Refrigeración abundante vs MQL para el fresado de cavidades en titanio

Aleaciones de titanio mala conductividad térmica (6,7 W/m·K para Ti-6Al-4V) y reactividad química presentan desafíos únicos en el fresado de cavidades fresado operaciones. Aunque el enfriamiento por inundación ha sido el estándar de la industria para la disipación de calor, crecientes preocupaciones ambientales y presiones de costos han generado interés en alternativas MQL. Avances recientes en el diseño de boquillas y lubricantes biodegradables (por ejemplo, formulaciones a base de ésteres) han reabierto el debate sobre su viabilidad. Este estudio aborda la brecha de conocimiento mediante una comparación sistemática de ambos métodos bajo condiciones relevantes para la industria, prestando especial atención a la mecánica del corte y los efectos metalúrgicos posteriores al mecanizado.

Metodología

1. Diseño Experimental

Un diseño factorial completo (matriz 3×3) evaluó estrategias de enfriamiento (inundación, MQL, híbrido) en combinación con parámetros de corte. El sistema MQL suministró 50 mL/hr de lubricante atomizado (Accu-Lube LB-12) a través de una boquilla de 0.5mm a una presión de 6 bar.

2. Adquisición de Datos

• Fuerzas de corte: Dinamómetro Kistler 9257B

• Desgaste de herramienta: Microscopio digital Keyence VHX-7000 (según normas ISO 3685)

• Datos térmicos: Cámara IR FLIR A655sc (precisión ±2°C)

Resultados y análisis

1.Dinámica de la Fuerza de Corte

MQL presentó fuerzas resultantes medias más bajas (Fxy = 210 N frente a 265 N con inundación) debido a coeficientes de fricción reducidos. El análisis en el dominio de la frecuencia reveló amplitudes de vibración 25-30% más pequeñas en MQL.

2.Comparación de la Vida Útil de la Herramienta

Las curvas de progresión del desgaste del flanco mostraron que MQL extendió la vida útil de la herramienta a 148 minutos frente a 112 minutos (inundación) antes de alcanzar VBmax = 0.3 mm. El análisis EDS detectó un 60% menos de adherencia de titanio en las herramientas utilizadas con MQL.

Discusión

El desempeño superior de MQL concuerda con modelos tribológicos que sugieren la penetración de microgotas en las interfaces de herramienta-viruta. Sin embargo, problemas de evacuación de virutas en cavidades profundas (relación de aspecto >5:1) aumentaron temporalmente las fuerzas en un 15%, indicando limitaciones específicas del escenario. Los adoptantes industriales deben sopesar estos hallazgos frente a los costos de infraestructura para reciclaje de refrigerante.

Conclusión

MQL demuestra ventajas claras en el fresado de bolsillos de titanio en cuanto a la duración de la herramienta (32% de mejora) y el acabado superficial. El trabajo futuro debe explorar la entrega pulsada de MQL para geometrías de alta relación de aspecto y lubricantes con aditivos nano.