Estudio técnico y económico para la optimización del proceso de taladrado en acero F-1140 mediante el análisis geométrico de la broca y la utilización de técnicas MQL

Abstract

El principal objetivo de este proyecto es verificar la validez de las condiciones de corte calculadas en base a recomendaciones de fabricantes para el taladrado en acero F-1140. Adicionalmente se pretender comparar la influencia en la vida de herramienta del caudal de lubricante utilizado en la aplicación de la técnica de lubricación por cantidades mínimas (MQL). El estudio se llevará a cabo en acero F-1140, aleación de especial importancia en la industria automovilística y agrícola. Asimismo, se pretende comparar la eficacia de la técnica MQL en la durabilidad de la herramienta, frente a la utilización de emulsión como refrigerante. Este proyecto pretende servir de ayuda para los usuarios de esta herramienta y de la técnica de lubricación en el mecanizado de acero F-1140, así como base para futuros estudios ampliados mediante el control de un mayor número de variables. En la primera parte del proyecto se realiza una tarea de investigación bibliográfica a través de la cual se estudian los fluidos de corte, se detallan las características a tener en cuenta en el mecanizado de acero, se plantean los sistemas de lubricación alternativos, y se describen los distintos fenómenos de desgaste que se producen en las herramientas durante el taladrado. En segundo lugar se procede a la experimentación basándose en las recomendaciones del instituto METCUT, así como en la norma ISO 8688 (Tool life testing in milling), donde se especifica el procedimiento a seguir para la realización de los ensayos y la obtención de resultados, en donde se estudiará la influencia del caudal de lubricante en la durabilidad de la herramienta y los parámetros de desgaste asociados. Finalmente se realiza una presentación de resultados acompañada por un amplio número de imágenes que facilitan la comprensión de los fe,nómenos de desgaste producidos y el alcance de los mismos. Luis Ángel Monterrubio Álvarez Estudio técnico y económico para la optimización del proceso de taladrado en acero F-1140 mediante el análisis geométrico de la broca y la utilización de técnicas MQL Tras el análisis de los resultados, se presentan un conjunto de conclusiones que se desprenden de los datos experimentales obtenidos: • En primer lugar, los resultados de los ensayos permiten determinar la validez de la geometría de la broca experimentada para la operación de taladrado en acero F-1140, por comparación de duración de la herramienta respecto a otras de similares características, y en unas condiciones de corte superiores tanto en velocidad de giro como velocidad de avance. • En segundo lugar, a tenor de los resultados obtenidos, se puede establecer la validez del parámetro de fuerza de avance (Fz) para la estimación del desgaste de la herramienta mediante un análisis cualitativo. Observando la variación en el incremento del valor de Fz, éste muestra una clara aceleración cuando la herramienta se encuentra por encima del 80% de su vida útil. • Otra importante observación llevada a cabo sobre los resultados es la poca influencia sobre la potencia de corte Pe, en términos absolutos, de la componente que representa la fuerza de avance Fz. No obstante, como se ha hecho notar anteriormente, su estudio resulta fundamental para la determinación de una correlación entre dicho valor y la vida útil de la herramienta. • Adicionalmente se puede determinar la validez de la técnica de lubricación por cantidades mínimas (MQL) para realizar operaciones de taladrado sobre acero F-1140. • Por otra parte, se observa la aparición de viruta corta quemada coincidiendo, aproximadamente, con la aparición del chirrido constante en la operación de taladrado. Este fenómeno está asociado, tanto a la falta de lubricación en combinación con una alta velocidad de corte, como al desgaste del filo de la herramienta. • Por último, analizando la evolución que presenta la potencia de corte durante el ensayo, es reseñable hacer notar que su mayor aumento coincide con la finalización de la vida útil de la herramienta. Por tanto, este efecto permite establecer igualmente una correlación entre la evolución de la potencia de corte y la llegada al final de la vida útil de la herramienta.

The principal objective of this project is to check the cutting conditions, calculated on the basis of manufacturer's recommendations, in drilling on F-1140 steel. Additionally, it is supposed to compare the influence in tool lite of the amount of lubricant used in the application of minimal quantities of lubrication (MQL). The study takes itself to drilling of F-1140 steel, which takes special importance in the aeronautical and agricultura! industries. Likewise, it is supposed to compare the efficiency of the MQL technology in tool lite, taking into consideration the utilization of emulsion as coolant. This project tries to be of help far users of this tool, and users of the MQL technology on drilling of F-1140 steel, as well as a base far future studies taking into account the control of a large number of variables. In the first part of the project a bibliographical investigation is performed through which the cutting fluids are studied; the characteristics are detailed bearing in mind the machining of steel; the alternative systems of lubrication and cooling are shown; and the different phenomena of wear that are produced in the tools during the drilling process are described. Secondly, one proceeds to the experimentation complying with METCUT lnstitute's recommendations, as well as the ISO 8688 (Tool lite testing in milling), where the procedure to follow far the performance of the tests and acquisition of the results is specified, in which the influence of the amount of lubricant in tool lite and the associated wear parameters will be studied. Finally, the results are presented accompanied by a wide number of images that facilitate the comprehension and the scope of the wear phenomena that are produced. After the analysis of the results, a set of conclusions based on the data obtained from the experiment are put forth: Luis Ángel Monterrubio Álvarez Estudio técnico y económico para la optimización del proceso de taladrado en acero F-1140 mediante el análisis geométrico de Ja broca y Ja utilización de técnicas MQL • First, it is possible to determine the validity of the geometry of the tested tool for drilling operations on F-1140 steel by comparing the tool life obtained with other tools with similar characteristics, and in a higher cut conditions such as turning speed and feed rate. • Secondly, according to the results obtained, we can establish the validity of the feed force parameter (Fz) for estimating the tool wear through a qualitative analysis. Noting the change in the increased value of Fz, it shows a clear acceleration when the tool is above 80% of its useful life. • Another important observation carried out on the results is the little influence on the cut-off power Pe, in absolute terms, of the component represented by the feed force parameter (Fz). However, as has been noted previously, its study is essential for determining a correlation between that value and tool life. • Additionally, it's possible to determine the validity of MQL technology to perform the drilling operations on F-1140 steel. • Moreover, the emergence of short and burned chip has been observed coinciding, approximately, with the appearance of constant chirping noise during the drilling operation. This phenomenon is linked both to the lack of lubrication in combination with a high-speed cutting as the wear of the edges of the tool. • Finally, analysing the evolution featuring the power cut-off during the test, it is remarkable to note that its biggest increase coincides with the end of the tool life. Therefore, this effect also makes it possible to establish a correlation between the evolution of the power cut-off and the arrival at the end of the tool life.