste • Herramienta

5.1 Introducción

El torneado es uno de los procesos de mecanizado más ampliamente utilizados. El estudio del proceso de torneado puede proporcionar una visión a otros procesos de mecanizado también. Sarma (2009) ha llevado a cabo una extensa investigación sobre los procesos de inversión de aire refrigerado. Un chorro de aire comprimido se utiliza en lugar de líquido refrigerante en el mecanizado con carburo revestido con estaño, cerámica y herramientas de corte de CBN. El aire era sólo un poco más fría que la temperatura ambiente. Ningún intento se hizo especial para enfriar el aire más. La eliminación de calor se debió a un aumento de coeficiente de transferencia de calor por convección a mayor velocidad del chorro. Los resultados indican una buena actuación de inflexión refrigerado por aire. En las siguientes secciones, se discuten algunos resultados de Sarma (2009).

5.2 Conexión de acero suave con la herramienta de carburo recubierto

Sarma (2009) llevó a cabo inflexión seco y refrigerado por aire de acero dulce con herramientas de metal recubierta de estaño. Se utiliza acero dulce laminado que contiene 0,35% de carbono para dar vuelta. La dureza de la pieza de trabajo fue de 130 BHN, límite elástico de 290 MPa, y última

EEUU Dixit et al., Respetuoso del medio ambiente Laboreo, SpringerBriefs 41 en Ciencias Aplicadas y Tecnología, DOI 10.1007 / 978-1-4614-2308-9_5,# Springer Science + Business Media, LLC 201242 5 Una comparación detallada de tintorería y aire enfriado-Turning

resistencia a la tracción 477 MPa. Plaquita de metal duro recubierto se forma de cuadrado y firma herramienta ASA fue (1) - (1) -6-6-45-45-1.6. En inflexión refrigerado por aire, el aire se secó y se entrega a través de una boquilla de 5 mm de diámetro a una presión de 2 bares. La velocidad del flujo de aire fue de aproximadamente 150 m / s y la temperatura del aire era aproximadamente 2 C menor que la temperatura

ambiente. El chorro de aire incidido en la interfaz de herramienta de trabajo en torno a 45 a la dirección longitudinal.Figura 5.1 compara la rugosidad de la superficie para seco y refrigerado por aire girando durante ocho condiciones de corte diferentes. Más de 100 mm de longitud mecanizada, la rugosidad de la superficie se midió en 9-12 lugares y se calcularon los valores medios. Estos se representan gráficamente en la Fig. 5.1. Figura 5.1a-d representa el mecanizado a una velocidad más baja y la fig. 5.1e-h representa el mecanizado a mayor velocidad. En la mayoría de los casos, acabado de la superficie se encuentra que es casi igual para ambos seco y refrigerado por aire girando en todas las condiciones de corte. En algunos casos, hay una diferencia en la rugosidad de la superficie obtenida en los valores refrigerados por aire y girando en seco. A veces, decisivo seco ha proporcionado un mejor acabado de la superficie. El aumento de temperatura en el corte de metal se ablanda el material, pero reduce la dureza de la herramienta. Estos tienen dos efectos opuestos sobre el rendimiento de corte de metal en general y la rugosidad de la superficie en particular. El resultado neto depende de la influencia relativa de estos factores opuestos.Sarma (2009) ha llevado a cabo el enfriamiento por aire a temperatura fija y velocidad del aire. No se estudió el efecto de bajar la temperatura del aire y el cambio de la velocidad del chorro. Puede ser posible obtener el mejor rendimiento de mecanizado mediante la optimización de los parámetros del aire. Por ejemplo, Choi et al. (2002) llevaron a cabo la molienda de un material de eje de husillo que tiene 58-60 HRC dureza con alúmina blanco y CBN muela. Compararon el rendimiento de molienda de refrigerante de inundación y el aire frío comprimido. Se consideraron cuatro niveles de temperatura del aire (4 C, 10 C, 15 C y 25 C) y dos niveles de velocidad del aire (40 y 80 m / s). En general, un mejor acabado superficial de la superficie del suelo se obtuvo a menor temperatura del aire y una mayor velocidad de chorro. El aire frío se produjo por un tubo de vórtice.Figura 5.2 compara la progresión del desgaste de flanco para el torneado en seco y refrigerado por aire. Se observa que a velocidades de corte altas (Fig. 5.2e-h), el aire ha jugado un papel significativo en la reducción del desgaste del flanco. Sin embargo, a bajas velocidades de corte (Fig. 5.2a-d), muchas veces, el enfriamiento del aire provoca un mayor desgaste del flanco. A baja velocidad de corte, la generación de calor es baja y el efecto de la refrigeración por aire es marginal. De hecho, un cierto aumento en la temperatura hace que el material de ablandamiento y reduce el desgaste de la herramienta. En el giro de acero dulce con herramienta de carburo revestido, no se observó desgaste del cráter durante el giro seco a alta velocidad de corte.Las figuras 5.3 y 5.4 representan la variación de la fuerza y la fuerza de avance de corte, respectivamente, con respecto al tiempo de corte para ocho condiciones de corte diferentes. Se observa que en la mayoría de los casos, el valor de la fuerza o la fuerza de avance de corte es casi igual para ambos de inversión de aire refrigerado y seco. Por lo tanto, ningún efecto especial se ha visto para el torneado refrigerado por aire. La comparación de la fuerza de corte con la fuerza de alimentación para la misma condición de corte, la fuerza de corte se encuentra más de la fuerza de alimentación. Es un fenómeno general de que la fuerza de corte es mayor que la fuerza de alimentación.

Fig. 5.4 Variación de la fuerza de avance con el tiempo de corte en la transformación de acero suave con la herramienta de carburo recubierto(Sarma 2009) 5.3 Torneado de fundición gris con herramienta de cerámica

Las Herramientas de corte a base de alúmina son alternativas atractivas a las herramientas de carburo para el mecanizado de acero y hierro fundido debido a su dureza en caliente (Sedasivan y Sarathy 1999). Existen dos tipos principales de estas cerámicas son de cerámica pura / blanco de óxido y de cerámica de óxido mixto / negro. Cerámica de óxido blanco que contiene Al2O3 con aditivos sinterizados y sin fase de aglutinante metálico es relativamente frágil. Su tenacidad se puede mejorar mediante la incorporación de partículas finas zirconia (ZrO2) por una cantidad de 3-5% en la matriz de óxido de aluminio. Una cerámica de este tipo se llama cerámica dispersión. Cerámica de óxido blanco se utiliza en desbaste de fundición gris, fundición nodular y fundición dura. Además de óxido de aluminio, la cerámica de óxido negro contiene óxido de titanio y / o carbonitruro de titanio en el orden de aproximadamente 30% en peso. Se utiliza generalmente para el mecanizado de materiales duros y acabado mecanizado de fundición.Sarma y Dixit (2007) estudiaron el rendimiento de torneado de acabado de hierro fundido gris con la herramienta de cerámica de óxido mixto. Composición química en peso de la fundición gris era C3.2% -Si1.8% -Mn0.36% -S1.8% -P0.05%. Su dureza fue de 143BHN, resistencia a la tracción 86 MPa, y resistencia a la compresión de 512 MPa. En primer lugar, se llevaron a cabo una serie de experimentos para la herramienta de cerámica en el rango de velocidad de480-600 m / min según la Tabla 5.1. El mecanizado se llevó a cabo tanto en condiciones secas y refrigerados por aire. Cada ensayo se llevó a cabo con un nuevo borde de corte y quinas Ning se detuvo en una longitud de corte de 100 mm. El tiempo se registró para cada corte. Se midieron las señales de vibración y fuerzas de corte durante la operación de corte. El máximo desgaste de flanco y rugosidad de la superficie se midieron después de la finalización de cada pase.La figura 5.5 muestra el desgaste de flanco en función del tiempo de corte para torneado en seco y refrigerado por aire, girando en las cinco primeras condiciones de funcionamiento de la Tabla 5.1. Durante inflexión seco, desgaste cráter fue observado en los últimos tres condiciones de funcionamiento es decir, en el número de experimentos6, 7, y 8, que condujo a rotura de la herramienta temprana. El acabado de la superficie también se encontró que era muy pobre en estas condiciones y se generó una gran cantidad de calor. Sin embargo, en el torneado refrigerado por aire, no hay desgaste cráter se observó en el experimento número 7 y la combinación de desgaste en cráter y el flanco desgaste fueron vistos en los números 6 y 8 del experimento.

Tabla 5.1 Condiciones de funcionamiento en el giro de fundición gris con la herramienta de cerámica a alta velocidad de corte (Sarma 2009)

Experiment No. Cutting speed (m/min) Feed (mm/rev) Depth of cut (mm)

1 480 0.04 0.52 600 0.04 1.53 600 0.32 1.54 480 0.04 1.55 480 0.32 1.56 600 0.32 0.57 600 0.04 0.58 480 0.32 0.5

Fig. 5.5 La progresión de la herramienta de desgaste de flanco con el tiempo de corte (a) de inflexión seco (b) refrigerado por aire de inflexión de fundición gris con la herramienta de cerámica a alta velocidad de corte. Con el permiso de Sarma y Dixit (2007). Derecho de Autor (2007) Elsevier

Fig. 5.6 La progresión de la rugosidad de la superficie con el tiempo de corte (a) de inflexión seco (b) refrigerado por aire de inflexión de fundición gris con la herramienta de cerámica a alta velocidad de corte. Con el permiso de Sarma y Dixit (2007). Derecho de Autor (2007) Elsevier

Indica que el enfriamiento del aire desempeña un papel vital en la reducción de la temperatura a la inflexión de alta velocidad en la herramienta de cerámica. Tanto el acabado superficial y vida de la herramienta se encontró que eran satisfactorios en los números de experimento 6, 7, y 8 durante el enfriado por aire de giro (no mostrado en la figura). Para las cinco primeras condiciones de operación, de inversión de aire refrigerado sería proporcionar una mejor vida de la herramienta como es evidente de la Fig. 5.5a, b. Además, durante el giro seco, por las condiciones 2, 3 y 5, rotura de la herramienta se produjo después de 3-4 pases. Sin embargo, en el torneado refrigerado por aire, la rotura de la herramienta no se observó hasta incluso 6 pases (cada paso que consiste en una longitud de 100 mm), después de lo cual se detuvo el experimento.La Figura 5.6 muestra la variación de rugosidad de la superficie del componente convertido con el tiempo de corte para el torneado en seco y refrigerado por aire. Se observa que la rugosidad de la superficie en condiciones de funcionamiento 3 y 5 es bastante alto en el torneado tanto en seco y refrigerado por aire.

Estos casos se refieren a un alto avance de 0,32 mm / rev. Para los casos, 1, 2, y 4, la refrigeración por aire reduce la rugosidad de la superficie de manera significativa.Para las condiciones 1 y 4, que se refieren a la velocidad de 480 m / min y piensos de 0,04 mm / rev de corte, una rugosidad muy baja y casi constante superficie se observó en la transformación de refrigerado por aire. Desgaste de la herramienta también fue muy baja en estas condiciones. Esto muestra que en el torneado de alta velocidad, la refrigeración al aire mejora la rugosidad de la superficie, así como vida de la herramienta, aparte de la reducción de las fuerzas de corte.Por lo tanto, se observa que la alta velocidad de giro de fundición gris con herramientas de cerámica de alúmina mezclado proporciona una vida bajo la herramienta. Esta observación está de acuerdo con las observaciones de Ghani et al. (2002) para alta velocidad de giro de fundición nodular de alúmina de cerámica mixta. Sin embargo, de inflexión, refrigerado por aire proporciona una mayor duración de la herramienta y puede ser adoptado por las industrias de mecanizado de alta velocidad por las herramientas de cerámica.Figura 5.7 compara la rugosidad de la superficie para seco y refrigerado por aire girando durante ocho condiciones de corte diferentes en el rango de velocidad media. En una longitud de100 mm, la rugosidad de la superficie se midió en 9-12 lugares y el valor medio fue tomada. Finalmente, el valor medio de todas las réplicas en una condición de corte fue tomada y la misma se han trazado en la Fig. 5.7. Se observa que, en general, la rugosidad de la superficie es menor a velocidades de corte más altas en comparación con bajar las velocidades de corte. Sin embargo, a alta velocidad, una combinación de baja alimentación y alta profundidad de corte proporciona un acabado superficial relativamente más pobres (Fig. 5.7f) con refrigeración por aire. Se observa que la refrigeración por aire no mejora el acabado de la superficie. Para una condición (Fig. 5.7f), la refrigeración por aire generado significativamente mayor rugosidad de la superficie en comparación con inflexión seco. En esta condición, que es baja alimentación y alta profundidad de corte, torneado refrigerado por aire produce más vibraciones en comparación con inflexión seco.Figura 5.8 compara la progresión del desgaste de flanco para el torneado en seco y refrigerado por aire. Se observa que a velocidades de corte altas (Fig. 5.8e-h), el enfriamiento de aire reduce el desgaste de flanco. Este no es el caso a velocidades de corte bajas (Fig. 5.8a-d). De hecho, a baja velocidad de corte, para algunos casos, el aire de refrigeración ligeramente aumenta el desgaste del flanco. A baja velocidad de corte, la generación de calor es baja y la temperatura herramienta de trabajo no es tan alta como en el mecanizado de alta velocidad. Por lo tanto, la transferencia de calor por convección forzada no es tan eficaz como en el mecanizado de alta velocidad y uno no debe esperar ninguna reducción significativa de desgaste de la herramienta debido a la reducción de la temperatura de la herramienta de punta. En lugar de ello, a veces en el torneado en seco a baja velocidad, un ligero aumento de la temperatura de trabajo provoca una ligera reducción en el desgaste de la herramienta debido al reblandecimiento del material.La Figura 5.9 muestra la variación de la fuerza de corte principal (vertical) con el tiempo de corte durante ocho condiciones de corte. Curiosamente, en algunos casos de baja velocidad de giro, la fuerza de corte en el torneado en seco se encontró mayor en comparación con inflexión refrigerado por aire, aunque el desgaste de la herramienta en seco de inflexión fue menor que en la transformación de refrigerado por aire. En todos los casos de alta velocidad de giro, la fuerza de corte vertical es menor en refrigerado por aire girando debido al menor desgaste del flanco.Figura 5.10 muestra la variación de la fuerza de alimentación con el tiempo de corte para ocho condiciones de corte. Aquí, también se observa que las fuerzas de inflexión en refrigerado por aire son más bajos, aunque la diferencia es menos pronunciada que en el caso de la fuerza de corte (Fig. 5.9). A diferencia de la fuerza de corte, fuerza de alimentación aumenta significativamente con la progresión de corte especialmente a alta velocidad de corte, por lo que es más adecuado para

Fig. 5.7 Variación de la rugosidad de la superficie con el tiempo de corte en la transformación de fundición gris con la herramienta de cerámica. Con el permiso de Sarma y Dixit (2007). Derecho de Autor (2007) Elsevier

la medición indirecta de desgaste de la herramienta.. Esta observación está en consonancia con el análisis teórico de Smithy et al. (2000), que mostraron que para una determinada herramienta y pieza de trabajo combinación, el aumento incremental de las fuerzas de corte debido

Fig. 5.8 La progresión de la herramienta flanco desgaste con el tiempo de corte en la transformación de fundición gris con la herramienta de cerámica. Con el permiso de Sarma y Dixit (2007). Derecho de Autor (2007) Elsevier

a la herramienta de desgaste de flanco es únicamente una función de la cantidad y la naturaleza del desgaste y es independiente de corte condición en la que fue producido desgaste de la herramienta. Por lo tanto, puede ser una buena estrategia para llevar a cabo la medición indirecta de desgaste de la herramienta en alimentos bajos, debido a que el efecto relativo de desgaste es más prominente en alimentos bajos.

Fig. 5.9 Variación de la fuerza de corte con el tiempo de corte en la transformación de fundición gris con la herramienta de cerámica. Con el permiso de Sarma y Dixit (2007). Derecho de Autor (2007) Elsevier

La principal ventaja de refrigerado por aire parece ser la reducción del desgaste de la herramienta a alta velocidad. Figura 5.11 muestra las fotografías de la progresión de desgaste del flanco en seco y refrigerado por aire de giro para una condición de corte de la velocidad de 400 m / min, alimentación

Fig. 5.10 Variación de la fuerza de avance con el tiempo de corte en la transformación de fundición gris con la herramienta de cerámica. Con el permiso de Sarma y Dixit (2007). Derecho de Autor (2007) Elsevier

desgaste de la tierra se reduce al mínimo. Sin embargo, el impacto de refrigeración de aire de la rugosidad de la superficie es insignificante, excepto en velocidad de corte muy alta (480 a 600 m de alcance / min) como se

explicó anteriormente. En general, refrigerado por aire, girando con la herramienta de cerámica ofrece una alternativa atractiva para secar girar.

Fig. 5.11 La progresión de la herramienta de desgaste en incidencia en la transformación de pases (a) de inflexión en seco y (b) de inflexión refrigerado por aire de fundición gris con la herramienta de cerámica. Con el permiso de Sarma y Dixit (2007). Derecho de Autor (2007) Elsevier

5.4 Torneado de acero H13 con una herramienta de CBN

El nitruro de boro cúbico (CBN) es un material significativamente más dura que la herramienta de carburo de cerámica o revestido. Se utiliza para llevar a cabo el mecanizado en materiales duros debido a sus propiedades de inercia química, estabilidad a altas temperaturas, dureza en caliente, etc. El material básico de CBN es nitruro de boro hexagonal (HBN), que se convierte en granos de CBN mediante el uso de una catalizador de disolvente a alta presión y temperatura. La estructura de CBN no cambia a HBN a continuación 1,200 C a presión atmosférica. CBN se utiliza como un inserto sólido que consiste en una capa superior de CBN puso sobre una base de metal duro (normalmente nitruro de titanio, TiN). A veces CBN se suelda a una5.4 Encendido de H13 acero con CBN herramienta 55

esquina de una plaquita de metal duro. La principal aplicación de la herramienta CBN es para abrir los aceros endurecidos de 45-68 HRC. Normalmente, estos tipos de materiales se muelen en lugar de girado por una única herramienta de punto de corte. Sin embargo, cuando gran cantidad de material debe ser eliminado, con

la herramienta girando CBN es económico. Volviendo de materiales de dureza inferior a 45 HRC con la herramienta CBN no es económico como el carburo y cerámica puede proporcionar la misma tasa de producción sin ninguna diferencia significativa en el desgaste.Se realizaron una serie de experimentos por Sarma (2009) sobre inflexión seco y de inversión de aire refrigerado AISI H13 matriz de acero para trabajo en caliente con la herramienta CBN. El diámetro de la pieza de trabajo fue 75 mm y la longitud era de 300 mm. El trabajo fue apoyado en ambos extremos. La pieza de trabajo se trató térmicamente a 46 HRC. La herramienta de corte se hizo de un material de bajo contenido de CBN con 60% CBN junto con una fase de nitruro de titanio (TiN). El catálogo de la fabricante recomienda la herramienta de acabado duro giro de aceros debido a su alta resistencia al desgaste y alta estabilidad química. La dureza media de la herramienta es 2900 HV3 (dureza Vickers con 3 kg de carga). La herramienta de la firma ASA de esta herramienta de corte era (6) - (6) -6 -5 -12 -15 -0,4.El fabricante de herramientas recomienda las siguientes condiciones de corte para el mecanizado de acero templado de 45 HRC por CBN 7020:

• Velocidad de corte menos de 250 m / min• Introducir en el rango de 0,05-0,25 mm / rev• Profundidad de corte en el rango de 0,06 a 0,40 mm

Velocidad de corte elegidos en base a recomendaciones y revisión de la literatura del fabricante, fueron los siguientes rangos de los parámetros del proceso (v):125-215 m / min, alimentación (f): 0,05 a 0,16 mm / rev, y la profundidad de corte (d): 0,06 a 0,16 mm. Se decidió llevar a cabo los experimentos con dos niveles de diseño factorial completo correspondiente a tres parámetros del proceso.

Capítulo 6Optimización con conexión y sin conexión de procesos de mecanizado

La Optimización de procesos de mecanizado mejora el rendimiento de mecanizado, y es posible llevar a cabo operaciones de mecanizado eficientes y económicas sin dañar el medio ambiente. En este capítulo, el procedimiento para fuera de línea y en línea de optimización se describe. Los métodos para mejorar la utilización de las herramientas de corte de una manera favorable al medio ambiente se discuten.

Refrigerado por aire Palabras clave girando • Costo de mecanizado • inflexión en seco • Utilización eficaz de las herramientas de corte • Mecanización • Flanco desgaste • Mecanizado Multi-pass• Desconectado • Optimización Online optimización • Optimización • óptimo de Pareto• La distribución de Weibull

6.1 Introducción

Optimización de los procesos de mecanizado es de suma importancia. Correctamente el mecanizado en seco optimizado puede dar un mejor rendimiento que el mecanizado no optimizado con fluido de corte. La optimización puede llevarse a cabo con o sin conexión. En línea de optimización, los parámetros de mecanizado se eligen a priori sobre la base de la experiencia pasada. Optimización en línea es una optimización posteriori. Aquí, los parámetros de mecanizado se cambian en base a la retroalimentación del proceso.Hay algunas diferencias en la percepción de la palabra "en línea". Algunos consideran la optimización en línea como un ajuste automático y continuo de los parámetros de corte sin la intervención humana y la interrupción del proceso para obtener el mejor rendimiento posible de mecanizado. En este capítulo, la palabra "zación en línea optimización" se ha utilizado en un sentido más amplio para referirse a la optimización por un operador humano o de la máquina en tiempo real (es decir, durante la producción real) mediante la adopción de las votaciones piso de la tienda, ya sea a través de sensores o órganos de los sentidos humanos. Así, en línea de optimización no tiene que ser automático. Es diferente de la línea de optimización en el sentido de que en línea de optimización utiliza modelos de procesos de mecanizado, como cortar el modelo vigente, modelo de desgaste de la herramienta, el modelo de rugosidad de la superficie, etc. basado en el conocimiento obtenido de experimentos fuera de línea. Este punto sobre desconectado optimización de vista también se expresa por Park y Kim (1998).La optimización del proceso de mecanizado es un área de investigación viejo pero activo, con el trabajo pionero de Gilbert (1950). Desde entonces miles de artículos se han publicado en esta área. Hay una serie de trabajos de revisión disponible sobre este tema (Aggarwal y Singh 2005; Mukherjee y Ray 2006; Ojha et al 2009;.. Chandrasekaran et al 2010; Dhavamani y Alwarsamy 2011). Casi todos los investigadores han omitido el costo de fluido de corte en sus modelos de optimización. La mayoría de los investigadores han usado una ecuación de vida de la herramienta teniendo en cuenta la insuficiencia de la herramienta debido al desgaste. En la práctica real, en acabado convirtiendo en una herramienta se descarta si ya no tenga el acabado superficial deseado. Sin embargo, el acabado de la superficie proporcionada por la herramienta no es la función del estado de la herramienta solo. Está influenciada por los parámetros de corte (velocidad de corte,

alimentación, y la profundidad de corte) y corte medio ambiente (tipo y método de aplicación de fluido de corte), que deben ser optimizados para obtener el máximo rendimiento de una herramienta de corte.En este capítulo, el procedimiento para la conexión y la optimización en línea del proceso de mecanizado se describe con énfasis hacia la corte preocupaciones de fluidos y ambientales. También se discute una metodología para la utilización eficaz de las herramientas de corte. La utilización eficaz de las herramientas de corte tiene relación directa con la energía y el medio ambiente.

6.2 Optimización sin conexión

Los objetivos de los problemas de corte de metal son la minimización de los costes de mecanizado, la maximización de la tasa de producción, y la maximización de la tasa de ganancia. En general, todos los objetivos no pueden satisfacerse simultáneamente. El problema de optimización se convierte en un solo objetivo, si se elige uno de los objetivos. Si se eligen más de un objetivos, se convierte en un problema multiobjetivo. Hay varias maneras de abordar los problemas multiobjetivo. El enfoque más popular y sencilla es tomar un promedio ponderado de varias funciones objetivo. La asignación de los pesos adecuados correspondientes a funciones objetivo es una tarea compleja que implica la evaluación subjetiva. Otra forma de resolver un problema multiobjetivo es obtener varias soluciones óptimas de Pareto. Dos soluciones se llaman óptimo de Pareto si no hay solución domina al otro en todos los aspectos. En algunos aspectos, una solución puede ser mejor y en algunos otros aspectos la otra solución puede ser mejor. Uno puede obtener un conjunto de soluciones Pareto-óptimas, en los que hay una solución se puede decir que sea mejor que el otro teniendo en cuenta todos los objetivos del problema. Entre este conjunto, una solución puede ser elegido sobre la base de algún criterio de decisión de alto nivel.En esta sección, las funciones objetivo y restricciones del mecanizado optimizaciónción se describen considerando el costo asociado con el fluido de corte. Si los datos suficiente sobre el comportamiento de mecanizado está disponible, el problema de optimización se puede resolver para proporcionar una solución adecuada. Teniendo en cuenta el coste asociado con el fluido de corte, en algunos casos, puede ser posible cumplir con los objetivos deseados en el mecanizado en seco o enfriamiento con el medio ambiente.

6.2.1 Funciones Objetivas

En una operación de mecanizado multipaso, el tiempo de producción total por componente, Tp, se expresa como

Tp ¼ TTR þ tc TTRTR

þ þ TTF tc TTFTF

þ þ TL tts; (6.1)

donde TTR es el tiempo de corte total de mecanizado de desbaste, tc el tiempo requerido para un cambio de herramienta, TR la vida de la herramienta para el mecanizado de desbaste, TTF el tiempo de corte total de

mecanizado de acabado, TF la vida de la herramienta para el mecanizado de acabado, TL la carga y descarga tiempo, y tts el tiempo total de reglaje de herramientas. El tiempo total de corte para mecanizado de desbaste se obtiene como la suma de los tiempos de corte para pases m de desbaste. El tiempo total de reglaje de herramientas para m desbaste y una pasada de acabado está dada por

tts ¼ ðM þ 1Þts; (6,2)

donde Ts es el tiempo de fraguado para cada pasada.Un reordenamiento de (6.1) proporciona TTR TTFTp ¼ TL þ þ tts TTR þ þ TTF tc TR þ TF : (6.3)

El primer término de (6.3) es independiente de los parámetros de proceso. El segundo término es dependiente del número de pasadas y debe ser considerada en un proceso de mecanizado multipaso. El objetivo del proceso de mecanizado es minimizar Tp.El coste de mecanizado por pieza se da como

Fc ¼ Co Tp þ Ct TTRTR TTFþ TF

þ Tp CF; (6,4)

donde Co es el costo de operación por unidad de tiempo que incluye la mano de obra y los gastos generales, Ct es el costo asociado con el cambio de herramienta que incluye el costo de uno de los bordes de corte de la herramienta y la mano de obra y los gastos generales involucrados en el cambio de la herramienta, y CF es el por unidad de tiempo costo asociado con el fluido de corte que incluye almacenamiento y eliminación de costos aparte del costo de fluido de corte en sí. En esta etapa, se supone que Co, Ct, y CF son conocidos. En el Cap. 7, se presentará alguna discusión detallada sobre el cálculo de estos costos. En (6.4), el costo asociado con el cambio de herramienta se considera que es igual para el desbaste y el acabado.Sustituyendo el valor de Tp a partir de (6.3) a (6.4), TTR TTFFc ¼ DCO þ CF Þ TL þ þ tts TTR þ þ TTF t TR þ TF ; (6,5)66 6 Desconectado y Optimización en línea de procesos de mecanizado

donde el tiempo de cambio de herramienta efectiva está dada por

t Ct: (6.6)c ¼ tc þDCO þ CF Þ

Como Co y CF son valores constantes independientes del parámetro de proceso, la función objetivo para el tiempo de producción mínimo por pieza (6.3) se puede convertir en la función objetivo para el coste mínimo de mecanizado por pieza mediante la sustitución de tc por t * c. Los dos objetivos están muy cerca entre sí, si Ct / (Co + CF) es pequeño. Se puede obtener un número de soluciones mediante la resolución de los problemas de optimización de reducir al mínimo el tiempo de producción mediante la adopción de diversos valores de TC de partida de la herramienta real de cambiar tiempo en tiempo real de cambio de herramienta más Ct / (Co + CF). Todas estas soluciones serán soluciones Pareto-óptimas. Una decisión de nivel superior se pueden tomar para elegir la mejor solución entre varias soluciones Pareto-óptimas.Si el costo de la materia prima de la pieza es Cm y el precio después del mecanizado esPp, entonces la tasa de ganancia, PR, se expresa como

PR ¼ P p F c Cmtp

: (6.7)

La solución para la tasa de ganancia máxima minimiza los objetivos de costo y tiempo de producción en un sentido promedio ponderado. Por lo tanto, se incluirá en el conjunto de Pareto-óptimo obtenido mediante la minimización de las funciones objetivas de coste y tiempo de producción.Es claro que las funciones objetivas se pueden evaluar sólo si vida de la herramienta se puede predecir. La vida de la herramienta depende de los parámetros de corte y el medio ambiente de corte es decir, el estado de corte de aplicación de fluidos. Una de las ecuaciones más populares en proceso de torneado es extendida ecuación vida de la herramienta de Taylor dado como

Tv p f q d r = C; (6,8)

donde v es la velocidad de corte en m / min; T es la vida de la herramienta en minutos; d es la profundidad de corte en mm; y p, q, r, y C son las constantes que dependen de una combinación de herramientas y material de trabajo particular, así como sobre el estado de corte de aplicación de fluidos. Determinación de estas constantes es largo y costoso. Por otra parte, esta ecuación es aplicable en un rango estrecho de parámetros de proceso. Por lo tanto, es importante tener una suposición razonable para los parámetros del proceso, por lo que los experimentos de mecanizado se pueden concentrar en torno a los parámetros del proceso.Ojha y Dixit (2005) equipados de un modelo de red neuronal para la obtención de la vida de la herramienta comouna función de los parámetros de corte (alimentación, la velocidad y la profundidad de corte). El entrenamiento de una red neuronal requiere un gran número de datos. Para acelerar el tiempo de entrenamiento, el siguiente procedimiento se adaptó. Las curvas de tiempo de desgaste para la mayoría de las herramientas de corte siguen un patrón como se muestra en la Fig. 6,1, que tiene tres zonas de desgaste distintos. Estos son zona inicial desgaste, zona de desgaste constante y grave zona de desgaste.

Fig. 6.1 desgaste de flanco en función del tiempo de corte de una herramienta típica

Vida de la herramienta se calcula ajustando una línea de mejor ajuste a los datos que caen en la zona de desgaste constante. Por lo tanto,

w ¼ un bt þ; (6.9)

donde w es el desgaste del flanco, t es el tiempo, y a y b son constantes. La vida de la herramienta T viene dado por

máximo de una¼ b

donde wmax es el máximo desgaste de flanco. Al llevar a cabo algunas pruebas hasta fallo de la herramienta, se verificó que la curva de tiempo de uso fue casi lineal hasta máximo desgaste de flanco de0,8 mm, lo que justifica el uso de la interpolación lineal basada en la línea de mejor ajuste.En proceso de molienda también, se han desarrollado ecuaciones empíricas para la vida de la herramienta. Por ejemplo, Tolouei-Rad y Bhidendi (1997) propusieron una relación empírica para evaluar vida de la herramienta T para el proceso de la molienda como 60T ¼ Q ð 0: 2 d = f Þ g 1 = nDDF THW v

; (6,11)

donde T es la vida de la herramienta en minutos; v es la velocidad de corte en m / min; C es una constante; f es el avance en mm / rev; d es la profundidad de corte en mm; y g, w, y n son exponentes para diferentes herramienta y la combinación de material de trabajo. El parámetro Q es el contacto proporción de tiempo de mecanizado en el que el borde de corte está acoplado con la pieza de trabajo.68 6 Desconectado y Optimización en línea de procesos de mecanizado

6.2.2 Restricciones

El problema de optimización de mecanizado se somete a las siguientes limitaciones:

Herramienta de restricción de la vida: la vida de la herramienta no debe ser inferior a un valor prescrito para evitar los cambios de herramienta frecuentes. La mínima deseada vida de la herramienta se basa generalmente en la decisión subjetiva. Como regla general, el mínimo deseado vida de la herramienta debe ser 20 veces el tiempo de mecanizado de un componente. Esto es para asegurar que al menos20 componentes se mecanizan antes de reemplazar la herramienta. Uno puede poner una limitación en el valor máximo de la vida de la herramienta, así, pero en la mayoría de los casos, habrá una restricción inactiva.Rugosidad de la superficie restricción: una restricción que rugosidad de la superficie no debe ser mayor que el valor prescrito se puede poner. A veces, no se desea excesiva mejor acabado superficial, debido a ciertas características tribológicas y de transferencia de calor dependen de ella. Por lo tanto, el valor de rugosidad de la superficie puede estar restringida a estar en una zona. Para la correcta aplicación de esta limitación, un modelo de predicción de rugosidad de la superficie, por ejemplo, un modelo de red neuronal, que se necesita.Cortar las limitaciones de fuerza: Los componentes de las fuerzas de corte debe limitarse para evitar excesivo trabajo y la herramienta de deformación y rotura de la herramienta. La herramienta de trabajo y de desviación y las tensiones en el trabajo se pueden encontrar por la física modelos basados en Soft Computing basado o.Limitación de potencia de la máquina: La potencia de la máquina se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

¼ de potencia de la máquina velocidad principal ng cutti fuerza de corteeficiencia de la máquina: (6.12)

La potencia de la máquina debe ser limitada para evitar la sobrecarga excesiva de la del motor del husillo. Al mismo tiempo, si la potencia de la máquina es mucho menor que la potencia del motor del husillo, la máquina está infrautilizada.

Restricción geométrica: Puede haber algunas restricciones basadas en la geometría de la pieza.Limitaciones Temperatura: La temperatura de la pieza de trabajo, máquina herramienta y herramienta de corte no debe ser excesiva para la precisión dimensional y vida de la herramienta. Esta limitación es especialmente importante en el mecanizado en seco.Límites variables: Velocidad de corte, alimentación y profundidad de corte deben encontrarse entre parámetros. Estos intervalos dependen del tipo de máquina, tipo de herramienta, y el tipo de material.

Además de estas limitaciones, hay una restricción de que el número de pasadasm es un número entero cantidad.

6.3 Optimización con conexión

Hoy en día, una serie de combinaciones de herramientas de trabajo se utilizan para convertir en industrias. Se han propuesto una serie de técnicas para la optimización de los parámetros del proceso. Sin embargo, casi todas ellas requieren el conocimiento de la vida de la herramienta como una función de los parámetros de corte. No es económico para llevar a cabo las pruebas de vida de la herramienta para cada combinación. Sarma y Dixit (2009) propusieron un método basado en heurística para la optimización del proceso de torneado de acabado. El método no requiere una información a priori de la vida de la herramienta.La función objetivo a minimizar en acabado proceso de torneado es

cMinimizar F¼ fv 1 þ T ; (6,13)

Supongamos que el límite superior de fv basado en las limitaciones es x1 y la correspondiente duración de la herramienta es T1. Si cualquier otra fv se denota por x2 y el correspondiente máximo posible vida de la herramienta se denota por T2, a continuación, la siguiente condición dará lugar a una menor valor de la función objetivo (F) en comparación con el más alto posible fv (Basak et al., 2007): 1 t 1 t1 c <x2 x1 T2 1 cT1 : (6.14)

Por lo tanto, para economizar la fv proceso de torneado puede ser reducido a x2 asegurando que t T1 T2 ð x 1 x 2 Þ

(6,15)c T2 x2 ; x1 T1

Basado en esto, se desarrolla el siguiente algoritmo

Paso 1. Seleccione la alimentación máxima posible en función de la rugosidad superficial consideración. A continuación, seleccione la velocidad máxima posible en función de la potencia máxima disponible en la máquina herramienta y el límite de la velocidad de corte. Llevar a cabo el mecanizado hasta la herramienta falla. Registre la T1 vida de la herramienta.

Paso 2. Reducir la velocidad en un 10% y llevar a cabo el mecanizado hasta fallo de la herramienta. Registre la T2 vida de la herramienta.

Paso 3. Para un pequeño rango, la vida de la herramienta se puede considerar a variar de una manera lineal. Por lo tanto, considerar que cuando fv se reduce por un factor de (1 c), la vida de la herramienta Tc será dada por

Tc ¼ ð1 10cÞT1 þ 10cT2 (6.16)70 6 Desconectado y Optimización en línea de procesos de mecanizado

Se ve que para c ¼ 0, ¼ Tc T1 y para c ¼ 0,1, Tc ¼ T2. En condiciones óptimas[usando (6.15)],

t ¼ cT1 Tc: (6.17)Tc ð1 CTH T1

El valor óptimo de C puede obtenerse mediante la resolución de (6.17).

Paso 4. Ahora el mecanizado se realiza a una velocidad de corte de 1 (c) veces la velocidad máxima. El valor de refinado de Tc se puede obtener después de un error en la herramienta.

Paso 5. Si el Tc real es igual a la estimada por (6.16), se alcanza el óptimo. Si Tc real es diferente a la obtenida por (6.16), una nueva relación vida de la herramienta se desarrolla con los datos obtenidos y el procedimiento se repite.Como ejemplo, inicialmente el giro seco se lleva a cabo a 300 m / min. La media de duración de la herramienta T1 correspondiente a esa velocidad es de 5.63 min. Cuando la velocidad de corte se redujo en un 10%, la media vida de la herramienta se convirtió en 6,51 min. Suponiendo t ¼ t como 6 min, el valor de en este caso es 0,12. Por lo tanto, la velocidad óptima es (1 0,12) 300 ¼264 m / min. El mecanizado puede llevarse a cabo a esta velocidad.Como se mecaniza más número de piezas, información sobre vida de la herramienta se actualiza. Con la información revisada, el procedimiento de optimización puede ser revisada. Por lo tanto, en presencia de variaciones estadísticas, la optimización es un proceso dinámico inicialmente. Cuando el número suficiente de datos está disponible en la vecindad de la solución óptima era de esperar, la solución óptima puede ser congelado.En este algoritmo, sólo la velocidad es variada. Uno puede fácilmente desarrollar un algoritmo en el que la velocidad y la alimentación pueden variar de forma simultánea. Un método de optimización adecuado, tal como búsqueda simplex se puede utilizar para optimizar los parámetros del proceso.

6.4 Utilización eficaz de herramientas de corte

Sarma y Dixit (2009) los métodos para la utilización eficaz de las herramientas en el torneado en seco y refrigerado por aire propuesto. Los métodos fueron probados mediante la realización de una serie de experimentos en el acabado de inflexión de acero con herramientas de carburo recubiertas. Una herramienta de corte se consideró fallado si ya no se proporciona un valor de rugosidad superficial de menos de2.5 mm. Los métodos se analizan en los apartados siguientes.

6.4.1 Mejorar la vida de la herramienta con refrigeración por aire

Se discutió en el Cap. 5 que obtiene acabado de la superficie es ligeramente mejor en el torneado en seco en comparación con girando refrigerado por aire, pero el desgaste de flanco se reduce significativamente en el torneado refrigerado por aire. Por lo tanto, la vida de la herramienta sobre la base de rugosidad de la superficie es menor para el torneado refrigerado por aire, aunque el desgaste de flanco se reduce. Después de ser fallado en refrigerado por aire girando, las herramientas se puede reutilizar en el torneado en seco hasta que fallan en el torneado en seco también. Para evaluar esta estrategia, siete experimentos en cada una de la velocidad de corte de270 m / min y 300 m / min se llevaron a cabo. Cada herramienta fue utilizada por primera vez en el torneado refrigerado por aire. Cuando la rugosidad superficial de componentes mecanizados excede el límite prescrito de 2,5 mm, el flujo de aire se detuvo y el torneado en seco se llevó a cabo. El giro seco continuado hasta la rugosidad de la superficie excede de 2,5 mm.La función de densidad de probabilidad (por la distribución Weibull apropiado) de la vida de la herramienta se representa en la Fig. 6.2, la Fig. 6.2a correspondiente a la velocidad de 300 m / min, y la Fig corte. 6.2b correspondiente a la vida de la herramienta de 270 m / min. La Tabla 6.1 muestra la vida de la herramienta media y la correspondiente desgaste máximo flanco. Para la comparación, la Tabla 6.2 también se reproduce de Sarma y Dixit (2009) que muestra la herramienta vive en el torneado en seco y refrigerado por aire. Una comparación de dos tablas revela que el giro lleva a cabo con esta estrategia aumenta la vida de la herramienta. En el presente caso, vida de la herramienta consiguió aumentó en un 42% a una velocidad de 300 m / min y 38% de corte a la velocidad de corte de 270 m / min.Una explicación para el éxito de la presente estrategia es la siguiente. Inicialmente, la tasa de desgaste es alta y la refrigeración de aire es muy eficaz en la reducción del desgaste de flanco. Hasta algún tiempo, borde de corte sigue siendo fuerte y proporciona un buen acabado superficial. Después de algún tiempo, el cambio en la vanguardia y geometría de la herramienta debido al desgaste se deteriora la rugosidad de la superficie. En

esta etapa, de inflexión en seco se lleva a cabo, en la que el material suavizante debido a la temperatura compensa el deterioro de la rugosidad de la superficie debido a desgaste de la herramienta.Aunque la estrategia es muy eficaz, que introduce el costo adicional de aire comprimido. Se puede llevar a cabo el análisis de costo-beneficio para una situación específica. Esto se discute en el próximo capítulo dedicado exclusivamente a los aspectos económicos de mecanizado.

6.4.2 Mejorar la vida de la herramienta mediante la modificación de condiciones de corte

Una herramienta de corte se debe utilizar en las condiciones de corte óptimas hasta el fracaso. Si el fallo de la herramienta se basa en el máximo desgaste de flanco, la herramienta no puede ser reutilizado. Sin embargo, si se basa en la rugosidad máxima de la superficie, existe la posibilidad de reutilizar cambiando las condiciones de corte. De hecho, algunas de las estrategias de mecanizado de control numérico proponen tuning en línea de las condiciones de corte para maximizar la tasa de eliminación de material sin violar las restricciones de mecanizado (Merdol y Altintas 2008). En acabado de inflexión, si la alimentación se reduce la rugosidad de la superficie reduce. Por supuesto, el exceso de reducción en la alimentación será contraproducente, ya que reduce la tasa de producción.Una forma sencilla de evaluar si la reutilización de la herramienta en la alimentación reducida es económicamentecal es como sigue. El costo de convertir una pieza de trabajo de diámetro D y la longitud L está dada por

C ¼ C0 PLD1fv t c þ Ct = C0T

; (6,18)

Fig. 6.2 Distribuciones de probabilidad de vida de la herramienta cuando inflexión seca siguieron refrigerado por aire, la velocidad de giro (a) de corte ¼ 300 m / min Velocidad (b) el corte ¼ 270 m / min. Con el permiso de Sarma y Dixit (2009). Derecho de Autor (2009) ASME6.4 Utilización eficaz de herramientas de corte 73

Tabla 6.1 herramienta Mean vive y máximo flanco lleva cuando inflexión seco siguió el refrigerado por aire girando

Cutting speed (m/min) Mean tool life (min) Average value Standard deviation

300 8.00 0.13 0.0078270 9.03 0.11 0.0115

Tabla 6.2 herramienta Mean vive y máximo flanco lleva a diferentes condiciones de corte

Type of turningCutting speed(m/min)

Mean tool life (min)

Maximum flank w

Average value

ear (mm)

Standard deviation

Dry 300 5.63 0.15 0.0149Dry 270 6.51 0.12 0.0095Air-cooled 300 4.90 0.08 0.0078Air-cooled 270 6.00 0.07 0.0069

donde C0 es el costo operativo por minuto, Ct el costo herramienta por filo, y tc es el tiempo de cambio de herramienta. Supongamos que f1 es la alimentación óptima y f2 es la alimentación reducida después de la herramienta no en base a la rugosidad de la superficie máxima a la alimentación f1. Por lo tanto, el coste de convertir la pieza de trabajo en la alimentación f1 es

C1 ¼ C0 LD1f1 v t c þ C t = C 0T1

(6,19)

y el coste de convertir la pieza de trabajo en la alimentación es f2 PLD tcC2 ¼ C0 1f v T : (6.20)2 2

Tenga en cuenta que en la expresión para C2, el costo herramienta se toma como cero. La reutilización de la herramienta en la alimentación reducida será económica mientras C2 es inferior a C1. Por lo tanto, la condición requerida para el mecanizado económico es PLDC0 f v 1 þ tcT2

<C0 PLD1f1 v

tc þ Ct = C0T1

(6,21)

o

þ h1 f1 t c if2>: (6.22)tc THCt = C0T1

Tabla 6.3 Total de vida de la herramienta y máximo flanco desgasta cuando la herramienta fue operado por primera vez en 0,1 mm / rev y luego a 0,07 mm / rev en el torneado en seco

Cutting speed (m/min) Mean tool life (min) Average value Standard deviation

300 10.82 0.17 0.023270 10.97 0.14 0.012

Si el tiempo de cambio de herramienta es una fracción muy pequeña de la vida de la herramienta, a continuación, una relación simplificada es

f> f1: (6.23)Ct = C0þ T1

Tomando C0 ¼ $ 0.06 / min, Ct ¼ de $ 2 / min, T1 ¼ 6 min, y f1 ¼ 0,1 mm / rev, se obtiene la siguiente condición: f2> 0.015 mm / rev.Para la verificación experimental de esta estrategia, después de que la herramienta no en una fuente de0,1 mm / rev en el torneado en seco, que se hizo funcionar a la alimentación de 0,07 mm / rev. Tabla 6.3 (cuando se compara con la Tabla 6.1) muestra que de esta manera la vida de la herramienta consiguió reforzada por 68% a 270 m / min y en un 92% a 300 m / min. Tabla 6.3 también muestra que aunque el desgaste de flanco sigue aumentando, todavía era de menos de 0,6 mm, cuando la herramienta Fallida basado en la rugosidad de la superficie a una alimentación de 0,07 mm / rev. La Figura 6.3 muestra la distribución de probabilidad de la vida total de herramientas en condiciones de inflexión secos.

6.5 Conclusión

Se requiere Optimización de los procesos de mecanizado para el ahorro de la energía y el medio ambiente. Aunque una gran cantidad de trabajo se ha hecho en el área de la optimización de procesos de mecanizado, la consideración de los costos asociados con el fluido de corte carece de la mayor parte del trabajo. Es posible usar el poder de la optimización del proceso para eliminar los fluidos de corte nocivos. Por ejemplo, basado en una gran cantidad de experimentos sobre torneado de acabado de acero utilizando insertos de carburo recubiertas, Diniz y Micaroni (2002) observaron que mediante el aumento de alimentación y radio del filo y la disminución de la velocidad, de inflexión seca puede proporcionar casi el mismo rendimiento que el giro húmedo . Además, el corte en seco requiere menos energía y produce una superficie más suave que el corte en mojado. Como se analiza en este capítulo, Sarma y Dixit (2009) han sugerido formas de mejorar la utilización de herramientas utilizando refrigeración por aire. En el siguiente capítulo, se analizarán aspectos económicos de mecanizado ecológico.6.5 Conclusión 75

Fig. 6.3 Distribuciones de probabilidad de vida de la herramienta cuando la herramienta se utilizó inicialmente a 0,1 mm / rev y la alimentación después de un fallo en esta alimentación, la alimentación se redujo a 0,07 mm / rev (a) Velocidad de corte ¼ 300 m / min (b) Velocidad de corte ¼ 270 m / min. Con el permiso de Sarma y Dixit (2009). Derecho de Autor (2009) ASME76 6 Desconectado y Optimización en línea de procesos de mecanizado

Referencias

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Capítulo 7Economía del mecanizado amigable con el ambiente

En este capítulo, se analiza la economía de mecanizado ecológico. Se destaca que en el cálculo de costes de mecanizado, los costos asociados con el corte de almacenamiento y la eliminación de líquidos deben ser considerados. Al mismo tiempo, el impacto sobre el medio ambiente también se puede convertir en una forma costo. Un método para evaluar el coste de mecanizado refrigerado por aire se presenta, y se muestra que el mecanizado típicamente enfriado por aire es una opción viable tanto económica como ecológicamente.

Palabras clave refrigerado por aire girando • Costo • Cálculo de costes de mecanizado • depreciación del costo • Costo directo • seco girando • Economía • mecanizado Ecológico • Costo indirecto

7.1 Introducción

Las preocupaciones ambientales son muy importantes y deben seguir religiosamente. Sin embargo, una industria manufacturera es impulsado por afán de lucro y una solución tecnológica es difícil de aplicar a menos que sea rentable en forma monetaria. Por fortuna, en muchas situaciones, el mecanizado con el medio ambiente es económico también, a condición de contabilidad adecuada de los costes involucrados se lleva a cabo. En este capítulo, la metodología de cálculo de costes se describe considerando el costo asociado con el fluido de corte. Se muestra también de simple mecanizado refrigerado por aire es económico en comparación con el mecanizado en seco en muchas situaciones.

7.2 Determinación del Costo de Mecanizado

En el Cap. 6, se proporcionó la expresión para el costo de mecanizado por pieza como TTR

tFFc ¼ Co Tp þ Ct TR þ TF þ CF Tp: (7.1)

La determinación precisa de Co, Ct, y CF no es una tarea fácil y requiere un poco de habilidad. Se provee algo de elaboración en la determinación de estos componentes de costos. El Co costo de operación se puede expresar como

Co ¼ Cd þ Ci; (7,2)

donde Cd es el costo directo y Ci es el costo indirecto. El componente principal del costo directo son el costo mano de obra directa y electricidad. El costo de la electricidad es generalmente pequeño y se descuida. Costo indirecto incluirá los gastos generales de gestión, mano de obra indirecta, alquiler del espacio ocupado por la máquina herramienta, depreciación y mantenimiento. Hay varias maneras de calcular el costo de depreciación de la máquina herramienta. El más simple es el método de depreciación en línea recta. En este caso, el precio de compra de la máquina herramienta se divide durante su vida útil. Por lo tanto, si una máquina herramienta ha sido comprado en $ 100.000 y su vida útil es de 5 años, entonces el costo de depreciación anual será de $ 100.000 /5 ¼ $ 20,000. Esto se basa en la suposición de que el valor de desecho de la máquina herramienta después de 5 años es cero. Si el valor de recuperación del producto no es cero después de su uso, a continuación, para calcular el costo de depreciación anual, el precio de compra se resta por valor de rescate. Por lo tanto, si después de 5 años, de máquinas herramienta o sus partes pueden ser desechadas en$ 20,000, entonces el costo de depreciación anual será de ($ 100,000- $ 20,000) / 5 ¼ $ 16,000. Hay muchos otros, más populares y precisos métodos de cálculo de la depreciación como la reducción de método del balance, en el que el costo de depreciación anual no es constante a lo largo de su vida útil, pero sigue disminuyendo con el paso del tiempo.El coste de mantenimiento se puede fijar en el 10% el precio de la máquina herramienta. El tiempo de mecanizado incluye el tiempo cuando no hay corte se lleva a cabo tal como durante todo el recorrido o de desplazamiento de la herramienta de una ubicación a otra ubicación. Costo de inspección también puede ser incluido. De interés del Banco de la inversión también puede ser incluido como un costo.El costo asociado a la herramienta de corte incluye los costos incurridos en el cambio de la herramienta y el propio coste de la herramienta. Costo de la herramienta depende de la herramienta es un inserto de disposición o de una herramienta de rectificarse. En el inserto disposición, el costo se puede dividir entre los bordes de corte. El costo soporte de la herramienta se puede añadir en el costo de la herramienta. Por lo general, la vida portaherramientas es 500 veces la vida de la herramienta. Por lo tanto, el costo de soporte de la herramienta puede ser distribuido en 500 bordes de corte.Costo de fluido de corte, incluyendo su eliminación y el costo de almacenamiento se denotan por CF. Teniendo en cuenta que la velocidad de flujo de fluido refrigerante / de corte es constante durante el mecanizado, el coste se puede expresar como linealmente proporcional al tiempo de producción. Este es un enfoque más conservador que tomar el costo del fluido de corte como proporcional al tiempo sólo mecanizado. Durante el período de inactividad de la herramienta, por lo general no hay flujo de la7.3 Economía de la refrigeración por aire Encendido 79

refrigerante, pero el costo de almacenamiento es operativo. Por lo tanto, el intento debe ser reducir al mínimo el tiempo de producción para reducir el coste relacionado fluido de corte. Lo mejor es eliminar el fluido de corte sin afectar el rendimiento del mecanizado.Cauchick-Miguel y Coppini (1996) han sugerido una alternativa simplificadamétodo de determinación de costos de mecanizado. Recientemente, Branker et al. (2011) han propuesto un modelo microeconómico que pueden optimizar los parámetros de mecanizado y pueden incluir todos los costos de la energía y el medio ambiente. En este modelo, el costo asociado con la producción de CO2 se ha considerado. Autores muestran que cuando se añaden los costos ambientales o de CO2, una planta de producción aparentemente más barato puede salir por qué ser caro.

7.3 Economía del mecanizado refrigerado por aire

En el Cap. 6, se propuso una estrategia para la utilización eficiente de la herramienta en el acabado de inflexión. De acuerdo con ello, primero el mecanizado refrigerado por aire se lleva a cabo. Una vez, la herramienta es incapaz de generar acabado de la superficie requerida, se emplea el giro seco. De inflexión en seco mejora el acabado de la superficie y se lleva a cabo hasta que el corte es incapaz de generar acabado

superficial deseado incluso en el torneado en seco. Aunque la estrategia es muy eficaz, que introduce el costo adicional de aire comprimido. Si el aumento de la vida de la herramienta debido al enfriamiento por aire es significativo, entonces el uso de aire saldría ser económico. Un análisis matemático simplificado para evaluar el beneficio económico es el siguiente (Sarma 2009).Deje que el costo filo sea Ct y el total de vida de la herramienta en el torneado en seco se denota como T1. Entonces, el costo de filo de la herramienta por unidad de tiempo en el torneado en seco es igual a Ct / T1. Asumir la vida total herramienta para es a la vez enfriado por aire y torneado en seco T2. Si Ca es el costo de aire comprimido por minuto, el costo total de aire comprimido es CAT3, donde T3 es la vida de la herramienta en la transformación de refrigerado por aire. El costo total de la herramienta y el aire es DCT þ Ca T3 Þ. Por lo tanto,

Costo del filo de la herramienta y el aire por unidad de tiempo de ¼ t þ Ca T3T2

: (7.3)

El mecanizado será económica, siempre que el coste de filo de la herramienta y el aire por unidad de tiempo es menor que el costo filo de la herramienta por unidad de tiempo en el torneado en seco. Por lo tanto, la condición requerida para el mecanizado económico es t þ Ca T 3 <Ct

(7,4)T2 T1 o

Ca T 3 <Ct

C t: (7.5)T2 T1 T2

De la ecuación anterior, el valor crítico de coste de aire comprimido por minuto se obtiene como

C T D T2 T1 ÞDCA Þcrit ¼1 : (7.6)T3

Si el coste real de aire comprimido por minuto es menor que el valor crítico calculado a partir de (7.6), a continuación, la estrategia propuesta de refrigerado por aire girando seguido de inflexión seco será económico.En un taller típico en la India, el costo de aire comprimido fue de aproximadamente $ 0.01 / min. Un borde de la herramienta de corte un precio de $ 2. El costo crítico DCA Þcrit de aire por minuto se puede determinar a partir de (7.6) y usando los datos de la media vida de la herramienta. Para la velocidad de cortede 300 m / min, el costo crítica de aire es aproximadamente 0,17 dólares / min (y para la velocidad de corte de

270 m / min, que es alrededor de $ 0.13 / min. El costo real de aire comprimido es de $ 0.01 por minuto. Por lo tanto, el empleo de los resultados de aire en el ahorro del coste herramienta además de reducir el problema de la eliminación de herramienta gastada.

7.4 Conclusión

En este capítulo, se analiza la economía de mecanizado ecológico. Se insiste en que los costos asociados con el almacenamiento y la eliminación de fluido de corte se debe considerar en el cálculo del coste de mecanizado. Además, el impacto sobre el medio ambiente y la salud de operador también debe ser considerado y se cuantifiquen en forma de coste. En muchas situaciones, que emplea el refrigerante inocuo como el aire sale a ser económico, además de ser una alternativa ecológica.

Referencias

Branker K, Jeswiet J, Kim IY (2011) de los gases de efecto invernadero emitidos en la fabricación de un producto nuevo modelo económico. CIRP Ann Fabric Technol 60: 53-56Cauchick-Miguel PA, Coppini NL (1996) Costo por determinación pieza en proceso de mecanizado: un enfoque alternativo. Int J Herramientas Mach MANUF 36: 939-946Sarma DK (2009) Estudio experimental, modelización de redes neuronales y la optimización del medio ambiente-amigables procesos refrigerados por aire y torneado en seco. Ph.D. Tesis, IIT Guwahati

Capítulo 8Epílogo: Mirando al Futuro

Este capítulo concluye la monografía sobre el mecanizado ecológico. Un breve resumen de los temas tratados ha sido presentado en la sección de la introducción del capítulo. Cinco áreas de investigación se identifican por su contribución al mecanizado ecológico. Ellos son el desarrollo de fluidos de corte, el desarrollo de herramientas de corte, el desarrollo de máquinas-herramientas, la optimización y la mejora de la maquinabilidad del material de trabajo.

Palabras clave Biodegradabilidad • mecanizado Ecológico • Cantidad mínima lubricación • Estabilidad a la oxidación • herramientas autolubricantes • Lubricante sólido• Almacenamiento estabilidad de la plaquita • Parabrisas

8.1 Introducción

El principal objetivo de esta monografía es crear conciencia acerca de mecanizado ecológico. El mecanizado tradicional es un método de fabricación utilizado y seguirá siendo una de las principales actividades de fabricación en las próximas décadas. Aunque una serie de tecnologías avanzadas de fabricación no tradicionales se han desarrollado, no son suficientemente competitivos como para reemplazar los procesos de mecanizado tradicionales en muchas situaciones. Por otra parte, otras tecnologías avanzadas de fabricación tienen sus propias cargas ambientales y la investigación tiene que ser llevado a cabo para que sean verde. Esta monografía, sin embargo, se centra en cuestiones que hacen a máquina un proceso tradicional verde.Dos factores principales que afectan a los aspectos ambientales de mecanizado verde son el fluido de corte y herramienta de corte. Fluido de corte puede ser en forma de líquido o de gas y su propósito es lubricar la interfaz de la herramienta en el trabajo y se enfríe la zona de mecanizado. Además, el fluido de corte ayuda a lavar las patatas fritas. Hoy en día, algunos lubricantes sólidos se utilizan en el mecanizado. Gopal y Rao (2004) utilizan grafito como un lubricante sólido en la molienda de SiC. Los componentes de la fuerza tangencial y energía específica se redujeron utilizando grafito como lubricante sólido. Reddy y Rao (2006) empleado lubricantes sólidos, grafito y disulfuro de molibdeno en el fresado de AISI1045 acero recubiertas por cortadores sólidos molino de metal duro. Disulfuro de molibdeno proporciona un mejor rendimiento de mecanizado. En general, los lubricantes sólidos son pobres en materia de eliminación de refrigeración y chip. Por otra parte, hay que ver si son respetuosos del medio ambiente.El enfoque principal de esta monografía ha sido en los fluidos de corte en forma de líquido y gas. Se ofrece una breve descripción de las herramientas de corte autolubricantes, pero estas herramientas aún tienen que conseguir popularidad en taller. Para que esto suceda, tienen que ser fabricados a bajo costo con el fin de competir con las herramientas existentes. Al mismo tiempo, sus ingredientes no deben ser perjudiciales para el medio ambiente.Aunque el trabajo de un número de investigadores se ha referido en esta monografía, se han proporcionado más detalles sobre el mecanizado refrigerado por aire realizado por Sarma (2009) y algunos otros. Este método de mecanizado es libre de contaminación, Mical economista, y tecnológicamente simple. Se puede implementar fácilmente por los talleres de máquinas grandes y pequeñas. Una comparación detallada de convertir refrigerado por aire con inflexión seco se ha presentado. Los ingenieros en ejercicio e investigadores

pueden verificar fácilmente estos resultados y optimizar el proceso más lejos cambiando el caudal de aire y el ángulo de la boquilla.Para la fabricación sostenible, la utilización eficiente de la herramienta de corte también es importante ya que el proceso de fabricación de herramientas de corte puso una carga para la energía y el medio ambiente. La eliminación de herramienta gastada es también motivo de preocupación. Se ha observado que en la mayoría de los talleres de máquinas, herramientas de corte son subutilizados. La utilización eficiente de la herramienta de corte no sólo ayuda a reducir el coste de mecanizado, sino que también reduce el consumo total de energía, ayudando así al medio ambiente. En esta monografía, se han discutido algunas estrategias para la utilización eficiente de la herramienta de corte y la optimización de procesos de mecanizado.Para el mecanizado ecológico, el enfoque de la investigación tiene que ser en el desarrollo de los fluidos de corte, el desarrollo de herramientas de corte, el desarrollo de máquinas herramientas, la optimización y la mejora de la maquinabilidad de los materiales. Estos se discuten en las siguientes secciones.

8.2 Desarrollo de Fluidos de corte amigables con el medio ambiente

Ha habido una serie de estudios considerando el mecanizado en seco, lubricación mínima cantidad (MQL) de mecanizado, y mecanizado de refrigerante de inundación. Ha habido menor número de estudios que comparan diferentes tipos de fluidos de corte, desde el punto de vista del rendimiento de mecanizado y las preocupaciones ambientales. Hay una necesidad de comparar los fluidos de corte disponibles y al mismo tiempo para desarrollar nuevos fluidos de corte. El desarrollo de nuevos fluidos de corte requiere el conocimiento de corte de metal, tribología, y la química.Además de proporcionar un buen rendimiento de mecanizado, un fluido de corte con el medio ambiente debe tener las siguientes propiedades:

1. Biodegradabilidad: El fluido de corte debe ser biodegradable. La biodegradabilidad se puede medir a partir de la pérdida de carbono orgánico disuelto en el fluido de corte en la presencia de microorganismo en un período de tiempo.8.3 Desarrollo de Herramientas de Corte respetuosos del medio ambiente 83

2. Estabilidad a la oxidación: lubricantes MQL deben ser estables frente a la oxidación de película delgada.3. Estabilidad durante el almacenamiento: Un sistema MQL consume muy poco de lubricante. Por lo tanto, el lubricante debe permanecer estable durante mucho tiempo. La capacidad de almacenamiento se puede medir mediante la observación de los cambios en la viscosidad y el número de ácido total.

Algunos avances recientes en esta área se resumen. Como resultado de un estudio experimental rigurosa, Suda et al. (2002) observaron que los ésteres de poliol proporcionan un muy buen rendimiento general en las operaciones de roscado. Se sintetizaron ésteres de poliol a partir de un alcohol polivalente específico en lugar de glicerina. Wakabayashi et al. (2003) observaron que los ésteres de poliol proporcionan un rendimiento muy bueno en proceso de torneado. El rendimiento de corte de mecanizado MQL con ésteres biodegradables era equivalente o mejor que la de mecanizado convencional con el suministro de fluido de corte de inundación. Suda et al. (2004) propusieron que un poliol éster biodegradable totalmente sintético de grado de viscosidad 32 puede ser un candidato de la base social de diversos lubricantes utilizados en la máquina-herramienta. Se espera que este fluido multifuncional para convertirse en un lubricante éxito aplicable a la zona de mecanizado así como otras partes móviles de la máquina herramienta. Sharif et al. (2009) estudiaron la posibilidad de utilizar aceite de palma. Las palmeras se encuentran en abundancia en Malasia, el país de origen de los autores. Los autores observaron que el sistema MQL con aceite de palma ofrece una muy buena vida de la herramienta y un acabado superficial satisfactoria.

8.3 Desarrollo de Herramientas de Corte amigables con el ambiente

Los fluidos de corte se utilizan para lubricar la herramienta de pieza de trabajo y eliminar el calor generado en la zona de mecanizado. La carga de los fluidos de corte reduce si las herramientas de corte se pueden mejorar. Una forma es el desarrollo de herramientas auto-lubricantes. Una herramienta de auto-lubricación reduce la fricción en la interfaz de trabajo de la herramienta. En consecuencia, la fuerza de corte y la generación de calor en la zona de mecanizado se reduce. La otra manera es desarrollar herramientas de corte que tienen una alta resistencia al calor. Será posible llevar a cabo el mecanizado en seco con estas herramientas.Como se discutió en esta monografía, es posible utilizar herramientas con el arreglo parade refrigeración interno. En particular, el uso de tubos de calor en una herramienta de corte parece muy interesante. Se debe intentar hacerlos rentables.Ha habido algunos intentos de desarrollar herramientas de corte más eficaces. Recientemente, el uso de insertos de limpiaparabrisas ha mostrado mucho mejor rendimiento en la transformación. Un inserto de limpiaparabrisas típico para el torneado se muestra en la Fig. 8.1. En lugar de un solo radio de la nariz, esta herramienta tiene un perfil multiradii. La esencia de torneado en duro con herramientas limpiaparabrisas multiradii es dar inserto una superficie más plana en el filo secundario y limpie las vieiras que se forman típicamente en inserciones con una nariz sencillaradio (O zel et al. 2007). Esto proporciona un mejor acabado de la superficie, incluso a altas velocidades de avancey condiciones de mecanizado en seco. El-Hossain (2010) ha desarrollado una herramienta de corte de dos puntos para los de giro que puede realizar el desbaste y acabado en la misma pasada. El autor afirma que su diseño de la herramienta de corte ofrece una mejor oportunidad para el corte de fluido para ser más eficaces en la lubricación y refrigeración del borde de corte principal.84 8 Epílogo: Mirando al Futuro

Fig. 8.1 Una inserción del limpiaparabrisas típico. De O zel et al. (2007). Derecho de Autor (2007)Elsevier

8.4 Desarrollo de Máquinas Herramientas amigables con el ambiente

Se ha hecho hincapié en que el método adecuado de aplicar el refrigerante / corte por chorro de fluido es crucial para el rendimiento de mecanizado. Ambientalmente máquinas herramientas amigables deben tener disposición adecuada para el corte de la aplicación de líquidos. En la actualidad, la mayoría de las veces, accesorio para el corte de aplicación de líquidos, como el sistema MQL, se instala posteriormente a la máquina-herramienta, que no proporciona un rendimiento óptimo mecanizado.También es posible desarrollar máquinas herramientas que tienen pequeño compresor construido en-y un tubo de vórtice para refrigerar el aire. Además, las máquinas herramienta CNC pueden ser desarrollados para tener provisión para compensación térmica adecuada. Ellos pueden estar provistos de sistema de eliminación de viruta eficiente. Esto permitirá realizar el mecanizado en seco en las máquinas-herramienta de una manera eficaz.

8.5 Optimización de los procesos de mecanizado Considerando elImpacto Ambiental

Ha habido una gran cantidad de investigación en la optimización de los procesos de mecanizado. Muchas veces, el problema de optimización de mecanizado se ha utilizado como un punto de referencia para varios algoritmos de optimización anillo compa-. Es raro ver a la aplicación taller de estrategias de optimización desarrollados. Esto es debido principalmente a la falta de modelos de vida de la herramienta y la rugosidad de la superficie fiables. Además, el mecanizado de rendimiento también depende de la condición de la máquina herramienta, por lo que la solución de optimización fuera de línea lejos de la solución óptima real. Hay una necesidad de desarrollar soluciones de optimización simples y eficaces que pueden ser esbozados por los planificadores de procesos y puesto a punto por los operadores de máquinas.Es esencial tener en cuenta los aspectos ambientales en la optimización. En la actualidad, se ha prestado muy poca atención en este sentido. A menudo se dice que la optimización es una filosofía y no sólo una técnica matemática. Optimización considerando aspectos ambientales ayudará a crear conciencia sobre la necesidad de reducir la contaminación ambiental.Referencias 85

8.6 Desarrollo de piezas y materiales amigables con el ambiente

Una forma de reducir o eliminar el uso de fluido de corte y aumentar la vida de la herramienta es aumentar la maquinabilidad del material de la pieza. Esto se ha intentado desde hace mucho tiempo. Por ejemplo, la adición de una pequeña cantidad de azufre mejora la maquinabilidad del acero. El azufre se combina con el acero para producir sulfuro de manganeso (MnS) inclusión que actúa como elevador de esfuerzo y ayuda en la fácil esquila durante el mecanizado. Como esto varias tratamientos metalúrgicos se pueden emplear para mejorar la maquinabilidad de los materiales. Tratamiento con óxido de aceros de fácil mecanización ofrece la posibilidad de formar la transferencia selectiva de capas urbanizadas que permitan una mejor vida de la herramienta a velocidades de corte más altas que sus contrapartes mecanizado sin estándar (Hamann et al. 1996).El área de desarrollo de materiales con una mayor mecanización estará caliente en un futuro próximo. Sin embargo, es una tarea difícil para desarrollar los materiales con mayor maquinabilidad sin sacrificar sus otras propiedades.

8.7 Conclusión

Esta monografía ha cubierto algunos temas importantes de mecanizado ecológico. Es evidente que una gran cantidad de investigación se ha llevado a cabo en este campo desde el comienzo de este siglo. Debido al aumento de la población mundial y el estilo de vida cambia, la contaminación del medio ambiente es cada vez mayor. Esto es de gran preocupación para todos los seres humanos que viven en la tierra y todo el mundo debe tratar de causar el mínimo daño al medio ambiente en cualquier actividad. El mecanizado no es una excepción. Su impacto en el medio ambiente es importante en los países desarrollados y en desarrollo. Hay una necesidad de aplicar las tecnologías verdes desarrolladas en los talleres de mecanizado. Al mismo tiempo, los esfuerzos de investigación deben seguir en las subzonas que se tratan en este capítulo.

Referencias

El-Hossain EM (2010) Mejora de la calidad de la superficie usando una técnica desarrollada recientemente en operaciones de torneado. Proc IMechE B J Ing Fabrica 224: 1389-1397Gopal AV, Rao PV (2004) Mejora del rendimiento de la molienda de SiC usando grafito como lubricante sólido. Mater Fabrica Proceso 19: 177-186Hamann JC, Grolleau V, Maitre FL (1996) mejora la maquinabilidad de los aceros a altas velocidades de corte-estudio de la interacción material de la herramienta / trabajo. CIRP Ann Fabric Technol 45: 87-92Ø zel T, Karpat Y, Figueira L, Davim JP (2007) Modelización de acabado de la superficie y la herramienta de desgaste en incidencia en la transformación de acero AISI D2 con plaquitas Wiper cerámica. J Mater Proceso Technol 189: 192-198Reddy NSK, Rao PV (2006) Investigación experimental para estudiar el efecto de lubricantes sólidos en las fuerzas de corte y calidad superficial en fresado. Int J Herramientas Mach MANUF 46: 189-19886 8 Epílogo: Mirando al Futuro

Sarma DK (2009) Estudio experimental, Neural modelado de redes y optimización de procesos refrigerados por aire y torneado en seco que respeten el ambiente. Ph.D. Tesis, IIT GuwahatiSharif S, Yusof NM, Idris MH, Ahmad ZA, Sudin I, Ripin A, Zin mahm (2009) Estudio de viabilidad de utilizar aceite vegetal como lubricante de corte a través del uso de la lubricación de cantidad mínima durante el mecanizado, Número Investigación Vot: 78055, Departamento de Fabricación y de Ingeniería Industrial de la Facultad de Ingeniería Mecánica, Universiti Teknologi MalasiaSuda S, Yokota H, Inasaki I, Wakabayashi T (2002) Un éster sintético como fluido de corte óptimo para el mecanizado de lubricación mínima cantidad. CIRP Ann Fabric Technol 51: 95-98Suda S, T Wakabayashi, Inasaki I, Yokota H (2004) la aplicación de múltiples funciones de un éster sintética para la lubricación de máquinas herramienta a base de lubricantes mecanizado MQL. CIRP Ann Fabric Technol 53: 61-64Wakabayashi T, Inasaki I, Suda S, Yokota H (2003) características tribológicas y de corterendimiento de lubricante ésteres para el mecanizado semi-seco. CIRP Ann Fabric Technol 52: 61-64

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