Las tecnologías de enfriamiento y lubricación de las herramientas de corte actualmente utilizadas en la industria metalmecánica van desde la utilización de esquemas manuales de lubricación por brocha hasta sistemas de lubricación interna de inyección de fluidos a través del husillo en líneas automáticas CNC de producción seriada en grandes volúmenes de partes. Estas tecnologías actuales de lubricación en la metalmecánica consumen recursos, que llegan a impactar hasta en un 16% en el costo de producción por pieza (Figura 1)
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Figura 1. Comparativo de costos de herramientas de corte vs. Costo de lubricantes refrigerantes |
Estos costos (adicionales al de adquisición) se componen principalmente de gastos de mantenimiento cotidiano de las emulsiones utilizadas, gastos por disposición final (confinamiento de residuos peligrosos), limpieza de las piezas producidas (eliminación de aceite), secado de la viruta antes de su transporte, gastos por mantenimiento de las relaciones de concentración de las emulsiones y un largo etcétera en el que también se incluyen afectaciones a la salud de los operarios por un constante contacto con estas emulsiones y aceites y el enfriamiento de las mismas después del filtrado. Aún sin producir o produciendo por debajo de las metas fijadas, en los equipos que emplean emulsiones se deben mantener las relaciones de concentración, ya que por su propia naturaleza el agua que la compone sufre evaporación y el aceite utilizado tiende a degradarse, lo que ocasiona también gastos de mantenimiento (adición de aditivos: saponificadores, antiespumantes, biocidas, bactericidas, etc.).
También en los esquemas de lubricación que utilizan aceites de corte tenemos muchas similitudes y otros gastos adicionales como son los relacionados con el enfriamiento adicional que debemos realizar por la capacidad reducida de ceder el calor que transporta por su interacción con las piezas y las herramientas en la zona de corte
LUBRICACIÓN POR CANTIDAD MÍNIMA (MQL)
El ahorrar recursos en los procesos de producción, siempre ha sido ligado al desarrollo de las herramientas de corte en la metalmecánica. Mayor desarrollo de materiales, tecnologías de corte y la combinación de estas con las tecnologías electrónicas de control, empero los desarrollos de las tecnologías de enfriamiento y lubricación en los procesos de corte no han tenido aparentemente mayor evolución.
El reciclado de los fluidos de corte y lubricación han sido hasta la actualidad los mecanismos dominantes en este capítulo de la metalmecánica, sin embargo, estos métodos son hasta cierto punto limitantes e inadecuados por los gastos adicionales que implica su utilización, adicional a los peligros que conllevan, sobre todo en el manejo y la disposición final. Ejemplo de esto es la contaminación de los mantos freáticos por derrames que se tienen de manera cotidiana en la producción o por otro lado el inadecuado desecho de estos en los drenajes.
El sistema de lubricación por cantidad mínima (MQL por sus siglas en inglés –“Minimum Quantity Lubrication”-), es un sistema de lubricación y enfriamiento empleado en la industria metalmecánica contemporánea, desarrollado para minimizar los gastos en este rubro. Consiste en el empleo de una mezcla mecánica de aire comprimido y aceite, es decir de un aerosol, para evitar el oneroso consumo de aceites y emulsiones de aceite y agua. Sin embargo surge la pregunta: ¿Cuánto es mínimo en lo referente a cantidades de lubricante? El estándar alemán DIN define como cantidad mínima un gasto de hasta cincuenta (50) mililitros por hora (ml/hr) de agente lubricante y en casos excepcionales hasta los ciento cincuenta (150) ml/hr. Otros estudios manejan cantidades de hasta quinientos(500) ml/hr., pero este en general es un concepto un tanto subjetivo, ya que no solo depende de la particularidad del mecanizado de las piezas, también depende del material a mecanizar, del método de obtención del mismo, la natural lubricidad de unos materiales respecto a otros, aunado a esto las dimensiones de las herramientas que son otro factor a tomar en cuenta ya que herramientas con dimensiones mayores requerirán de mayores cantidades de fluidos lubricantes.
Como regla de oro se entiende el concepto de cantidad mínima los valores que van de los cinco (5) a los ochenta (80) ml/hr. para herramientas con hasta 40 mm. de diámetro. El no encontrarse dentro de este rango tampoco implica un gran desacuerdo con la definición, ya que no es comparable el gasto con los 30 y hasta 60 litros por hora que se utilizan con los esquemas tradicionales de lubricación-enfriamiento por emulsión o aceite.
UTILIZACIÓN DE LOS SISTEMAS MQL.
El MQL al ser un sistema mecánico, es decir, que mezcla un fluido gaseoso y un líquido, adquiere la forma del contenedor que lo almacena o lo transporta y al ser al mismo tiempo un sistema dinámico debe ser contenido dentro de los conductos de transporte prácticamente hasta el punto donde va a ser utilizado para ser surtido directamente al área de corte. Por ello se distinguen dos tipos de MQL:
- Las de sistema de surtimiento abierto en las que se realiza una nebulización de la mezcla, y
- Las de sistema de surtimiento cerrado en las que se dosifica el aerosol ya sea premezclado (sistemas de una vía) o dosificándolo por goteo programado en los que se utiliza un ducto dual donde un tubo dosificador se encuentra dentro de otro, uno de ellos conduce el aire seco comprimido y el otro surte el aceite por goteo programado al filo de la herramienta (sistema de dos vías),estas son las razones por las que su uso se limita a algunas áreas del mecanizado de partes.
El MQL tiene un mejor desempeño en las áreas donde la aplicación puntual del aerosol creado es realizable, estas áreas son las que utilizan bordes geométricos o filos definidos por ello solo es utilizable en trabajos de aserrado, torneado, escariado (rimado), mandrilado, fresado y barrenado, en los que su desempeño es óptimo. No así en trabajos en los que se utilizan herramientas abrasivas, de tal suerte que el rectificado de partes no es un área en la que se pueda utilizar el MQL ejemplo de estas son los trabajos de rectificado de partes en general, trabajos de asentado (honeado) y lapeado, en los que para eliminar los residuos del mecanizado se requiere de un medio líquido que los barra o arrastre para limpiar los lugares de contacto de los herramentales y cabezales que montan los segmentos o las ruedas abrasivas con la pieza a fin de evitar la adhesión de los residuos del mecanizado.
Dentro de los fabricantes de herramientas, hay quien ha puesto especial énfasis desde la última década del siglo pasado, en el desarrollo de los sistemas MQL de una y dos vías utilizando ductos de refrigeración interconstruidos en las mismas herramientas, desarrollando sistemas de sujeción HSK por contracción mecánica, hidráulica y térmica, patentando a la vez los desarrollos de geometrías de corte y sujeciones especiales de las propias herramientas cortantes (Figura 2).
CONCLUSIONES
El MQL es un sistema cuyas ventajas son significativas:
- Ahorra entre el 8% al 16 % de los costos totales de producción1 y aunque estos valores pueden variar de planta a planta, los ahorros se logran gracias al ahorro en la construcción de los subsistemas de transporte de líquidos refrigerantes lubricantes, no es necesario reciclarlos ya que no los hay.
- Al no tener necesidad de reciclar fluidos no se tiene necesidad de hacer un confinamiento al final de la vida útil de estos.
- Los accidentes que dañan el medio ambiente por derrames se minimizan al manejar cantidades ínfimas de fluidos líquidos.
- La afectación a la salud de los operarios se minimiza también ya que los aerosoles solo están presentes durante el mecanizado.
- El manejo de las virutas es más expedito ya que no debemos secarlas lo que ahorra tiempo en la disposición final de estas.
- Y, sobre todo, la liberación de espacios en las áreas productivas ya que no debemos tener contenedores de reserva y limpieza de fluidos y contenedores de lodos y residuos.
Al requerir de sistemas sofisticados de inyección del aerosol ya sea por arrastre o mezcla directa de aceites estéricos o alcoholes grasos, pudiera pensarse que la utilización del MQL será prohibitiva, sin embargo, los ahorros que se logran al poder utilizar estos en procesos productivos en los que incluyen el maquinado de alta velocidad (HSM por sus siglas en inglés), el maquinado en duro con herramientas de carburo de tungsteno que incluso pueden sustituir a las operaciones tradicionales de rectificado cilíndrico y plano. Aunado a lo anterior también se logra una mayor vida útil de la herramienta las leyes ambientales y la conciencia de preservar el medio ambiente, son dos de los muchos alicientes que se tienen para la implementación de estos sistemas
Referencias:
- The MQL handbook a guide to machining with minimum quantity lubrication Tim Walker. Unist Inc. 2013
- Se utilizaron Referencias de productos y materiales de divulgación de la compañía Guhring KG.
Acerca del Autor
Enrique Eduardo Jasso Cervantes es Ingeniero mecánico egresado de la carrera de producción y explotación de máquinas por la Universidad de la amistad de los pueblos Patricio Lumumba de Moscú. URSS (1980-1984), donde también estudio la Maestría en ciencias en ingeniería: especialista en diseño de herramientas de corte y procesos de manufactura (1984-1986).
Ha laborado en la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla en el área de máquinas-herramienta del departamento de semiconductores del Instituto de ciencias, en el área de máquinas-herramienta del Instituto Nacional de astrofísica, óptica y electrónica en Tonantzintla, Puebla, y actualmente es coordinador del área de capacitación y asistencia técnica de Guhring Mexicana, S.A. de C.V.
Correo electrónico: eduardo.jasso@guehring.de“>eduardo.jasso@guehring.de
