La importancia de la refrigeración en el rectificado

Cómo evitar quemaduras en las piezas sacando el calor de manera eficiente.

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El rectificado es un proceso de producción ampliamente expandido a nivel mundial y ha sido durante mucho tiempo una parte fija de casi cualquier entorno de producción industrial. Durante este proceso, las piezas de trabajo reciben literalmente el "acabado final" después del tratamiento térmico. Las operaciones de rectificado contribuyen así en gran medida a la calidad de la pieza. Sin embargo, a menudo pueden ocurrir problemas durante el proceso de rectificado.

Según D. Scott MacKenzie, Ph.D., investigador principal de metalurgia de Houghton International, los defectos de pulido se pueden clasificar en cuatro categorías:

1. Quemadura por oxidación:

Es principalmente una decoloración de la pieza de trabajo. Se caracteriza por una coloración típicamente azul en la superficie de la pieza generada por una capa de óxido que se genera en la región trabajada. Sin embargo, el color puede cambiar dependiendo de la temperatura alcanzada durante el proceso. 

2. Ablandamiento térmico:

Es una reducción de la dureza de la pieza tratada térmicamente, se produce cuando las temperaturas de rectificado superan la temperatura de revenido. Los colores obtenidos en la superficie pueden indicar con precisión si se ha producido un ablandamiento térmico.

3. Esfuerzos residuales de tensión:

Se debe a esfuerzos térmicos que superan el límite elástico del material. Esta tensión residual puede reducir la vida de fatiga de una pieza en servicio. Si la tensión generada por el efecto térmico excede la tensión máxima de tracción del material, entonces se puede producir agrietamiento.

4. Quemadura por endurecimiento:

Si las temperaturas desarrolladas durante el rectificado exceden la temperatura de austenización del acero, también puede ocurrir la transformación a martensita. La martensita tiene una expansión de volumen asociada con la transformación. Esta expansión, combinada con las tensiones térmicas, puede generar tensiones residuales localmente altas que pueden superar la resistencia máxima a la tracción y agrietar la pieza. Según el contenido de carbono del acero, puede también ocurrir una transformación martensítica, pero no se produce fisuración.

A continuación, se discuten las causas más comunes para la aparición de quemaduras, entendiendo los factores que las causan y las posibles maneras de solucionarlos.

Alimentación demasiado alta

Al rectificar piezas de trabajo, el proceso genera una gran cantidad de calor, que idealmente se elimina con las virutas y el lubricante refrigerante. Sin embargo, es imposible evitar que parte del calor entre en la pieza. Mientras que la entrada de calor en la pieza no sea demasiado grande, esto no generará inconvenientes en el proceso de producción. Sin embargo, si la alimentación es demasiado alta durante el rectificado y no hay refrigeración suficiente, entrará una cantidad tan grande de calor en la pieza que se producirá una quemadura por rectificado.

Aumentar la tasa de remoción de material aumenta también el flujo de virutas presentes en la superficie de la pieza durante el rectificado. Esto induce también fricción innecesaria en el proceso. La localización de algunas boquillas en dirección perpendicular a la superficie de la muela para ayudar a lavar y remover el material removido.

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Lea también: Guía completa del proceso de rectificado: tipos, aplicaciones y beneficios en la industria 

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Rectificado con muy poco lubricante refrigerante

Para que un proceso de rectificado se desarrolle sin que se produzcan quemaduras, es esencial garantizar un suministro adecuado de lubricante refrigerante a la zona de mecanizado. Una gran proporción del calor residual del proceso es unificada y transportada fuera del sistema gracias al lubricante refrigerante. Solo una parte del calor generado es absorbido por la pieza de trabajo, lo que reduce considerablemente el riesgo de quemaduras por rectificado. Con frecuencia, el refrigerante es utilizado generosamente en las herramientas de máquina en un intento de lograr un proceso sin quemaduras por rectificado. Sin embargo, incluso el uso masivo de lubricante refrigerante no logrará evitar la quemadura por rectificado si no puede llegar al sitio de mecanizado de manera precisa y con la velocidad de salida correcta.

Con frecuencia, el suministro de refrigerante se logra a través de simples boquillas de lubricante refrigerante. Si se produce un daño térmico durante la producción, el cambio de las boquillas de suministro de lubricante refrigerante puede resolver los problemas.

Otras ventajas de una refrigeración óptima pueden ser una mayor vida útil de las herramientas de rectificado y una mayor productividad del proceso de rectificado (por ejemplo, a través de menos rechazos de piezas y mayores cifras de producción).

Para solucionar este tipo de problemas, empresas como Grindaix GmbH ofrecen boquillas especiales para el suministro de lubricante refrigerante. Con ellas es posible monitorear el flujo volumétrico preciso en l/min y la velocidad de salida del lubricante refrigerante de la boquilla en cualquier momento, proporcionando mayor confiabilidad en el proceso y permitiendo encontrar los parámetros correctos que evitan los problemas de calidad.

Rectificado con parámetros de proceso incorrectos

Para garantizar que el lubricante refrigerante llegue de manera óptima a la zona de mecanizado, se debe establecer una relación precisa entre la velocidad de rotación de la rueda abrasiva y la velocidad de salida del lubricante refrigerante de la boquilla. Una vez encontrado este punto de operación, la tarea de mecanizado se desarrolla de manera óptima. Sin embargo, si se cambia un parámetro, como la velocidad de rotación de la rueda abrasiva, normalmente se produce una quemadura por rectificado ya que la velocidad de salida del refrigerante debe adaptarse a la velocidad de rotación modificada en caso de que esto suceda.

Existen fabricantes que ofrecen sistemas de control de lazo cerrado que, combinados con el PLC de la máquina herramienta y la electrónica de la bomba, implementan los ajustes relevantes de forma totalmente automática.

Como principio general es importante recordar que se debe pulir una superficie tanto como sea necesario, y no tanto como sea posible. En ocasiones se especifica un acabado más allá del realmente necesario, aumentando el tiempo de mecanizado necesario sobre la pieza. Esto impide trabajar con una rueda recién afilada y aumenta la cantidad de calor que se inserta en la superficie del producto.

Rectificado con boquillas equivocadas y/o mal alineadas

A menudo el sistema de lubricación de un proceso no está completamente pensado en detalle. Esto es un error, ya que el suministro de lubricante refrigerante contribuye decisivamente a la confiabilidad del proceso.

Para transportar el lubricante refrigerante al sitio de mecanizado, se recomienda el uso de boquillas de aguja ya que el flujo laminar del refrigerante permite que el chorro se dirija de manera muy precisa al sitio de mecanizado. Adicionalmente, la velocidad de salida se puede configurar de manera exacta, de modo que todos los parámetros del proceso se pueden alinear con precisión.

Para no solo lograr el suministro directo de lubricante refrigerante a la zona de mecanizado, sino también para transportar el lubricante refrigerante a través de la rueda abrasiva, se pueden usar boquillas de lubricante refrigerante para la saturación de la rueda. Estas boquillas limpian los espacios porosos libres de la rueda abrasiva y luego los llenan con refrigerante antes de que la muela vuelva a entrar en contacto con la pieza de trabajo. El lubricante refrigerante transportado de esta manera se introduce con precisión en la zona de mecanizado y puede enfriar el proceso de manera completamente fiable allí.

Carga de la rueda abrasiva

 

Si una muela abrasiva está muy cargada, los espacios porosos se obstruyen. Esto significa que la muela abrasiva ya no puede transportar lubricante refrigerante y las virutas eliminadas ya no se eliminan de forma confiable del lugar de mecanizado. En tal caso, se recomiendan boquillas de limpieza para hacer un uso óptimo de la muela abrasiva. Las boquillas de limpieza son boquillas diseñadas especialmente para eliminar los residuos del mecanizado de la muela abrasiva con la ayuda de un lubricante refrigerante. Las soluciones de boquillas combinadas permiten el suministro del lugar de mecanizado y la limpieza de la muela usando solo una línea de suministro de lubricante refrigerante.