Mecanizado criogénico

El mecanizado criogénico, según recientes estudios, reduce más las fuerzas de corte, aumenta la vida de la herramienta y puede tener repercusión positiva sobre el acabado superficial y tensional de la pieza. Las ventajas del mecanizado criogénico sobre las aplicaciones convencionales son: Reducción significativa del coeficiente de fricción en el interfaz herramienta-viruta; incremento de la vida de la herramienta debido a una menor abrasión y desgaste químico e incremento de la tasa de arranque de material. En el siguiente artículo de IK4-IDEKO se presentan experiencias realizadas en este ámbito y el equipamiento empleado.

Los procesos de mecanizado en sus operaciones por lo habitual aplican estrategias de máximo volumen de viruta arrancado en el mínimo tiempo posible, sin que esta estrategia ponga en peligro la calidad de pieza. De esta estrategia, el mayor foco de problemas proviene del calor generado en el proceso de arranque, pudiendo provocar tensiones superficiales en las piezas, fisuras y microgrietas. Para combatir este problema es habitual emplear fluidos de corte, con los cuales se trata de reducir la temperatura alcanzada en el punto de corte. Esta ayuda facilita el incremento de condiciones de corte, volviendo otra vez al punto de inicio. Sin embargo, el empleo de fluidos de corte conlleva ciertos riegos ambientales a tener en cuenta:

• Contaminación ambiental por evaporación de fluidos.
• Contaminación de suelo industrial por derrame.
• El fluido de corte es una sustancia peligrosa, por lo que es necesario hacer una gestión y procesamiento adecuados.
• Problemas de salud para los operarios por contaminación bacteriológica.
• Requerimiento de sistemas de recolección de fluidos en máquina, trasvase, almacenamiento y bombeo. En ocasiones se requieren sistemas de refrigeración de la taladrina. Las máquinas y almacenamiento de la taladrina también supone un riesgo de fugas y contaminación de suelo.

Por otro lado, el coste de lubricantes se ha disparado en la última década, por lo que los costes de fabricación también se han disparado. Ello ha obligado a las empresas a tratar vías alternativas como el mecanizado en seco, con MQL (minimum quantity lubrication), o refrigeración a alta presión para tratar de reducir los costes y controlar la temperatura generada en el punto de corte. Las técnicas de mecanizado en seco o MQL son beneficiosas desde el punto de vista ambiental y equipamiento de máquina necesario, sin embargo afectan directamente al rendimiento y coste de la aplicación. El mecanizado de alta presión reduce las fuerzas de corte y calor generado, mientras que emplea el 50% de volumen de fluido de corte empleado en una instalación tradicional. Una nueva alternativa es el mecanizado criogénico, que según recientes estudios, reduce aún más las fuerzas de corte, aumenta la vida de la herramienta y puede tener repercusión positiva sobre el acabado superficial y tensional de la pieza.

El mecanizado criogénico
El mecanizado criogénico ofrece un ámbito interesante de investigación hacia la eficiencia y sostenibilidad de los procesos, como alternativa a los sistemas de lubricación basados en aceites (obtenidos principalmente de aceites minerales provenientes del petróleo).
En el mecanizado criogénico se utiliza un refrigerante criogénico (CO2 o nitrógeno en estado líquido), el cual es suministrado a la región de corte de la herramienta - la parte expuesta a la más alta temperatura en el proceso de mecanizado – o a la propia pieza, con objeto de mejorar sus propiedades y maquinabilidad. La utilización de nitrógeno como refrigerante criogénico es habitual, puesto que el nitrógeno es un gas seguro, no combustible y no corrosivo. La Figura 1 compara un sistema convencional de refrigeración y lubricación con un dispositivo criogénico, mostrando las entradas y salidas de material y energía. Mediante la refrigeración criogénica se consigue una drástica reducción de temperatura en el punto de corte, llegando a reducirse en término medio un 34%, el desgaste de flanco de la herramienta se reduce drásticamente aumentando así la vida de herramienta. El desgaste por abrasión y de la entalla se reduce también de manera drástica. Además, la calidad superficial y dimensional de las piezas mecanizadas también mejora de manera significativa.