MQL estudio comparativo TECNALIA

Estudio comparativo
de lubricantes para el
mecanizado de acero
inoxidable dúplex
Contenido
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Objetivo
Esquema experimental
Análisis y resultados de los esfuerzos de corte
Análisis y resultados de la potencia
Análisis y resultados de la temperatura
Análisis y resultados de la vida útil de herramienta
Estimación de costes. Comparativa económica
Anexo. Cálculos para la estimación de costes
Objetivo
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Este estudio tiene por objeto analizar diferentes
métodos de lubricación con la finalidad de identificar
ventajas y limitaciones del método de lubricación
MQL para el mecanizado de aceros inoxidables dúplex.
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Como resultado final se presentan los resultados
técnicos y una estimación de costes.

Esta colaboración entre HRE Hidraulic y Tecnalia se ha
desarrollado en el marco del proyecto DACINOX de la
convocatoria ETORGAI financiado por el Gobierno Vasco. (ER010/00031)
Esquema experimental (i)
Equipo de MQL (HRE)
VOGEL
Equipo LUBRILEAN
Vario-Super
Máquina (Ibarmia)
ZV 25 25/U600 EXTREME
Con cabezal de GOIALDE
Herramienta de corte (Kendu)
Adquisición de señales & Equipos de medida
Esfuerzos de corte
Plataforma dinamométrica Kistler
Temperaturas de corte
Cámara de infrarrojos Xenics
Consumo de potencia
Analizador trifásico 435 FlukeView
Fresa de metal duro y Ø 10mm
Ref. 3203.57 (Z4)
Ref. 3203.57 (Z4) con
orificio para MQL interior
Material (Olarra)
Acero inoxidable dúplex
Palanquillas de 400mm x 90mm
Desgaste de herramienta:
Vb: desgaste en flanco.
Microscopio estereoscópico CLEMEX
Microscopio portable MICROEYE de
KONUS
Esquema experimental (ii)
Fluido de corte
Condiciones de corte
Taladrina:
Aceite soluble HOCUT B-750 de
Houghton (7%).
Aceite MQL:
Lubri-Oil. Éster de acido graso
con aditivos.
Condiciones de desbaste
Velocidad de giro
Velocidad de corte
Avance por filo
Profundidad de corte
Anchura de corte
2228 RPM
70 m/min
0.05 mm/filo
8mm
4mm
Operación de fresado frontal
El objetivo del estudio experimental ha consistido en realizar una comparativa
del efecto de la técnica de lubricación utilizada en el fresado del acero dúplex,
a través de la realización de ensayos de fresado a fin de vida de herramienta.
Los ensayos de fresado se han realizado bajo las mismas condiciones
experimentales, siendo la única variable del proceso la técnica de lubricación
utilizada: i) Taladrina exterior; ii) MQL exterior; iii) MQL interior; iv) Seco.
El análisis técnico-económico se ha realizado en base a las señales adquiridas
durante la experimentación: i) Esfuerzos de corte; ii) Potencia consumida; iii)
Temperatura de corte; iv) Vida útil de herramienta.
Análisis y resultados de los esfuerzos de corte
Ejemplo de señales registradas por el
Dinamómetro
durante el mecanizado
Fuerzas ensayo DAC-T33-MQL-Pasada-T001
1000
Fy=533.32
F [N]
Fy Fz
FX: fuerza de avance
FY: fuerza de corte
FZ: fuerza perpendicular al corte
Fx=-63.91
0
Fz=-335.61
Fx
-1000
0
20
40
60
80
100
120
140
ANÁLISIS
RESULTADOS
t [seg]
1. Obtención del valor medio del esfuerzo de corte para cada pasada hasta
alcanzar su fin de vida.
2. Cálculo del valor medio de las fuerzas de corte para cada técnica de
lubricación: taladrina, MQL exterior, MQL interior y en seco.
3. Gráfica muestra valores de las fuerzas de corte según técnica de lubricación.
CONCLUSIONES PRINCIPALES
La menor fuerza de corte (principal
componente, Fy) se obtiene con MQL interior.
Se obtienen valores similares con taladrina,
MQL exterior y en seco.
Uso de MQL interior reduce los esfuerzos de
corte del proceso, en comparación con el uso
de MQL exterior , taladrina exterior o en seco.
Análisis y resultados de la potencia
- Consumos en vacío en los diferentes
estados de la máquina -
- Consumos en carga en función del sistema
de lubricación -
ANÁLISIS DE RESULTADOS
1. Estudio de consumos en vacío de la máquina en
sus diferentes estados: apagada, encendida, cabezal
en giro, taladrina activada, MQL exterior o interior
activado (gráfica superior).
2. Comparación del promedio de los consumos
adquiridos en las pasadas de mecanizado en
función del sistema de lubricación (gráfica inferior).
CONCLUSIONES PRINCIPALES
El mayor consumo (tanto en vacío como en carga)
se genera con taladrina, seguido de MQL. El menor
consumo se genera al mecanizar en seco.
No se aprecian diferencias entre los sistemas de
MQL interior y exterior.
La potencia consumida por la máquina es menor
con el sistema MQL que con taladrina.
Análisis y resultados de la temperatura
Nota: hay que tener en cuenta
que este análisis es cualitativo
más que cuantitativo.
ANÁLISIS
RESULTADOS
Taladrina
MQL Exterior
MQL Interior
1. Grabación de vídeos (5fps; rango 273-693K). Se parte de la hipótesis de que
elementos son cuerpos negros (emisividad=1).
2. Se miden la temperatura máxima de la herramienta y de la primera viruta visible.
3. Gráfica muestra valores medios de Tª máxima de la herramienta y viruta en
función de la lubricación utilizada.
CONCLUSIONES PRINCIPALES
El mayor efecto refrigerante lo presenta la
taladrina.
Dicho efecto es mucho mayor en la
herramienta que en la viruta.
La taladrina refrigera bien la herramienta,
pero la viruta no se enfría tanto.
Con MQL las temperaturas son similares con
MQL interior que con exterior.
Análisis y resultados de la vida útil de herramienta
ANÁLISIS
RESULTADOS
Taladrina
MQL Exterior
MQL Interior
1. Criterio de fin de vida: aparición de fallo en el desgaste de labio. Medición del
desgaste en el flanco VB.
2. Análisis del desgaste, identificando el tipo de desgaste y la posible causa.
3. Gráfica muestra la longitud de viruta mecanizada según técnica de lubricación.
CONCLUSIONES PRINCIPALES
En ensayos con taladrina las herramientas
sufrieron rupturas catastróficas debido a los
ciclos de calentamiento-enfriamiento.
Resultados similares con refrigeración exterior
(MQL y taladrina).
La vida de herramienta aumenta
considerablemente al utilizar MQL interior
como técnica de lubricación, frente a las
otras dos técnicas analizadas.
Estimación de costes. Comparativa económica
El objetivo es calcular el coste por volumen de material mecanizado (€/cm³) en función de la
técnica de lubricación, teniendo en cuenta los principales costes: i) coste de herramienta; ii)
coste de fluido; iii) coste de energía; iv) coste de equipamiento.
Seco
LONGITUD DE VIRUTA MECANIZADO
(m)
MQL
exterior
MQL
interior
12.4
44
55.2
96.8
397 cm3
1408 cm³
1766 cm³
3098 cm³
1’46’’
6'17''
7'53''
13'50''
14,2 cm³/min
14,2 cm³/min
14,2 cm³/min
14,2 cm³/min
VOLUMEN
TIEMPO DE MECANIZADO
CAUDAL DE VIRUTA
TALADRINA
PRECIO FRESA(€)
60
60
60
60
COSTE FRESA €/1000 cm³
153
43
34
19
COSTE FLUIDO €/1000 cm³
-
0,195
0,86
0,12
COSTE ENERGÍA €/1000 cm³
0,684
1,34
0,897
0,897
INVERSION SISTEMA €/1000 cm³
-
0,54
0,165
0,165
COSTE RECICLAJE FLUIDO €/1000 cm³ -
0,05
-
-
COSTE FILTROS, LIMPIEZA €/1000 cm³
-
0,20
-
-
COSTE TOTAL/1000 cm³
153,68 €
45,33 €
35,92 €
20,18 €
La principal conclusión es que el menor coste total por volumen de viruta
mecanizado corresponde a la utilización de la técnica de MQL interior.
Anexo. Cálculos para la estimación de costes (i)
Coste de herramienta:
Volumen de viruta
Seco
V=0,8x0,4x1240= 397 cm³
Coste
Taladrina
V=0,8x0,4x4400= 1408 cm³
MQL exterior
V=0,8x0,4x5520= 1766 cm³
MQL interior
V=0,8x0,4x9680= 3098 cm³
Seco
Taladrina
MQL exterior
MQL interior
C= 153€/1000cm³ C= 43€/1000cm³ C= 34€/1000cm³ C= 19€/1000cm³
Coste del fluido:
Consumo taladrina en 1 año
(3412h/año): ~ 3000 l/año
Consumo de aceite (coste 21€/l):
- MQL exterior: 30 ml/h (102l/año).
- MQL interior: 5 ml/h (17l/año).
Nota: las herramientas ensayadas con taladrina han sufrido rotura prematura, se considera
vida útil hasta el momento de su rotura.
Anexo. Cálculos para la estimación de costes (ii)
Consumo de energía:
Seco
4,56 kWh/1000cm³
Coste: 0,15€/kWh
Seco
0,684 €/cm³
Taladrina
8,97kWh/1000cm³
Taladrina
1,34 €/cm³
MQL
5,98 kWh/1000cm³
MQL
0,9 €/cm³
Coste equipamiento:
Vida útil: 7 años (3412h/año)
Equipamiento taladrina: 18.000 €
Equipamiento MQL: 5.500 €
Taladrina
MQL
0,0126€/min 0,0039€/min
Taladrina
MQL
0,54€/1000cm³ 0,165€/1000cm³