Temperature and heat flow when tapping of the hardened steel using different cooling systems

Temperatura y flujo de calor al roscar con machos acero endurecido utilizando diversos sistemas de lubricación

Trabajar los aceros endurecidos siempre ha sido un desafío para el corte de metales, particularmente en las operaciones deroscado. En el presente trabajo se mide la temperatura del acero AISI H13 endurecido, realizándose ensayos sin lubricación(seco) y dos sistemas con lubricación: aceite lubricante en grandes cantidades y mínima cantidad de líquido (minimumquantity of fluid MQF) a 20 ml/h, en ambos casos se utilizó aceite integral mineral. El roscado se realiza sobre probetasde prueba de 100 x 40 mm con 14 mm de espesor y dureza de 55 HRc. Para medir la temperatura se utiliza la técnica determocuplas situadas muy próximas al diámetro mayor del hilo de rosca (a 0.1, 2.5 y 5 mm de distancia). Se utilizan trestermocuplas a lo largo del espesor de la probeta de prueba a 3.0, 7.0 y 11.0 mm desde la entrada del roscado. Se hacendos réplicas del registro de la temperatura para cada condición de corte ensayada. Se utiliza un modelo teórico-analíticode conducción de calor para evaluar la temperatura en la interfase de la probeta de prueba, determinar el flujo de calor y elcoeficiente de convección. El menor incremento de la temperatura y del calor se observa al utilizar el método lubricante engrandes cantidades, seguido por el de MQF, al comparar con la condición en seco. El efecto es directamente proporcional ala cantidad de lubricante aplicado, siendo también significativo con el sistema MQF al compararlo con el corte en seco.

INTRODUCCIÓN

A principios del siglo XX, cuando F. W. Taylor utilizó por primera vez el agua para refrigerar las operaciones de corte, se experimentó un aumento significativo de la vida útil de las herramientas. Desde entonces, se ha utilizado una gran variedad de fluidos de corte para este fin [1]. Los fluidos a base de aceite pueden estar emulsionados en agua (con un contenido del 1 al 20% de aceite) o utilizarse puros, sin adición de agua. El uso de aceite puro, principalmente por sus propiedades lubricantes, ha sido un procedimiento muy común. El aceite puro lubrica mejor, lo que reduce drásticamente el calor debido a la fricción en las interfaces y ayuda a producir un buen acabado superficial.

Además, también se reduce la fuerza de corte, lo que conlleva un menor consumo de energía para todo el proceso de corte. Esta ha sido también una de las principales razones para el uso de fluidos de corte con capacidad lubricante [3]. También pueden aplicarse aditivos de extrema presión para reducir las posibilidades de adherencia en la interfaz entre la herramienta y la viruta [2].

Las fuerzas y el consumo de energía en los procesos de mecanizado de baja velocidad, como el taladrado, el brochado y el roscado, son los más influidos por las propiedades de lubricación del fluido de corte.