Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta

- 1 - ÍNDICE MEMORIA Índice memoria ..........................................................................................1 Resumen ...................................................................................................4 Resum.......................................................................................................4 Abstract ....................................................................................................5 Agradecimientos.........................................................................................6 Capítulo 1: Introducción.......................................................................7 1.1. Introducción................................................................................ 7 1.2. Objetivo ..................................................................................... 8 1.3. Técnicas experimentales............................................................... 8 Capítulo 2: Consideraciones teoricas..................................................10 2.1. Aspectos generales .................................................................... 10 2.2. Desgaste en las herramientas de corte ......................................... 12 2.2.1. Mecanismos a través de los cuales se produce el desgaste en las herramientas de corte ........................................................................13 2.3. Tipos de desgastes en las herramientas de corte ........................... 15 2.4. Tipos de viruta producidas en el corte .......................................... 22 2.5. Temperatura y generación de calor en la zona de corte .................. 26 2.5.1. Temperatura en la zona de corte ..............................................26 2.5.2. Fenómeno de generación de calor.............................................28 2.6. Rugosidad superficial.................................................................. 30 2.6.1. Factores que influyen en la rugosidad superficial ........................31 2.6.2. Definición de los parámetros de rugosidad superficial..................32 2.7. Fluidos de corte......................................................................... 32 2.7.1. Objetivo del uso de fluidos de corte ..........................................33 2.7.2. Clasificación de los fluidos........................................................34 2.7.3. Requerimientos de los fluidos de corte ......................................37 2.7.4. Tipos de alimentación de los fluidos en el corte ..........................38 2.7.5. Contaminación de los fluidos de corte........................................40 2.7.6. Tecnologías aplicadas en la destrucción del fluido ......................42 2.7.7. Problema a resolver en los fluidos de corte ................................43 2.7.8. Hipótesis a desarrollar.............................................................43 Daniel Padilla Montes - 2 - Capítulo 3: Experimentos desarrollados para validar el fluido de corte ...........................................................................................................44 3.1. Descripción de la instalación........................................................ 44 3.1.1. Maquina herramienta ..............................................................44 3.1.2. Herramienta y porta herramientas utilizados en los experimentos.45 3.1.3. Probetas utilizadas en los ensayos ............................................46 3.1.4. Aparato de medición de la rugosidad superficial..........................48 3.2. Experimento realizado para la medición de la temperatura y la rugosidad superficial obtenida en la pieza sin fluido de corte..................... 50 3.2.1. Introducción ..........................................................................50 3.2.2. Medición de Ra.......................................................................52 3.2.3. Medición de Rz .......................................................................54 3.2.4. Medición de temperatura .........................................................55 3.3. Experimento realizado para la medición de la temperatura y rugosidad superficial obtenida en la pieza con fluido patrón..................................... 56 3.3.1. Introducción ..........................................................................56 3.3.2. Medición de Ra.......................................................................57 3.3.3. Medición de Rz .......................................................................59 3.3.4. Medición de temperatura .........................................................61 3.4. Experimento realizado para la medición de la temperatura y rugosidad superficial obtenida en la pieza con fluido DATO...................................... 62 3.4.1. Introducción ..........................................................................62 3.4.2. Medición de Ra.......................................................................63 3.4.3. Medición de Rz .......................................................................66 3.4.4. Medición de temperatura .........................................................69 3.5. Mediciones de desgaste .............................................................. 71 3.6. Caracterización química del fluido patrón ...................................... 71 3.6.1. Medición del pH......................................................................71 3.6.2. Análisis organoléptico..............................................................72 3.7. Caracterización química del fluido DATO ....................................... 73 3.7.1. Medición de pH.......................................................................73 3.7.2. Análisis organoléptico..............................................................73 Capítulo 4: Análisis de resultados.......................................................75 4.1. Introducción.............................................................................. 75 4.2. Análisis de los resultados de las mediciones de Rugosidad superficial 75 4.2.1. Resultados para Ra.................................................................75 4.2.2. Resultados para Rz .................................................................77 Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 3 - 4.3. Análisis de los resultados de los valores de temperatura medidos .... 78 4.4. Análisis de los resultados de la medición del desgaste de la herramienta ....................................................................................... 80 4.5. Comentarios que se pueden extraer de los experimentos................ 81 Capítulo 5: Valoración económica.......................................................82 5.1. Coste del proceso de fabricación de los útiles y probetas para los experimentos...................................................................................... 82 5.1.1. Introducción ..........................................................................82 5.1.2. Coste porta-probeta................................................................83 5.1.3. Coste de las probetas..............................................................83 5.1.4. Coste tuerca ..........................................................................84 5.1.5. Coste contra-tuerca ................................................................84 5.1.6. Coste total de fabricación de útiles y probetas para los experimentos 85 5.2. Coste de los experimentos. ......................................................... 85 5.2.1. Introducción ..........................................................................85 5.2.2. Cálculo de los tiempos en los experimentos ...............................85 5.2.3. Coste del experimento en seco.................................................87 5.2.4. Coste del experimento con fluido patrón....................................88 5.2.5. Coste del experimento con fluido DATO .....................................88 5.3. Coste total................................................................................ 89 Capítulo 6: Conclusiones y recomendaciones .....................................90 6.1. Conclusiones ............................................................................. 90 6.2. Recomendaciones y trabajos futuros ............................................ 90 Capítulo 7: Bibliografía.......................................................................92 7.1. Bibliografía................................................................................ 92 7.2. Páginas Web ............................................................................. 93 Daniel Padilla Montes - 4 - RESUMEN El presente proyecto tiene por objetivo la validación de un fluido de corte. Este fluido esta pensado para minimizar el impacto ambiental y garantizar la seguridad de las personas que trabajan con él, ya que se ha realizado con materiales no perjudiciales. En su desarrollo se ha empleado un software estadístico (Minitab), realizando un diseño experimental para reducir el número de experimentos a realizar. Por otra parte, los experimentos se han realizado en taller, pudiendo así estudiar el comportamiento del fluido en operaciones reales de corte. Se realizan tres experimentos con las mismas características, con la única diferencia que el primero se realiza sin fluido de corte, en el segundo se aporta un fluido actualmente en el mercado y el último se lleva a cabo con un fluido diseñado para este trabajo llamado DATO. El objetivo de realizar el experimento sin fluido y con un fluido comercial, es obtener unos valores reales de desgaste de la herramienta, rugosidad superficial y temperatura en la zona de corte, para poder compararlos con los valores obtenidos en el experimento con el fluido DATO. El fluido obtenido cumple una de las dos propiedades que tiene que tener un fluido, que es el poder de refrigeración, la segunda propiedad es la lubricación, que en este caso los valores obtenidos no son mucho mayores que los obtenidos en seco y con fluido patrón, pero se necesitaría seguir diseñando nuevas formulaciones. Por otro lado el desgaste que sufre la herramienta es menor que el desgaste obtenido con el experimento en seco y con el fluido patrón. RESUM El present projecte té per objectiu la validació d’un fluid de tall. Aquest fluid està pensat per minimitzar l'impacte ambiental i garantir la seguretat de les persones que treballen amb ell, ja que s’ha realitzat amb materials no perjudicials. En el seu desenvolupament s’ha emprat un programari estadístic (Minitab), realitzant un disseny experimental per reduir el nombre d’experiments a realitzar. D’altra banda, els experiments s’han realitzat al taller, podent així estudiar el comportament del fluid en operacions reals de tall. Es realitzen tres experiments amb les mateixes característiques, amb l'única diferència que el primer es realitza sense fluid de tall, en el segon s’aporta un fluid actualment en el mercat i l’últim es duu a terme amb un fluid dissenyat per a aquest treball anomenat DATO. L’objectiu de realitzar l’experiment sense fluid i amb un fluid comercial, és obtenir uns valors reals de desgast de l’eina, rugositat superficial i temperatura a la zona de tall, per poder comparar-los amb els valors obtinguts en l’experiment amb el fluid DATO. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 5 - El fluid obtingut compleix una de les dues propietats que ha de tenir un fluid, que és el poder de refrigeració. La segona propietat que és la lubricació, en aquest cas els valors obtinguts no són molt més grans que els obtinguts en sec i amb fluid patró, però caldria seguir dissenyant noves formulacions. D’altra banda el desgast que pateix l’eina és menor que el desgast obtingut amb l’experiment en sec i amb el fluid patró. ABSTRACT The objective of this project is to validate a cutting fluid. This fluid is creating to minimize environmental impact and ensure the safety of people working with it, because it is made with non-harmful materials. To develop the project statistical software (Minitab) has been used, making an experimental design to reduce the number of experiments to be performed. Moreover, the experiments were performed in a workshop, making possible the study of the fluid’s behaviour in real cutting operations. Three different experiments were performed with the same characteristics. The difference between them is that the first is performed without cutting fluid, on the second a commercial cutting fluid is used, and the third is performed with the fluid designed in this project called DATO. The aim of the first and the second experiment is to obtain real values of tool wear, surface roughness and temperature in the cutting area, so they can be compared with the values obtained in the experiment with the fluid DATO. The obtained fluid has one of the two properties that a cutting fluid must has, which is cooling power. The second property is lubrication. The obtained values in this case, are not much higher than those obtained in dry conditions and using fluid pattern. New formulations would have to be designed to increase the lubrication properties of DATO. On the other hand, the tool wear obtained with DATO, is less than the obtained in the dry experiment and with the fluid pattern. Daniel Padilla Montes - 6 - AGRADECIMIENTOS Me gustaría agradecer con este escrito a mi familia y a las personas que me han apoyado. En especial a mi mujer por su paciencia durante mi etapa en la escuela y en la elaboración de este Proyecto Final de Carrera. Agradecer también a mi tutor Antonio Travieso Rodríguez, que me haya guiado en la ejecución de este trabajo. Sin su ayuda no hubiera sido posible la realización del mismo. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 7 - CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 1.1. Introducción La transformación de la forma de los materiales por cualquier proceso de arranque de virutas, juega un papel fundamental en la elaboración de piezas. El objetivo fundamental de este proceso es obtener piezas con una configuración geométrica requerida y un acabado deseado. El proceso consiste en arrancar de la pieza bruta, el excedente de material por medio de herramientas de corte y máquinas adecuadas para estas operaciones. Hoy en día las producciones de piezas mediante este proceso han aumentado, tanto por la demanda, como por las exigencias de las mismas. Para poder satisfacer el mercado, los procesos de fabricación se ven obligados a sacarle todo el potencial a las máquinas, viéndose obligados a trabajar a regímenes de corte muy violentos, sobre todo a muy altas velocidades de corte. No siempre los procesos de obtención de piezas se desarrollan satisfactoriamente ya que existen factores que afectan el resultado esperado en la calidad de las piezas; traduciéndose en un aumento del número de piezas rechazadas y por consiguiente en un aumento del coste de producción. Uno de los factores que más influye en este aspecto es el desgaste del filo de la herramienta. Este desgaste es debido a varios factores mecánicos y químicos que actúan sobre el filo de la herramienta, que se ve incrementado por el aumento de la temperatura en la zona de corte. Este aumento es debido al rozamiento entre viruta-herramienta-pieza, a grandes presiones que sufre el conjunto y al proceso de formación de la viruta. Daniel Padilla Montes - 8 - Este efecto calorífico se puede disminuir con el empleo de un fluido de corte que sea capaz de arrastrar el calor que se genera en el conjunto y lubricar la zona de rozamiento. La primera solución que se obtuvo para la disminución de la temperatura en la zona de corte, fue la utilización de agua como fluido refrigerante. Según dice Micheletti, G., [3], en 1890 en las pruebas realizadas por F. W. Taylor, existían fábricas provistas de instalaciones de tuberías que permitían enviar una corriente de agua, saturada con sosa para evitar oxidaciones, sobre las herramientas para facilitar el corte y disminuir la temperatura, lo cual garantizaba solo el arrastre de calor. En esta misma época se habían iniciado los primeros ensayos con aceite mineral, el cual fue tomando importancia como elemento de lubricación, producto de las probadas propiedades que contiene los aceites. La utilización de aceites, tanto en emulsiones como puros, ha jugado un papel decisivo en el desarrollo de las máquinas herramientas. En el caso de las emulsiones aceite-agua, se resuelve, tanto el problema de arrastre de calor como la lubricación, esto es debido a que cada fluido aporta sus propiedades ya comentadas. Debido a esto se han desarrollado diferentes fluidos de corte y hoy en día aun se investigan nuevas posibilidades. 1.2. Objetivo Producto de la necesidad comentada anteriormente de encontrar nuevos fluidos de corte que se adapten a las nuevas necesidades de los procesos de fabricación actuales, en este trabajo, se trazó como objetivo fundamental la validación de un nuevo fluido de corte. Este fluido de corte tiene como características fundamentales que es biodegradable, está fabricado a partir de productos naturales abundantes en la naturaleza y su poder de contaminación y de afección a la salud de los operarios son mínimas. Para realizar la validación de dicho fluido se evaluaron algunas de las principales propiedades que debe poseer el mismo, como la estabilidad durante el corte y el almacenamiento y crecimiento de bacterias y elementos patógenos que ocurren en él. También se tienen en cuenta otros parámetros que caracterizan su benevolencia como son su capacidad de disminuir el rozamiento en la zona de corte , o lo que es lo mismo su poder de lubricación, a través de la medición del desgaste de la herramienta; su capacidad de disminuir la temperatura de trabajo, o su poder refrigerante, a través de las mediciones de las temperaturas en la zona de corte y como ayuda éste a mejorar el acabado superficial que queda en las piezas que se elaboran, midiendo para ello la rugosidad superficial en las piezas elaboradas. 1.3. Técnicas experimentales Para los experimentos se realizaron pruebas de mecanizado con diferentes regímenes de corte. En primer lugar se realizaron pruebas de mecanizado en Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 9 - seco. En una segunda etapa estas pruebas se realizaron con un fluido de corte soluble BESOL 455 comercializado por la empresa BRUGAROLAS, el cual sirvió como patrón de comparación para evaluar cada una de las variables en el fluido a estudiar. Por último se desarrollaron las mismas pruebas utilizando el fluido en estudio. Para llevar a cabo las diferentes pruebas se utilizaron técnicas de diseño estadístico de experimentos (DOE), con el objetivo de realizar la menor cantidad de experimentos posibles. Daniel Padilla Montes - 16 - 1. Desgaste de flancos de incidencia. Este desgaste tiene lugar en los flancos de incidencia del filo, principalmente es debido al fenómeno de desgaste por abrasión. Un excesivo desgaste de flanco conducirá a un empeoramiento en la calidad superficial, deterioro de la precisión dimensional e incremento del rozamiento como consecuencia de la transformación geométrica. Figura 3. Desgaste de flancos. (Travieso, A. & Nápoles, A., [5]) 2. Desgaste de cráter. Se produce en la cara de la misma y puede ser debido a la abrasión y al fenómeno de desgaste por difusión. El cráter está generado por el desprendimiento de partículas del material de la herramienta, teniendo lugar sobre la cara de desprendimiento de la misma, también puede estar originado por el efecto de afilado que provocan las partículas duras o por la acción de difusión de la parte caliente de la cara de la viruta en contacto con la herramienta y el material de ésta. La elevada dureza, dureza en caliente y mínima afinidad entre materiales minimizan la tendencia al desgaste de cráter. El excesivo desgaste de cráter modifica la geometría de corte de la herramienta y puede dar lugar a una mala formación de viruta, cambiando así mismo las direcciones de la fuerza de corte y debilitando el filo de la herramienta. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 17 - Figura 4. Desgaste de cráter. (Travieso, A. & Nápoles, A., [5]) 3. Desgaste por deformación plástica. Tiene lugar como resultado de la combinación de altas temperaturas y presiones sobre el filo. Altas velocidad de corte, grandes avances y materiales de pieza duros, dan como resultado compresión y calor. Es esencial el mantenimiento de la dureza en caliente para la estabilidad del material de la herramienta y evitar así la deformación plástica. El típico abombamiento del filo de corte provocara a altas temperaturas, deformación geométrica, desviaciones de flujo de virutas y seguirá hasta alcanzar un estado crítico. El tamaño del refuerzo del filo y la geometría del corte son de una gran importancia para combatir este tipo de deterioro de la herramienta. Figura 5. Desgaste por deformación plástica. (Travieso, A. & Nápoles, A., [5]) Daniel Padilla Montes - 18 - 4. Desgaste en forma de mella. Es un desgaste típico por adhesión pero puede formarse también, por el fenómeno de oxidación. La mella puede formarse en el filo de corte por una parte del material, localizándose así el desgaste al final de la profundidad de corte donde el aire, entra en contacto con la zona de corte. Este desgaste se extiende por el filo de corte de una manera mecánica en materiales duros. Una excesiva mella de desgaste afecta a la calidad del acabado superficial y eventualmente origina un debilitamiento del filo de corte. Figura 6. Desgaste en forma de mella. (Travieso, A. & Nápoles, A., [5]) 5. Desgaste por fisuras térmicas. Las fisuras son debidas principalmente a un desgaste por fatiga como consecuencia de un ciclo térmico; sobre todo por cambios de temperaturas que se producen en un corte alternativo como el fresado y que pueden dar lugar a este tipo de desgaste. La disposición de las fisuras, perpendiculares a la arista de corte, hace que puedan desprenderse partículas del mismo. Estas articulas, del material d la herramienta, pueden convertirse ellas mismas en un riesgo que ayuden a destruir el propio filo de corte. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 19 - Figura 7. Desgaste por fisuras térmicas. (Travieso, T. & Nápoles, A., [5]) 6. Fisuras por fatiga mecánica. Pueden tener lugar cuando el choque de las fuerzas de corte es excesivo. Esta fractura es debida a la continua variación en la carga sobre la herramienta en donde esta por si misma, no es lo bastante grande para causar la fractura. El comienzo del corte y las variaciones de la magnitud de la sus fuerzas y dirección pueden ser demasiadas para la resistencia y tenacidad de la herramienta. Estas fuerzas se producen principalmente en la dirección del filo de corte. Figura 8. Desgaste por fatiga mecánica. (Travieso, T. & Nápoles, A., [5]) Daniel Padilla Montes - 20 - 7. Desgaste por astillamiento del filo. Se produce cuando la arista del corte se rompe mas que se desgasta. Esta fatiga, normalmente de ciclos de carga alternativa, hace que las partículas del material de la herramienta rayen la superficie del propio material del que proceden. El corte intermitente es con frecuencia causa de este tipo de desgaste. Una cuidadosa inspección del filo indicará cuando tiene lugar el astillamiento o el desgaste del flanco de incidencia. Una microfracturacion y mellado son variantes de este tipo de destrucción del filo. Figura 9. Desgaste por astillamiento. (Travieso, T. & Nápoles, A., [5]) 8. Desgaste por fractura. Puede ser un final catastrófico del filo. Un alto grado de deterioro es el más perjudicial y deberá ser evitado siempre que sea posible. La rotura del filo es, con frecuencia, el final de la línea hacia otros procesos o tipos de desgaste. El cambio de geometría, el debilitamiento del filo y el incremento de las temperaturas y fuerzas, llevarán eventualmente a mayor destrucción del filo, con fuertes datos de corte o desde la demanda de material de pieza puede ser el resultado de varios factores de tensión sobre el material de herramienta incapaz de hacer frente a la demanda operativa. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 21 - Figura 10. Desgaste por fractura. (Travieso, T. & Nápoles, A., [5]) 9. Formación del filo de aportación. También se le conoce como filo recrecido. Está mayormente relacionado con la temperatura y la velocidad de corte, en relación al fenómeno puede ser también el resultado de un material muy blando por parte de la pieza y de otro tipo de desgaste. Esto es negativo para el filo de corte, así como el cambio de geometría del mismo y las propias partículas del material de la herramienta que pueden venir soldadas con el material de la pieza dando forma al aglomerado del filo. La afinidad entre los materiales de pieza y herramienta, desempeña un papel importante, así como las bajas temperaturas y bajas presiones que conducirán a la condición de soldadura del material de la viruta con la superficie de ataque de la herramienta. Daniel Padilla Montes - 22 - Figura 11. Desgaste por formación del filo de aportación. (Travieso, T. & Nápoles, A., [5]) 2.4. Tipos de viruta producidas en el corte La clase de viruta producida afecta mucho al acabado superficial de las piezas y a las operaciones generales de corte, por ejemplo, a la vida útil de la herramienta, la vibración y el traqueteo según dice Micheletti, G., [3]. A continuación se detallan los tipos de viruta: a) Virutas discontinuas. Este tipo de viruta se puede formar por las siguientes condiciones: • Materiales frágiles en la pieza porque no tienen la capacidad de absorber las grandes deformaciones cortantes que se presentan en el corte. • Velocidades de corte inadecuadas. • Grandes profundidades de corte. • Ángulos de ataque bajos. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 23 - • Falta de un fluido de corte eficaz. Figura 12. Virutas discontinuas. (Micheletti, G., [3]) Si no tiene la rigidez suficiente, la máquina-herramienta puede comenzar a vibrar. Esto es perjudicial para el acabado superficial y la exactitud dimensional de la pieza mecanizada y puede dañar la herramienta o causar demasiado desgaste. b) Virutas escalonadas o segmentadas. Se trata de virutas semicontinuas, con zonas de baja y alta deformación por cortante. Los metales con baja conductividad térmica y resistencia que disminuye rápidamente con la temperatura, como el titanio, muestran este comportamiento. Daniel Padilla Montes - 24 - Figura 13. Virutas escalonadas. (Micheletti, G., [3]) c) Virutas continuas. Estas se suelen formar en materiales dúctiles a grandes velocidades de corte y/o grandes ángulos de ataque. En general producen buen acabado superficial, aunque no siempre son deseables, en especial en las máquinas controladas por CNC. Estas virutas tienden a enredarse en el porta herramientas, en los soportes y en la propia pieza obligando a parar la operación para quitarlas. Este problema se puede evitar con los rompe virutas y combinando los parámetros de mecanizado, como la velocidad de corte, el avance y el fluido de corte. Figura 14. Viruta continúa. (Micheletti, G., [3]) Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 25 - d) Virutas onduladas. En todas las operaciones de corte en los metales y en los materiales no metálicos, como plásticos y madera, las virutas desarrollan una curvatura al salir de la superficie de la pieza. En general, el radio de curvatura baja a medida que se disminuye la profundidad de corte. También el uso de de fluidos de corte influye sobre la formación de estos rizos. Figura 15. Viruta ondulada. (Micheletti, G., [3]) e) Viruta continúa con filo de aportación. Una viruta de borde acumulado, consiste en capas de material de la pieza mecanizada, que se depositan de forma gradual sobre la herramienta. Al hacerse más grande esta viruta se hace inestable y finalmente se rompe. Es uno de los factores que afecta de forma mas adversa al acabado superficial. Figura 16. Viruta con filo de aportación. (Micheletti, G., [3]) Daniel Padilla Montes - 32 - 2.6.2. Definición de los parámetros de rugosidad superficial 1. Rsm (Raíz media cuadrática). Es un parámetro fundamental para verificar si la medición de rugosidad esta bien realizada. El Rms mide el espaciado medio entre picos de rugosidades en una longitud de muestreo. Un parámetro muy superior al avance, significa que no se esta evaluando la superficie perpendicularmente a las marcas de rugosidad y por tanto el resultado es erróneo. 2. Ra (Desviación aritmética media), Rq (desviación media cuadrática). La línea media es una línea de referencia paralela al perfil que para una longitud de muestreo, divide a éste de modo que la suma de las áreas superiores e inferiores que forman el perfil con ella, sean iguales. Ra es igual a la suma de los valores absolutos de dichas áreas divididas por la longitud de muestreo. Rq es la raíz cuadrada de la suma de las áreas al cuadrado, dividida por la longitud de muestreo. Ambos parámetros no dan una idea global del valor de la rugosidad sin tener en cuenta los picos y valles. 3. Rz (Máxima altura del perfil). Indica la altura entre el pico máximo y el valle mínimo. Este valor es ampliamente utilizado y debe vigilarse al ofrecer valores, ya que antiguamente, según la ISO 4287-1:1997 el cálculo del parámetro era diferente al actual, aunque similar conceptualmente. 4. Rc (Altura media del perfil). Es la suma de los valores medios de las alturas de los picos y profundidades de los valles para una longitud de evaluación. 5. Rt (Altura total del perfil). Indica la altura entre el pico máximo y el valle mínimo como Rz pero para una longitud de evaluación. Por ello será siempre mayor que Rz. 2.7. Fluidos de corte Los fluidos de corte son una serie de productos con un alto poder lubricante y refrigerante, empleados mayoritariamente en la industria del mecanizado metálico y como fluidos de corte y mecanizado en las operaciones donde existe un contacto directo entre la pieza en construcción y la herramienta empleada. Los fluidos de corte optimizan las condiciones físico-químicas de la zona de contacto entre metales prolongando la vida de las herramientas y reduciendo la energía de fricción. Además refrigeran para evitar un sobrecalentamiento de piezas y herramientas, evacuan limaduras, evitan óxidos, eliminan gérmenes y bacterias, etc. Con el paso del tiempo, las propiedades de los fluidos van desapareciendo (fenómeno conocido con el nombre stress mecánico), a la vez que aparecen una serie de contaminantes, que reducen aún más sus propiedades y rendimientos, Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 33 - entre los que destacan principalmente los aceites externos procedentes de fugas de los circuitos hidráulicos y de engrase, lubricantes, partículas sólidas metálicas, microorganismos, restos de trapos de limpieza, polvo ambiental, etc. La perdida de propiedades del producto obliga al usuario a desechar los fluidos cuando el resultado final del mecanizado no es óptimo, la composición inicial ha sufrido alteraciones, aparecen olores debido a procesos de descomposición microbiológico, existe una elevada concentración de contaminantes, etc. La combinación de agentes externos, unidos a los componentes propios del fluido en cuestión, hacen que estos productos, una vez agotada su vida, sean residuos altamente contaminantes, tanto para los usuarios como para el medio ambiente. 2.7.1. Objetivo del uso de fluidos de corte Una de las formas de disminuir el calor en los procesos de corte, es mediante la utilización de fluidos de corte, los cuales poseen las siguientes propiedades. 1. Refrigeración; El calor producido en el corte, hace que aumente la temperatura del conjunto pieza-herramienta-viruta. El filo de la herramienta tiene una temperatura máxima admisible para no perder propiedades anteriormente explicadas y pueden aparecer tensiones que deformen la pieza. Al utilizar un refrigerante se rebaja la temperatura del conjunto y con ello la temperatura del filo esta controlada de manera que se asegura su duración durante el proceso, por otra parte se puede aumentar la velocidad de corte. 2. Engrase; Debido a la lubricación, se reduce el consumo de fuerza, se desgasta menos el filo y la herramienta trabaja sin vibraciones. Además se protege la pieza y la máquina contra la oxidación. 3. Expulsión de la viruta; Con la única finalidad de que no afecte al acabado superficial pudiendo rayar la parte de la pieza ya elaborada. 4. Mejora del acabado superficial. También es necesario que los fluidos de corte posean las siguientes propiedades físicas: • Propiedades anticorrosivas y antioxidantes. • Conservación de la resistencia del compuesto químico durante su almacenamiento y explotación. • Inocuidad para la membrana mucosa y epidermis de las personas. • Los componentes que entran en el compuesto de las sustancias refrigerantes no deben ser escasos. • Deben tener alta conductividad térmica y capacidad calorífica volumétrica. Según sea la operación a realizar, se necesita un tipo de fluido con mejores propiedades refrigerantes o lubricantes. Cuando se mecanizan grandes espesores se emplean velocidades de corte bajas (operaciones de desbaste). En éste régimen de trabajo se reduce la producción de calor por deformación, pero las fuerzas de fricción aumentan. En estos casos la lubricación es la propiedad más Daniel Padilla Montes - 34 - importante que debe poseer el fluido. En cambio, en espesores pequeños, se utilizan velocidades de corte muy altas (operaciones de acabado). En este caso, las fuerzas de fricción son relativamente bajas, pero las altas velocidades producen calor muy rápidamente. Esto requiere un enfriamiento rápido, por lo tanto la refrigeración es lo más importante. 2.7.2. Clasificación de los fluidos En el mercado actual existen varios tipos de fluidos, según su composición y características; íntegros, sintéticos, semi-sintéticos y basados en emulsiones de aceite, con la característica común que se presentan como concentrados y deben ser diluidos en agua en el propio taller. En la mayoría de los casos contienen aditivos azufrados de extrema presión, en un 70% de los casos parafinas cloradas y cada vez más aceites sintéticos (poli glicoles y ésteres). Los tres últimos tipos nombrados anteriormente son soluciones acuosas diluidas al 3,5% como media. El pH se sitúa en un ámbito ligeramente alcalino (8-10). Los fluidos de corte pueden contener todas o parte de las sustancias siguientes: • Aceites minerales. • Aceites animales o vegetales. • Aceites sintéticos. • Emulgentes. (Catiónicos, Aniónicos, No iónicos). • Inhibidores de corrosión. (Nitritos, Aminas, Boratos, Carbonatos). • Bactericidas-fungicidas. • Aditivos de extrema presión. (Parafinas Cloradas, aditivos azufrados, aditivos fosforados, aceites minerales, grasas, alcohol). • Humectantes o estabilizantes. • Antiespumantes. • Acomplejantes. • Metales pesados. Existen diferentes tipos de fluidos que se agrupan en dos grandes grupos de acuerdo a su propiedad más significativa: 1. Refrigeración a) Aceites minerales emulsificados. Se trata de un compuesto de aceites parafínicos y nafténicos con gran contenido de aditivos como son: • Lubricantes de extrema presión. • Lubricantes polares. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 35 - • Emulsificantes. • Bactericidas. Con este tipo de aceites se logro sustituir en muchos procesos a los aceites de corte puros por emulsiones entre 5 y el 15%. b) Aceites semisintéticos. Compuestos con muy poco aceite mineral, usualmente en un intervalo del 5 al 15%, junto con el siguiente paquete de aditivos: • Lubricantes de extrema presión. • Lubricantes polares. • Emulsificantes. • Antioxidantes. • Bactericidas. Es un producto especial para las operaciones de mecanizado de metales, especialmente en líneas transfer con sistemas centralizados. Ventajas: • Mayor resistencia al ataque bacteriano. • Mayor detergencia y bajo contenido de aceites, que permiten máquinas y áreas de trabajo limpias. • Alto poder refrigerante, que permiten incrementar la vida de la herramienta y aumentar la velocidad de la operación. • Minimización de la contaminación ambiental a la hora de ser desechados. c) Aceites sintéticos. Este tipo de producto no contiene aceite mineral y forman soluciones transparentes en agua. Su uso esta enfocado principalmente a mecanizados ligeros y rectificados o pulidos. Permiten obtener súper acabados, al mantener siempre limpias las piedras y herramientas abrasivas. Contienen poderosos sistemas anticorrosivos que permiten dar la protección de película necesaria a las piezas mecanizadas, mientras estas esperan a entrar en ensamble o a otras operaciones o procesos. Ventajas: • Buenos disipadores de calor. • Alto grado de limpieza en la superficie de máquinas y áreas de trabajo. • Alta detergencia. • Buena visibilidad al trabajar las piezas. • Película residual fácil de remover. • Excelente protección bacteriana. Daniel Padilla Montes - 36 - • Minimizan la contaminación ambiental. d) Aceites neosintéticos. Un fluido neosintético es un fluido sintético cuya base es un éster complejo, formado por una emulsión o microemulsión. Entre sus aplicaciones podemos destacar: • Barrenados, rimados y machuelados críticos en aluminio. • Mecanizado de fundición gris. • Barrenado y brochado de acero. • Rectificados de acero. Ventajas: • Incrementa la vida de la herramienta. • Buen acabado superficial. • Limpieza de las áreas de trabajo. • Buena lubricación. • Excelente protección anticorrosiva. e) Aceites bioestáticos. Fluidos bacteriostáticos y/o fungistáticos, sin la presencia de ningún bactericida o fungicida en su composición. Los hay de tres tipos: sintéticos, semisintéticos y aceites emulsificables. Esto aporta una solución integral a los problemas de desarrollo de hongos y bacterias. Ventajas: Reducción del coste aplicado en la utilización de estas emulsiones por reducciones en su consumo. Eliminación de malos olores. Economías de energía eléctrica, al no tener que recircular el fluido los fines de semana o en otros periodos de paro. Reducción sensible en la utilización de bactericidas. Se minimiza la formación por las bacterias de subproductos agresivos. Menores costes de tratamiento de desecho, por la larga vida de las emulsiones. 2. Lubricación. 3. Aceites puros. f) Aceites minerales. g) Mezclas. h) Compuestos (con aditivos). Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 37 - 2.7.3. Requerimientos de los fluidos de corte Con el objetivo de preservar en buenas condiciones el fluido de corte a utilizar, se requiere seguir una serie de pasos en su utilización. En primer lugar durante el almacenamiento y en segundo lugar durante el uso del mismo. 1. Condiciones de almacenamiento. Debe garantizarse una protección fundamentalmente contra las variaciones de las altas temperaturas. Se debe evitar lugares húmedos que propicien la formación de microorganismos. 2. Condiciones durante el uso. a) Preparación de la solución. Es extremadamente importante que la preparación de la emulsión sea hecha correctamente, con el fin de que el fluido de corte sea estable. b) Limpieza de la máquina. La limpieza de la máquina debe hacerse cumpliendo las siguientes recomendaciones para evitar la contaminación del fluido de corte. • Extraer el fluido viejo del deposito de la máquina, asegurándose de que todas las partes del funcionen correctamente. • Eliminar todo tipo de cuerpos extraños del tanque y tuberías. • Inspeccionar el sistema antes de verter cualquier fluido. • Cargar el sistema hasta el nivel adecuado con una solución limpiadora. • Bombear la solución a través del circuito alrededor de treinta minutos más para sistemas muy contaminados. • Limpiar las superficies de la máquina. • Volver a vaciar el sistema. • Se vuelve a llenar el sistema hasta la cantidad adecuada con una mezcla del fluido diluido, con el fin de enjugarlo, se debe recircular al menos durante dos horas. • Vaciar de nuevo el depósito. • Seguidamente llenar el sistema con fluido de corte con la concentración adecuada y recircularlo durante dos horas. • Comprobar el fluido de corte en laboratorio. c) Parámetros a controlar durante el trabajo. Con el uso, los fluidos de corte tienden a perder algunas de sus propiedades, por esto es necesaria la verificación de éstas cada cierto tiempo. Algunos de los síntomas más frecuentes de la pérdida de propiedades son: • Mal olor. Daniel Padilla Montes - 38 - • Manchas de óxidos en piezas y maquinaria. • Pérdida prematura del filo de corte de la herramienta • Disminución de la productividad. Las verificaciones a realizar son las siguientes: • Estabilidad de la emulsión. • Crecimiento microbiano. • Variación del pH. • Disminución de elementos activos. Además de analizar todos estos aspectos importantes a la hora de utilizar fluidos de corte, también es necesario prestar atención a la zona donde debe incidir dicho fluido. Cálculos termofísicos demuestran, que el enfriamiento de la superficie superior de la viruta durante el corte, no conlleva un cambio significativo de la temperatura en la superficie de contacto. Esto se explica, debido a que la velocidad de emisión térmica de la viruta hacia el medio refrigerante es mucho menor que la velocidad de movimiento de la viruta en la superficie de ataque y por esto la temperatura de la superficie de contacto no tiene tiempo para reducirse. La reducción de ésta temperatura en la superficie de ataque puede ser asegurada solo con la intensificación de la emisión térmica de la viruta hacia la herramienta. Este es el efecto principal del enfriamiento. Por esto el objetivo del enfriamiento debe ser la herramienta y no la pieza ni la viruta. La efectividad del uso de las sustancias refrigerantes, además de la composición química, depende del tipo de alimentación y del lugar de su dirección, de la velocidad de alimentación, de las dimensiones de las partículas de las sustancias que forman el baño y su temperatura. Científicos rusos, comprobaron que las propiedades del fluido de corte pueden ser mejoradas con la adición de pequeñas cantidades (0,1 a 1%) de sustancias tensoactivas. Estas sustancias reducen la energía de la superficie del líquido y además mejoran el poder engrasador de éste. Tales sustancias incluyen ácidos orgánicos y sus sales, así como sustancias orgánicas. 2.7.4. Tipos de alimentación de los fluidos en el corte Existen varias maneras de conducir, alimentar o aplicar el fluido hacia la zona de corte que se desea refrigerar y lubricar. A continuación se explica brevemente los cuatro tipos de alimentación: 1. Por la parte superior. La refrigeración se realiza por la superficie de ataque, con la corriente del fluido impulsada por la bomba y ayudada por la caída libre. Este tipo de alimentación se utiliza ampliamente en la práctica porque los sistemas de refrigeración de las máquinas permiten hacer esta realización sin realizar ningún gasto complementario. Al mismo tiempo este método es de Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 39 - menor efectividad porque primeramente se enfría la viruta y solo después el líquido calentado cae sobre la superficie de la herramienta. Para la reducción de la temperatura del fluido hay que aumentar su gasto hasta 10 o 12 l/min. Los sistemas de refrigeración de las máquinas herramientas, son cerrados de múltiples circulaciones, y por esto, para que el fluido tenga tiempo de enfriarse hasta la temperatura ambiente, hay que aumentar la capacidad de los tanques o proveer al sistema de radiadores especiales que sirven para la refrigeración del fluido. Este método incrementa la duración del filo de la herramienta de 2 a 4 veces más comparado con el trabajo en seco (sin fluido refrigerante). 2. Por la superficie de incidencia. En este caso se realiza la refrigeración por la parte inferior, donde se encuentra la superficie de incidencia. Este sistema, normalmente se utiliza con líquidos atomizados. En la boquilla especial, que sirve para la pulverización del fluido, se aporta aire comprimido desde el conducto principal con una presión de 2 a 3 bares. En la salida de la boquilla se pulveriza con la corriente de aire, formando un aerosol que enfría la zona de corte. La alta velocidad de la corriente (hasta 300m/s) del fluido atomizado, contribuye a la evacuación intensiva del calor en la zona de corte, incluyendo la herramienta. La elevación de la capacidad de trabajo de las herramientas durante la refrigeración mediante líquidos atomizados es de 2 a 6 veces al comparar con la duración del filo en el trabajo sin refrigerante. Las particularidades de este método son: • El ruido que se produce en la salida de la boquilla. • Sistema relativamente complicado para la regulación de la presión y la purificación del aire. • Hay que tomar las medidas necesarias, para asegurar las normas permisibles en cuanto al contenido de las impurezas nocivas del aire. • Durante el uso de este método, es necesario tener las pantallas especiales de protección, porque en caso de rotura de la herramienta, el aerosol puede caer en la cara del operario. 3. Combinado por ambas superficies. Se realiza una combinación de las dos alimentaciones anteriormente descritas. En este método los fluidos se suministran a una presión elevada a través de un agujero de 0,4 o 0,5mm de diámetro, hacia la superficie de ataque y de incidencia, enfriándose directamente la herramienta. La alta velocidad de la corriente permite reducir el gasto de fluido hasta 0,40,6l/min, y elevar significativamente el efecto refrigerante. La elevación del servicio de la herramienta durante la utilización de este método se incrementa en 9 -10 veces. Daniel Padilla Montes - 40 - 4. Alimentación a través del interior de la herramienta. La refrigeración se realiza por el interior de las herramientas, con el contacto directo de las sustancias refrigerantes en la zona de corte. Este tipo de alimentación tiene muchas variedades y se utiliza principalmente durante la elaboración de agujeros profundos. 2.7.5. Contaminación de los fluidos de corte La contaminación por los microorganismos es la fuente de contaminación más importante de los fluidos de corte. La presencia de agua en la emulsión, aporta una siembra de microorganismos y un terreno favorable para su desarrollo. En ciertos casos las sales de las aguas duras contribuyen al aumento de la inestabilidad de las emulsiones. Este desarrollo de microorganismos produce efectos desagradables para el usuario: rotura de las emulsiones, olores desagradables, etc., viéndose obligados al mantenimiento y limpieza de las instalaciones y depósitos, con la consecuente substitución del fluido prematuramente. Tabla 1. Proliferación de microorganismos en lo diferentes fluidos de corte. (Rhenus Lub, fabricantes de fluidos de corte) Aptitud al desarrollo de microorganismos TIPO DE PRODUCTO BACTERIAS HONGOS LEVADURAS Aceites de corte * ** * De aceite mineral *** * * Emulsiones De fluido sintético ** ** * Soluciones de fluidos sintéticos * *** *** Desarrollo: ***frecuente; **poco frecuente; *raro o excepcional Los principales gérmenes contaminantes encontrados en los fluidos de corte son las bacterias, los hongos y las levaduras. Las bacterias se desarrollan en las emulsiones y las levaduras y los hongos en las soluciones. Por otro lado, las levaduras y los hongos, pueden aparecer porque el pH a disminuido o bien por la utilización de bactericidas. El desarrollo de estos microorganismos conduce a la fermentación y putrefacción de las emulsiones. 1. Los tipos de bacterias se pueden clasificar en tres grupos: • Bacterias aeróbicas, se multiplican con la presencia de oxigeno. • Bacterias aeróbicas facultadas anaeróbicas, mismas facultades que las anteriores, pero pueden multiplicarse incluso con la falta de oxigeno. • Bacterias anaeróbicas estrictas, para ellas el oxigeno es nocivo. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 41 - 2. Las principales fuentes de contaminación en los fluidos son: • Focos de infección en los depósitos de las máquinas mal desinfectadas. • El agua de la disolución. • El sol. • El aire. • El propio trabajador, puede ser portador de gérmenes. 3. Factores que favorecen a la proliferación bacteriana • La temperatura, una temperatura comprendida entre los 20º y 40º es muy favorable para el desarrollo de bacterias en los fluidos, ya que la temperatura óptima para la mayoría de las bacterias es de 37º. • El pH, un pH entre 7 y 9 es favorable para el desarrollo de bacterias, por otra parte las levaduras y los hongos prefieren los pH ácidos. • La dureza del agua, con el aumento de la dureza del agua se favorece la presencia de bacterias en las emulsiones y se ven perjudicadas la presencia de hongos. • El oxigeno, favorece el desarrollo de las bacterias anaeróbicas. Por otra parte la ausencia de oxigeno favorece el desarrollo de las bacterias anaeróbicas con la presencia de aceite de engrase en la superficie del fluido. • Otros factores, los contaminantes (aceites extraños, desechos alimenticios, colillas…) y por regla general todo lo que constituye en alimento para los microorganismos favoreciendo su desarrollo. Las partículas metálicas pueden servir como catalizador para el desarrollo de ciertas fuentes bacterianas. 4. Efectos de la proliferación bacteriana. • Riesgo de contaminación por gérmenes patógenos, el problema radica en los gérmenes tales como los estafilococos y estreptococos. Estos gérmenes participan en la infección de pequeñas heridas (cortes por microvirutas) e incluso en la irritación de la epidermis provocada por los aditivos. • Liberación de gases, es un signo característico para el desarrollo de las bacterias anaeróbicas. Los olores producidos, provienen de la liberación del acido sulfhídrico, que es el responsable de los olores característicos que podemos encontrar en un taller después de largos periodos de parada de las máquinas-herramientas. Una liberación importante del acido sulfhídrico puede llegar a ser toxica. Por otra parte una coloración grisácea de los fluidos y los fenómenos de corrosión son signos de degradación anaeróbica. • Aparición de natas y lodos, en las emulsiones de aceite mineral, la formación de natas y lodos es frecuentemente una consecuencia para la proliferación bacteriana. Estos lodos obstruyen los circuitos y colmatan los filtros de los circuitos. En el caso de los fluidos sintéticos, los depósitos Daniel Padilla Montes - 48 - Figura 25. Porta probetas. 3.1.4. Aparato de medición de la rugosidad superficial Para las mediciones de la rugosidad superficial, se dispone de un Rugosímetro Mitutoyo SJ-201, con el cuál se realizarán todas las mediciones de la rugosidad en las probetas, según figura 26. Figura 26. Rugosímetro empleado en la medición de rugosidad superficial. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 49 - Las mediciones de rugosidad superficial, se realizan en un banco de trabajo diseñado para ello, como refleja la figura 27. Para antes de realizar dichas mediciones, se realiza una prueba de referencia con una rugosidad patrón y si ésta no es correcta se calibra el aparato. Figura 27. Banco de trabajo. Se realizo también la medición de temperaturas en la zona de corte, mediante unos termopares conectados a un ordenador provisto de un software que analiza en tiempo real la temperatura de éstos. El medidor de temperaturas marca PICO y modelo TC-08, nos permite realizar gráficos para observar la variación de temperaturas en la zona de corte durante el proceso de mecanizado, como se puede observar en la figura 28. Daniel Padilla Montes - 50 - Figura 28. Sistema de medición de temperatura montado en la herramienta. 3.2. Experimento realizado para la medición de la temperatura y la rugosidad superficial obtenida en la pieza sin fluido de corte 3.2.1. Introducción Para ello se ha realizado un diseño experimental, con un software destinado para el análisis estadístico. El software utilizado es el Minitab. La función del programa es establecer un criterio estadístico del número mínimo de ensayos que realizan del experimento dando una probabilidad alta para validar el experimento. Teniendo en cuenta que se realizan dos experimentos, uno el experimento en si, y otro es un replica de este, con un rango de tres variables, lo que nos lleva a un experimento del tipo 2 3 , añadiendo 4 experimentos intermedios para corroborar los resultados. Las variables utilizadas son: Profundidad de corte, avance por vuelta y velocidad de rotación. Se realizaron 20 experimentos con diferentes regimenes de corte, como se observa en la tabla 4. Una vez hechos estos experimentos se realizo una medición de las rugosidades superficiales de cada probeta y se obtuvo la tabla mostrada a continuación. En la cual se cumplimento con la temperatura obtenida en los diferentes experimentos. Las probetas utilizadas en estos experimentos, son las mencionadas anteriormente en el apartado 3.1.3. Probetas utilizadas en los experimentos. En este experimento se desea obtener una idea del acabado superficial que obtendremos en la pieza, con diferentes regimenes de corte, los cuales nos los da el fabricante para cada tipo de inserto. En este caso, con los insertos utilizados, los regímenes de corte oscilan entre los siguientes parámetros: Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 51 - • Profundidad de corte= 0.5 – 2mm • Avance por vuelta= 0.13 – 0.55mm/rev • Velocidad de rotación= 770 – 1170min -1 En la medición de la rugosidad superficial, se han tenido en cuenta dos indicadores de rugosidad como se puede observar en la tabla 4. Estos indicadores son: Ra y Rz. Por otro lado, también se analizó la temperatura alcanzada en la herramienta, para poder hace una comparación con los mismos regimenes de corte trabajando con fluido y así poder determinar la influencia del fluido en el acabado superficial. Tabla 3. Valores de rugosidad superficial y temperatura del experimento en seco. Run Order Avance Profundidad de Corte Frecuencia de rotación Ra Rz T Base Plaquita (ºC) 1 0,55 2 770 1,436 8,194 124,43 2 0,13 2 1170 1,157 6,393 107,64 3 0,35 1,25 900 1,605 8,605 106,03 4 0,55 0,5 770 1,546 8,120 188,9 5 0,55 0,5 770 1,365 7,375 141,68 6 0,13 0,5 1170 0,770 4,135 62,66 7 0,55 2 1170 1,380 7,246 132,04 8 0,55 2 770 1,515 7,430 111,05 9 0,13 2 770 1,012 4,567 71,18 10 0,35 1,25 900 1,160 6,942 90,61 11 0,55 0,5 1170 1,435 6,978 63,76 12 0,13 0,5 770 0,676 3,958 66,08 13 0,13 2 770 1,190 5,413 75,58 14 0,13 0,5 1170 0,950 4,525 56,21 15 0,35 1,25 900 1,336 8,071 94,47 16 0,55 2 1170 1,307 7,030 136,95 17 0,35 1,25 900 1,428 8,720 102,04 18 0,55 0,5 1170 1,255 6,361 70,77 19 0,13 2 1170 1,304 6,664 114,39 20 0,13 0,5 770 0,780 4,060 66,32 Daniel Padilla Montes - 52 - 3.2.2. Medición de Ra Se puede estimar el valor de rugosidad superficial que se puede obtener por medio de la siguiente ecuación: = Rx Constante + C1A+ C2B+ C3C+ C4AB+ C5AC+ C6BC+ C7ABC (4) Siendo: Los subíndices: x, a o t según sea la rugosidad a obtener Rx , Ra , Rt . Para Ra con un R-Sq(adj) =76,51% (Rcuadrado ajustado), se obtienen una serie de coeficientes que se pueden observar en la tabla 4, que se adjunta a continuación: Tabla 4. Valores de los coeficientes de la curva de regresión para Ra . Término Coeficiente Constante 0,445034 C1 1,73115 C2 0,322635 C3 0 C4 -0,575397 C5 0 C6 0 C7 0 En el siguiente diagrama de Pareto figura 29, se puede observar los valores que son significativos para el calculo de rugosidad superficial, y por eso en la tabla 5, tenemos los valores C3, C5, C6 y C7 nulos. Figura 29. Diagrama de Pareto para efectos estandarizados de Ra. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 53 - En el diagrama de Pareto, Figura 29, se observa, que los parámetros más significativos para la evaluación de Ra , son: La velocidad de avance de la herramienta, la profundidad de corte de ésta y la combinación de estas dos variables. El otro parámetro que interviene en el experimento y que es una variable de éste, es la frecuencia de rotación, pero en el diagrama se observa que no es un parámetro significativo y que no interfiere para nada en la rugosidad superficial obtenida en los experimentos. Era de esperar, que el parámetro más significativo, que influye en la rugosidad superficial sea: La velocidad de avance. Ya que la velocidad de avance, es la distancia que recorre la herramienta en cada revolución del cabezal de la máquina donde se encuentra alojada la pieza. Por ello, a mayor velocidad de avance, peor rugosidad superficial, y a menor velocidad de avance, lógicamente, mejor rugosidad superficial. Por otro lado, la profundidad de pasada influye en la rugosidad superficial, pero en menor rango, ya que por norma general, en pasadas de acabado la profundidad utilizada es la menor que recomienda el fabricante, y observando la tabla 3, nos damos cuenta, que con menores profundidades de pasada la rugosidad superficial disminuye. Por último, la combinación de estas dos variables, como era de esperar es un factor influyente en la rugosidad, ya que las variables por separado lo son. En el gráfica de la figura 30, se observa, la variación de cada parámetro que influye en los valores de Ra obtenidos. Figura 30. Variables del proceso y sus efectos sobre Ra . Daniel Padilla Montes - 54 - 3.2.3. Medición de Rz El valor de Rz, se puede obtener con la misma ecuación que se ha nombrado en el apartado anterior: = Rx Constante + C1A+ C2B+ C3C+ C4AB+ C5AC+ C6BC+ C7ABC (5) Siendo: Los subíndices: x, a o t según sea la rugosidad a obtener Rx , Ra , Rt . Para Rz con un R-Sq(adj) =88,11% (Rcuadrado ajustado), se obtienen una serie de coeficientes que se pueden observar en la tabla 5, que se adjunta a continuación: Tabla 5. Valores de los coeficientes de la curva de regresión para Rz . Término Coeficiente Constante 1,92159 C1 14,7978 C2 -1,04248 C3 0,00067 C4 1,03093 C5 -0,00672 C6 0,00245 C7 -0,00323 A continuación, en el siguiente diagrama de Pareto, figura 31, se observan todos los valores significativos que influyen en el cálculo de Rz . Figura 31. Diagrama de Pareto para efectos estandarizados de Rz. En este diagrama de la figura 31, podemos observar que los factores más significativos, son: el avance, la profundidad de corte, la combinación de avance y frecuencia de rotación y la combinación de avance y profundidad de corte. Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 55 - A continuación en la figura 32, se puede observar la variación de Rz, en función de las variables del experimento: Figura 32. Variables del proceso y sus efectos sobre Rz. 3.2.4. Medición de temperatura La medición de temperatura, es un factor importante para la validación del experimento, por eso, también se analizó experimentalmente. En el siguiente diagrama de Pareto, figura 33, podemos observar los valores significativos de las variables que influyen en la temperatura en la zona de corte. Figura 33. Diagrama de Pareto de efectos estandarizados de Temperatura Base Plaquita. 0,550,350,13 8 7 6 5 2,001,250,50 1170900770 8 7 6 5 Avance (mm/rev) Media Profundidad de Corte (mm) Frecuencia de rotación (min-1) Gráfica de efectos principales para Rz (µm) Medias de datos AB C AC ABC B A BC 876543210 Término Efecto estandarizado 2,201 A A v ance (mm/rev ) B Profundidad de C orte (mm) C F recuencia de rotación (min-1) Factor Nombre Diagrama de Pareto de efectos estandarizados (la respuesta es T Base Plaquita (ºC), Alfa = 0,05) Daniel Padilla Montes - 56 - Para el caso de la medición de temperatura, con un R-Sq(adj) =89,45% (Rcuadrado ajustado), se observa que el valor que más influye en la temperatura, es la combinación de la profundidad de corte y la frecuencia de rotación. Esto es debido, a que con bajas frecuencias de rotación y profundidades de corte, la temperatura se eleva. A continuación en la figura 34, podemos observar la variación de Temperatura Base Plaquita en función de las variables del experimento. Figura 34. Variables del proceso y sus efectos sobre Temperatura Base Plaquita. En la figura 34, se observa claramente, la tendencia de la temperatura, mayor avance de corte implica mayor temperatura, lo mismo sucede con la profundidad de corte, ya que existe mayor movimiento de material, con lo que la fricción interna también aumenta, y al aumentar la frecuencia de rotación, la fricción disminuye ligeramente, lo que hace disminuir la temperatura. 3.3. Experimento realizado para la medición de la temperatura y rugosidad superficial obtenida en la pieza con fluido patrón 3.3.1. Introducción El experimento realizado en este caso, es el mismo que el utilizado sin fluido. Se han utilizado el mismo tipo de probetas, los mismos parámetros de corte y el mismo software de análisis experimental. La diferencia, es que en este experimento se ha utilizado un fluido patrón comercializado por la empresa Brugarolas, S.A., como se ha comentado en el apartado 1.3. Técnicas experimentales. 0,550,350,13 120 110 100 90 80 2,001,250,50 1170900770 120 110 100 90 80 Avance (mm/rev) Media Profundidad de Corte (mm) Frecuencia de rotación (min-1) Gráfica de efectos principales para T Base Plaquita (ºC) Medias de datos Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 57 - La tabla de resultados obtenida en este experimento tabla 6, es la que se muestra a continuación: Tabla 6. Valores de rugosidad superficial y temperatura con fluido patrón. Run Order Avance Profundidad de Corte Frecuencia de rotación Ra Rz T Base Plaquita (ºC) 1 0,55 2 770 1,58 8,55 44,23 2 0,13 2 1170 0,98 5,33 30,18 3 0,35 1,25 900 1,13 5,8 30,54 4 0,55 0,5 770 1,24 8,07 32,23 5 0,55 0,5 770 1,02 6,7 31,21 6 0,13 0,5 1170 0,56 2,53 25,85 7 0,55 2 1170 1,2 6,59 32,48 8 0,55 2 770 1,6 9,5 45,02 9 0,13 2 770 0,77 4,02 29,54 10 0,35 1,25 900 1,16 7,4 29,64 11 0,55 0,5 1170 1,67 8,76 29,87 12 0,13 0,5 770 1,52 7,2 26,97 13 0,13 2 770 0,72 3,95 29,31 14 0,13 0,5 1170 0,65 3,11 24,77 15 0,35 1,25 900 1,08 5,58 30,61 16 0,55 2 1170 1,23 6,43 35,93 17 0,35 1,25 900 1,41 7,78 37,85 18 0,55 0,5 1170 1,11 7,89 29,4 19 0,13 2 1170 0,91 4,38 35,15 20 0,13 0,5 770 1,7 7,64 26,42 3.3.2. Medición de Ra Se puede estimar el valor de rugosidad superficial que se puede obtener por medio de la siguiente ecuación: = Rx Constante + C1A+ C2B+ C3C+ C4AB+ C5AC+ C6BC+ C7ABC (6) Siendo: Los subíndices: x, a o t según sea la rugosidad a obtener Rx , Ra , Rt . Daniel Padilla Montes - 64 - Tabla 10. Valores de los coeficientes de la curva de regresión para Ra . Término Coeficiente Constante 1,52668 C1 0,76558 C2 -0,83045 C3 -9,941E-04 C4 2,00218 C5 0,00197 C6 0,00081 C7 -0,00204 En el siguiente diagrama de Pareto, figura 41, se observa los parámetros más significativos que influyen en el cálculo de Ra con el fluido DATO. Figura 41. Diagrama de Pareto de efectos estandarizados de Ra con fluido DATO. Observando la figura 41, se puede ver, que solo hay un parámetro que realmente es el más importante o influyente en el valor de Ra . Este parámetro es el avance de corte, y teniendo en cuenta que nos proporciona una confianza del 95%, se tiene que realizar un análisis de correlación de datos, se tratan los datos y se obtiene como resultado el gráfico que se muestra en la figura 42. AB BC AC B C ABC A 181614121086420 Término Efecto estandarizado 2,20 A A v ance (mm/rev ) B Profundidad de C orte (mm) C F recuencia de Rotación (rpm) Factor Nombre Diagrama de Pareto de efectos estandarizados (la respuesta es Ra (µm), Alfa = 0,05) Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 65 - Figura 42. Gráfica de la Regresión lineal e intervalo de confianza para Ra. Con un R-Sq (ajustado)=94,61, y con el análisis de correlación de resultados, se obtiene que el F de Fisher F1=94,4644 y el F2=4,41387. Si F1>F2, esto significa que existe correlación entre los datos obtenidos en el experimento. Con lo que se puede afirmar, para el parámetro significativo que influye en los valores de rugosidad superficial (la velocidad de avance de la herramienta), que existe una correlación entre sus valores y los resultados obtenidos en el experimento. A continuación se muestra la tabla 11, con los valores de los coeficientes de la curva de regresión del modelo reducido: Tabla 11. Coeficientes de la curva de regresión del modelo reducido de Ra. Término Coeficiente Constante 2,7054 C1 0,6057 C2 0 C3 0 C4 0 C5 0 C6 0 C7 0 El intervalo de confianza para los valores obtenidos es de b= ±0,2272 y para la constante es de ±0,5848. En el siguiente gráfico, figura 43, se observa la variación de Ra en función de las variables del experimento: 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 0,13 0,18 0,23 0,28 0,33 0,38 0,43 0,48 0,53 Avance (mm/rev) Ra (µm) Daniel Padilla Montes - 66 - Figura 43. Variables del proceso y sus efectos sobre Ra con fluido DATO. En la gráfica anterior, figura 43, observamos, que a medida que aumenta el avance aumenta la rugosidad, por eso, en regímenes de acabado, se utilizan avances pequeños. Y en el gráfico de frecuencia de rotación, se observa que a velocidades altas el valor de rugosidad superficial es más bajo, pero en el régimen de corte medio, se observa que la gráfica hace algo extraño, ya que no es un régimen de corte adecuado. 3.4.3. Medición de Rz El valor de Rz, se puede obtener con la misma ecuación que se ha nombrado en el apartado anterior: = Rx Constante + C1A+ C2B+ C3C+ C4AB+ C5AC+ C6BC+ C7ABC (9) Siendo: Los subíndices: x, a o t según sea la rugosidad a obtener Rx , Ra , Rt . Para Rz con un R-Sq(adj) =93,77% (Rcuadrado ajustado), se obtienen una serie de coeficientes que se pueden observar en la tabla 12, que se adjunta a continuación: 0,550,350,13 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 1170900770 Avance (mm/rev) Media Frecuencia de Rotación (rpm) Gráfica de efectos principales para Ra (µm) Medias de datos Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 67 - Tabla 12. Valores de los coeficientes de la curva de regresión para Rz. Término Coeficiente Constante 9,2986 C1 7,42778 C2 -4,72849 C3 -0,006585 C4 5,58135 C5 0,008571 C6 0,004642 C7 -0,006547 A continuación, en el siguiente diagrama de Pareto, figura 44, se observan todos los valores significativos que influyen en el cálculo de Rz con fluido patrón. Figura 44. Diagrama de Pareto de efectos estandarizados de Rz con fluido DATO. Si observamos la figura 45, se ve, que otra vez, como en el caso anterior, solo hay un parámetro significativo, que influye en el valor de Rz . Lo cual, nos lleva al mismo caso anteriormente mencionado en el punto 3.52. Medición de Ra. Dicho parámetro es la velocidad de avance de la herramienta, es necesario realizar un análisis de correlación de datos. Con un nivel de confianza del 95%, se tratan los datos y se da como resultado lo que se muestra en el siguiente gráfico, figura 46. AC AB C ABC BC B A 181614121086420 Término Efecto estandarizado 2,20 A A v ance (mm/rev ) B Profundidad de C orte (mm) C F recuencia de Rotación (rpm) Factor Nombre Diagrama de Pareto de efectos estandarizados (la respuesta es Rz (µm), Alfa = 0,05) Daniel Padilla Montes - 68 - Figura 46. Gráfica de la Regresión lineal e intervalo de confianza para Rz. Con un R-Sq (ajustado)=93,77, y con el análisis de correlación de resultados, se obtiene que el F de Fisher F1=99,8583 y el F2=4,41387. Si F1>F2, esto significa que existe correlación entre los datos obtenidos en el experimento. Con lo que se puede afirmar, para el parámetro significativo que influye en los valores de rugosidad superficial (la velocidad de avance de la herramienta), que existe una correlación entre sus valores y los resultados obtenidos en el experimento. El intervalo de confianza para los valores obtenidos es de b= ±1,2193 y para la constante es de ±3,1389. A continuación se muestra la tabla 13, con los valores de los coeficientes de la curva de regresión del modelo reducido: Tabla 13. Coeficientes de la curva de regresión del modelo reducido de Rz. Término Coeficiente Constante 14,7798 C1 3,0819 C2 0 C3 0 C4 0 C5 0 C6 0 C7 0 A continuación, en la figura 47, vemos la variación de Rz en función del avance y la frecuencia de rotación con fluido DATO: 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 0,13 0,18 0,23 0,28 0,33 0,38 0,43 0,48 0,53 Avance (mm/rev) Ra (µm) Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 69 - Figura 47. Variables del proceso y sus efectos sobre Rz con fluido DATO. En la gráfica anterior, figura 47, sucede lo mismo que en la gráfica de Ra, a medida que aumenta el avance, aumenta el valor de rugosidad. En la gráfica de frecuencia de rotación, sucede lo mismo y en la velocidad media hay algo extraño, ya que no es un régimen de corte adecuado. 3.4.4. Medición de temperatura Para la validación del fluido DATO, también se han tomado muestras de temperaturas. Con el fin de compararlas con el fluido patrón y poder certificar que el fluido es válido para la refrigeración. También se ha analizado experimentalmente, obteniendo los resultados mostrados en el diagrama de Pareto, de la figura 48: 0,550,350,13 11 10 9 8 7 6 5 4 1170900770 Avance (mm/rev) Media Frecuencia de Rotación (rpm) Gráfica de efectos principales para Rz (µm) Medias de datos Daniel Padilla Montes - 70 - Figura 48. Diagrama de Pareto de efectos estandarizados Temperatura Base Palquita con fluido DATO. En este caso y como se puede observar en la figura 48, con un valor de con un R-Sq(adj) =64,14% (Rcuadrado ajustado),que las variables que más influyen sobre la temperatura son profundidad de corte y la combinación de la profundidad de corte y al avance. Si se observa la figura 44, diagrama de Pareto de efectos estandarizados Temperatura Base Plaquita con fluido patrón, hay un pequeño cambio de los parámetros significativos que influyen en la temperatura de corte. A continuación en la figura 49, podemos observar la variación de Temperatura Base Plaquita en función de las variables del experimento con fluido patrón. Figura 49. Variables del proceso y sus efectos sobre Temperatura Base Plaquita con fluido DATO. A AB B 543210 Término Efecto estandarizado 2,131 A A v ance (mm/rev ) B Profundidad de C orte (mm) F actor Nombre Diagrama de Pareto de efectos estandarizados (la respuesta es T Base Plaquita (ºC), Alfa = 0,05) 0,550,350,13 36 34 32 30 28 2,001,250,50 1170900770 36 34 32 30 28 Avance (mm/rev) Media Profundidad de Corte (mm) Frecuencia de Rotación (rpm) Gráfica de efectos principales para T Base Plaquita (ºC) Medias de datos Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 71 - En la gráfica anterior, figura 49, se puede observar que la tendencia de las temperaturas no es lo realmente esperado, ya que, la temperatura Vs el avance tendría que seguir una trayectoria ascendente a medida que aumenta el avance. En la gráfica de profundidad de corte Vs temperatura, tendría que su exactamente lo mismo. Y por último, en la gráfica de frecuencia de rotación Vs temperatura tendría que ser ligeramente descendente a medida que aumenta la frecuencia de rotación. 3.5. Mediciones de desgaste Para la medición del desgaste, se ha realizado un experimento, que consiste en someter a la herramienta a un trabajo continuo con un régimen de corte durante un determinado tiempo y establecer así, unos valores de desgaste que sufre ésta. El régimen de corte es el siguiente: • Velocidad de rotación= 1170min -1 • Profundidad de pasada= 1mm • Avance por vuelta= 0.13mm/rev La medición del desgaste se ha realizado para los tres tipos de experimentos realizados, en seco, con fluido patrón y con fluido DATO. Para poder comprobar así como sufre la herramienta en los diferentes experimentos realizados. Los resultados se muestran en el Capítulo 4. Análisis de resultados. 3.6. Caracterización química del fluido patrón 3.6.1. Medición del pH Para determinar el incremento de pH del fluido patrón, se ha optado, por hacer una medición durante 15 días, los días 1, 5, 10 y 15. Con ello se ve la tendencia del valor de Ph que tiene el fluido patrón. En la siguiente gráfica, figura 50, se puede observar dicho incremento durante los días de observación del fluido patrón: Daniel Padilla Montes - 72 - Figura 50. Gráfica del incremento de Ph del fluido patrón. 3.6.2. Análisis organoléptico Del mismo modo, durante el mismo periodo de tiempo, se ha realizado un análisis organoléptico del fluido en cuestión. Para poder observar su degradación con el paso del tiempo. Seguidamente se muestra la tabla 14, donde se contempla el análisis organoléptico del fluido y unas pequeñas explicaciones: Tabla 14. Análisis organoléptico del fluido patrón. Día Color Olor Aspecto 1 Blanco, color original de la emulsión Aceite Acuoso 5 Blanco, pero empieza a amarillear Aceite Acuoso 10 Ligeramente amarillento Como a azufre Se empieza a observar una capa cremosa 15 Amarillento Olor más destaco a azufre Sigue la capa cremosa y algo más viscoso Incremento Ph 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 Dias Valor de Ph Incremento Ph Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 73 - 3.7. Caracterización química del fluido DATO 3.7.1. Medición de pH Se ha realizado el mismo estudio que en el fluido patrón, teniendo en cuenta, que este fluido no posee los reactivos para poder tener una duración más larga. En el siguiente gráfico, figura 51, se observa el comportamiento del pH del fluido DATO: Figura 51. Gráfica de incremento de Ph del fluido DATO. 3.7.2. Análisis organoléptico Se ha realizado el mismo análisis que en el fluido patrón, durante un determinado tiempo, controlar el aspecto, color y olor del fluido. Con la única diferencia que se ha mencionado en el apartado anterior, que este fluido simplemente es un aceite base con dos emulgentes para poder realizar la disolución con el agua y por ello esta exento de reactivos destinados a la estabilidad del producto. Seguidamente se muestra la tabla 15, donde se contempla el análisis organoléptico del fluido y unas pequeñas explicaciones: Incremento de Ph 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 Dias Valor de Ph Incremento de Ph Daniel Padilla Montes - 80 - Observando la figura 55, se puede concluir que los valores de temperatura en seco son muy elevados comparándolos con los valores obtenidos en el mecanizado con fluido, ya sea con el fluido patrón o con el fluido DATO. En el caso de los ensayos realizados con el fluido DATO, los valores de temperatura obtenidos están en el mismo orden de los valores obtenidos con el fluido patrón. En muchos casos con el fluido DATO se obtienen valores de temperaturas más bajos o en caso contrario son muy cercanos a los obtenidos con el fluido patrón. Esto significa que el poder refrigerante del fluido DATO si es adecuado. 4.4. Análisis de los resultados de la medición del desgaste de la herramienta La valoración del desgaste de la herramienta se ha realizado a través de fotografías de la zona de corte de la herramienta, hechas mediante un microscopio óptico que se encuentra en laboratorio de materiales de la escuela. A través de esta técnica se puede observar y evaluar cualitativamente el desgaste de las herramientas, pero no se puede cuantificar el mismo. La medición del desgaste se realiza visualmente. Teniendo como referencia una herramienta nueva. A continuación se muestran las fotos realizadas para cada caso, en la figura 56, se ven los diferentes tipos de desgaste sufrido por la herramienta en los diferentes tipos de experimentos y comparándolas con la herramienta sin desgastar. Figura 56. Fotografías del flanco de las herramientas de corte para valorar el desgaste que sufren las mismas. 1. Sin desgastar, 2. En seco, 3. Con fluido patrón, 4. Con fluido DATO. Como se puede observar en la figura 56, se ven las zonas desgastadas en cada herramienta, las cuales se pueden identificar con las zonas en color claro que hay en las tres últimas fotografía. Aparece esta coloración, por la pérdida de la capa superficial de la herramienta. Al hacer incidir luz sobre la superficie de la herramienta, el enfoque del microscopio es diferente en las zonas desgastadas respecto a las zonas sin desgastar, debido a su diferencia de alturas. De ahí que entonces las zonas más oscuras pertenezcan a las zonas sin desgastar de la herramienta y las zonas más claras a las zonas desgastadas. En la foto 1, sin embrago, se puede observar que la superficie es más regular en cuanto a altura y por ello el color es más uniforme. 1 2 3 4 Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 81 - La primera foto es de la herramienta sin realizar trabajo, en la segunda foto, se observa el desgaste que ha sufrido la herramienta trabajando sin fluido de corte. Aquí la zona de color claro tiene un tamaño considerable. En la tercera foto está la herramienta que ha estado trabajando con fluido de corte patrón y en la cuarta foto se observa la herramienta que ha realizado su trabajo con fluido de corte DATO. Si se observan las fotos 2 y 3, en ellas hay zonas claras, lo que quiere decir que han sufrido desgaste en esas zonas. Por supuesto en la foto 2 las zonas de color claro son de un tamaño mayor que en la foto 3. En la foto 4, se puede observar que casi no ha sufrido desgaste, se ve alguna zona más brillante, pero en comparación con las fotos 2 y 3, es insignificante. 4.5. Comentarios que se pueden extraer de los experimentos Se puede observar que el fluido DATO tiene un buen poder refrigerante, lo cual es un buen síntoma. Por otro lado el desgaste sufrido por la herramienta en su presencia es muy pobre. Esto también es una buena señal. Sin embargo su poder lubricante no es tan bueno como el del fluido patrón. Este punto que si es negativo, es algo en lo que se debe seguir trabajando para lograr que el fluido DATO, sin perder su propiedad refrigerante, mejore su poder lubricante. Daniel Padilla Montes - 82 - CAPÍTULO 5: VALORACIÓN ECONÓMICA 5.1. Coste del proceso de fabricación de los útiles y probetas para los experimentos 5.1.1. Introducción Para el cálculo de los costes del proceso, se utiliza la siguiente fórmula de cálculo de costes: (10) Siendo: Tiempo de duración del proceso por el precio horario de la máquina. El tiempo de duración del proceso por el precio horario del técnico de laboratorio. Coste de herramientas utilizadas en el proceso. A continuación se detalla el coste de las probetas y útiles utilizados para la realización de los experimentos. Teniendo en cuenta todos los costes que intervienen en el proceso de la fabricación de piezas mediante mecanizado. Los costes a calcular son: • Coste porta-probeta. • Coste probetas. • Coste tuerca. herrMOmaqpr CCCC ++= = maq C = MO C = herr C Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 83 - • Coste contra-tuerca. 5.1.2. Coste porta-probeta El precio horario de la máquina es de 65€/h, teniendo en cuenta la amortización, los mantenimientos periódicos y el consumo energético. El precio horario de la mano de obra es de 65€/h, teniendo en cuenta los salarios, la paga extra y los impuestos. 65€/h=1,0834min € Ahora se procede al cálculo del coste del proceso del porta-probetas. 5.1.3. Coste de las probetas El precio horario de la máquina es de 65€/h, teniendo en cuenta la amortización, los mantenimientos periódicos y el consumo energético. El precio horario de la mano de obra es de 65€/h, teniendo en cuenta los salarios, la paga extra y los impuestos. 65€/h=1,0834min 06,228,825.0º =⋅=⋅= herrherr PherrNC min412,1751,142,12,1%20 =⋅=⋅=+= mmmpr tttt €86,1808,141,17 =⋅=⋅= horariopreciotC prmaq €86,180834,1412,17 =⋅=⋅= horariopreciotC prMO 25,0 4 1 º º º=== aherramientladefilosden utilizadoscorteden herrN 1 15 51,14 º . ≈== fabricante filodesg t t filosN €75,3906,283,1886,18 =++=++= herrMOmaqpr CCCC €48,1624,82º =⋅=⋅= herrherr PherrNC min8,667,52,12,1%20 =⋅=⋅=+= mmmpr tttt €37,70834,18,6 =⋅=⋅= horariopreciotC prmaq €37,70834,18,6 =⋅=⋅= horariopreciotC prMO €42,1422037,7 20 =⋅= piezasmaq C €42,1422037,7 20 =⋅= piezasmaq C min51,14151,14º =⋅=⋅= piezasNtt mdesgfilo Daniel Padilla Montes - 84 - Ahora se procede al cálculo del coste del proceso del porta-probetas. 5.1.4. Coste tuerca El precio horario de la máquina es de 65€/h, teniendo en cuenta la amortización, los mantenimientos periódicos y el consumo energético. El precio horario de la mano de obra es de 65€/h, teniendo en cuenta los salarios, la paga extra y los impuestos. 65€/h=1,0834min Ahora se procede al cálculo del coste del proceso del porta-probetas. 5.1.5. Coste contra-tuerca El precio horario de la máquina es de 65€/h, teniendo en cuenta la amortización, los mantenimientos periódicos y el consumo energético. El precio horario de la mano de obra es de 65€/h, teniendo en cuenta los salarios, la paga extra y los impuestos. 65€/h=1,0834min 2 4 8 º º º=== aherramientladefilosden utilizadoscorteden herrN 8 15 114 º . ≈== fabricante filodesg t t filosN €32,31148,1642,14742,147 =++=++= herrMOmaqpr CCCC €94,424,86,0º =⋅=⋅= herrherr PherrNC min5,4245,352,12,1%20 =⋅=⋅=+= mmmpr tttt €05,460834,15,42 =⋅=⋅= horariopreciotC prmaq €05,460834,15,42 =⋅=⋅= horariopreciotC prMO 6,0 4 36,2 º º º=== aherramientladefilosden utilizadoscorteden herrN 36,2 15 45,35 º . === fabricante filodesg t t filosN min1142067,5º ≈⋅=⋅= piezasNtt mdesgfilo min45,35145,35º =⋅=⋅= piezasNtt mdesgfilo €04,9794,405,4605,46 =++=++= herrMOmaqpr CCCC Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 85 - Ahora se procede al cálculo del coste del proceso del porta-probetas. 5.1.6. Coste total de fabricación de útiles y probetas para los experimentos Para este apartado, se han tenido en cuenta, a parte de los costes de proceso calculados en los puntos anteriores, los costes de los porta herramientas, el macho de roscar utilizado y la terraja para hacer las roscas. Teniendo en cuenta que los costes calculados son en neto, hay que sumarles el porcentaje de IVA, que actualmente esta en un 18%. 5.2. Coste de los experimentos. 5.2.1. Introducción En este apartado se desarrolla el cálculo del coste de los experimentos, teniendo en cuenta que todos los experimentos son iguales, con la diferencia que hay dos que son con fluido, ya sea el patrón o el DATO, hay que tener en cuenta el coste de los fluidos. 5.2.2. Cálculo de los tiempos en los experimentos Como todos los experimentos son iguales, primero se calcula el tiempo que se tarda en realizar los experimentos y seguidamente se procederá al cálculo del coste de los mismos. Los experimentos constan de 20 pruebas con diferentes regímenes de corte. Se han agrupado en series de 4 experimentos con los mismos parámetros de corte €88,324,847,0º =⋅=⋅= herrherr PherrNC min88,3333,282,12,1%20 =⋅=⋅=+= mmmpr tttt €7,360834,188,33 =⋅=⋅= horariopreciotC prmaq €7,360834,188,33 =⋅=⋅= horariopreciotC prMO 47,0 4 88,1 º º º=== aherramientladefilosden utilizadoscorteden herrN 88,1 15 33,28 º . === fabricante filodesg t t filosN €28,7788,37,367,36 =++=++= herrMOmaqpr CCCC min33,28133,28º =⋅=⋅= piezasNtt mdesgfilo €73,976 72,9467,7015,8207,53,57,7913,7128,7704,9732,31175,39 321 = +++++++++= + + + + + + + + = −− pr pr portportportterramachotuercontuerprobproportpr C C CCCCCCCCCC Daniel Padilla Montes - 86 - para facilitar el cálculo, siempre teniendo en cuenta que el tiempo será 4 veces mayor. 1. Cálculo de tiempos de las probetas 1, 4, 5 y 8. Con un régimen de corte de : Avance= 0,55mm/rev Frecuencia de rotación=770 min -1 2. Cálculo de tiempos de las probetas 7, 11, 16 y 18. Con un régimen de corte de: Avance= 0,55mm/rev Frecuencia de rotación=1170 min -1 3. Cálculo de tiempos de las probetas 9, 12, 13 y 20. Con un régimen de corte de: Avance= 0,13mm/rev Frecuencia de rotación=770 min -1 4. Cálculo de tiempos de las probetas 2, 6, 14 y 19. Con un régimen de corte de: Avance= 0,13mm/rev Frecuencia de rotación=1170 min -1 min114,0095,02,12,1%20 =⋅=⋅=+= mmmpr tttt min095,0 77055,0 40 = ⋅ == a m V L t min456,04114,0 =⋅= probetast pr min075,0062,02,12,1%20 =⋅=⋅=+= mmmpr tttt min062,0 117055,0 40 = ⋅ == a m V L t min248,04062,0 =⋅= probetast pr min4,0 77013,0 40 = ⋅ == a m V L t min92,1448,0 =⋅= probetast pr min48,04,02,12,1%20 =⋅=⋅=+= mmmpr tttt min324,027,02,12,1%20 =⋅=⋅=+= mmmpr tttt Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 87 - 5. Cálculo de tiempos de las probetas 3, 10, 15 y 17. Con un régimen de corte de: Avance= 0,35mm/rev Frecuencia de rotación=900 min -1 5.2.3. Coste del experimento en seco Como ya disponemos de todos los tiempos necesarios, pasamos al cálculo del coste de realización del experimento sin ningún tipo de fluido refrigerante, o lo que es lo mismo en seco. 65€/h=1,0834min El tiempo de mecanizado es la suma de todos los tiempos cálculos en el apartado anterior. Para el cálculo de costes de la herramienta, se ha utilizado un filo de corte para cada experimento de las 20 piezas. Ahora se procede al cálculo del coste del proceso del experimento en seco. min27,0 117013,0 40 = ⋅ == a m V L t min296,14324,0 =⋅= probetast pr min127,0 117013,0 40 = ⋅ == a m V L t min612,04153,0 =⋅= probetast pr min153,0127,02,12,1%20 =⋅=⋅=+= mmmpr tttt €06.224,825,0º =⋅=⋅= herrherr PherrNC €89,50834,14384,5 =⋅=⋅= horariopreciotC prmaq €89,508,143,5 =⋅=⋅= horariopreciotC prMO 25,0 4 1 º º º=== aherramientladefilosden utilizadoscorteden herrN €84,1306,289,589,5 =++=++= herrMOmaqpr CCCC min532,4612,0296,192,1248,0456,0 =++++= TOTALm t min438,5532,42,1%20 = ⋅ = + = mmpr ttt Daniel Padilla Montes - 88 - 5.2.4. Coste del experimento con fluido patrón El tiempo de mecanizado es el mismo que en el apartado anterior, con la única diferencia que hay que añadirle el coste del fluido patrón utilizado. Para el cálculo de costes de la herramienta, se ha utilizado un filo de corte para cada experimento de las 20 piezas. El coste del fluido utilizado, es de: 3,03 €. Sabiendo que los 5litros de fluido cuestan 50,50 € y se han utilizado 300ml. Ahora se procede al cálculo del coste del proceso del experimento con fluido patrón. 5.2.5. Coste del experimento con fluido DATO El tiempo de mecanizado es el mismo que en el apartado anterior, con la única diferencia que hay que añadirle el coste del fluido DATO fabricado para el experimento. Para el cálculo de costes de la herramienta, se ha utilizado un filo de corte para cada experimento de las 20 piezas. €06.224,825,0º =⋅=⋅= herrherr PherrNC €89,508,143,5 =⋅=⋅= horariopreciotC prmaq €89,508,143,5 =⋅=⋅= horariopreciotC prMO 25,0 4 1 º º º=== aherramientladefilosden utilizadoscorteden herrN €87,1603,306,289,589,5 =+++=+++= fluidoherrMOmaqpr CCCCC min532,4612,0296,192,1248,0456,0 =++++= TOTALm t min4384,5532,42,1%20 = ⋅ = + = mmpr ttt €06.224,825,0º =⋅=⋅= herrherr PherrNC €89,50834,143,5 = ⋅ = ⋅ = horariopreciotC prmaq €89,50834,143,5 =⋅=⋅= horariopreciotC prMO 25,0 4 1 º º º=== aherramientladefilosden utilizadoscorteden herrN min532,4612,0296,192,1248,0456,0 =++++= TOTALm t min43,553,42,1%20 = ⋅ = + = mmpr ttt Validación de un fluido de corte para máquinas-herramienta - 89 - Sabiendo que el citrato de potasio cuesta 1,34 € los 250g y se han utilizado 122,4g, lo que supone que este reactivo ha costado 0,66 €. El sulfato de sodio cuesta 0,62 € los 200g y para el fluido se han utilizado 192,96g, el coste de este reactivo es de 0,60 €. Y por último el coste del aceite base ha sido 3€ el litro y se han utilizado 504 ml, por lo tanto el coste ha sido de 1,52 €. Por lo tanto el coste total del fluido DATO utilizado en el experimento, es de: 2,78 €. Ahora se procede al cálculo del coste del proceso del experimento con el fluido DATO. 5.3. Coste total El coste total de los experimentos es la suma de todos los costes calculados en apartados anteriores, teniendo en cuenta que el coste calculado es en valor neto, actualmente el IVA esta en un 18% y hay que aplicárselo al coste neto calculado. €61,1678,206,289,589,5 =+++=+++= fluidoherrMOmaqpr CCCCC 61,1687,1684,1373,976 secexp +++=+++= exfluDAexflupatoutilesNETO CCCCC €06,1024= NETO C €4,1208%180616,1024 =+= TOTAL C