Guía para el uso de fluidos de corte en el mecanizado CNC

En Mecanizado CNCseleccionar correctamente un fluido de corte es crucial para garantizar la eficacia, la calidad y la seguridad de las operaciones de mecanizado. Los fluidos de corte, también conocidos como "refrigerante", "fluido para metalurgia" o "fluido de mecanizado", no sólo lubrican y refrigeran la zona de corte, sino que también ayudan a eliminar las virutas, evitando el sobrecalentamiento y el desgaste de la maquinaria.

Este artículo detallará las clasificaciones y características básicas del refrigerante, explorando cómo elegir el fluido de corte más adecuado en función de los diferentes tipos de material y operaciones de mecanizado para optimizar el rendimiento del mecanizado, prolongar la vida útil de la herramienta y reducir la costes de mecanizado. Esperamos que esto ayude a los apasionados del mecanizado CNC.

Clasificaciones básicas de los fluidos de corte

Los principales fluidos de corte incluyen principalmente los siguientes tipos, y es esencial comprender las características de cada uno antes de su aplicación.

(1) Emulsión (fluido de corte a base de agua)

Compuesto principalmente de agua, aceite emulsionado y diversos aditivos. Las ventajas de este refrigerante incluyen su bajo coste y su buen rendimiento de refrigeración, especialmente adecuado para operaciones de mecanizado que requieren una disipación sustancial del calor. Sin embargo, también tiene desventajas, como su propensión al crecimiento bacteriano y su alta corrosividad, que requieren un control estricto y un mantenimiento regular durante su uso.

(2) Líquido totalmente sintético

Cutting fluid without petroleum oil base, primarily composed of various chemical additives. Its main advantages include excellent cooling (often classified under industry standards like ASTM D2881 ^[1]) and lubrication performance and resistance to bacterial growth, making it very popular in applications requiring highly clean machining environments. However, fully synthetic fluids are relatively expensive, and some chemical components may be corrosive to the machine.

(3) Fluido semisintético

Situado entre la emulsión y el fluido totalmente sintético, contiene una cierta proporción de aceite base de petróleo y agua. Este refrigerante combina el efecto refrigerante de la emulsión y la lubricidad del fluido totalmente sintético, intentando equilibrar ambas ventajas. No obstante, debemos prestar atención a su bioestabilidad y corrosividad. Esto puede afectar a su aplicabilidad en determinados entornos de mecanizado.

(4) Aceite de corte recto (fluido de corte a base de aceite)

Mainly made from mineral oil or vegetable oil and is completely water-free, thus providing superior lubricity and preventing workpiece corrosion and rust. This makes it particularly suitable for machining operations requiring high lubrication. However, the heat capacity of straight-cutting oil is relatively low, and its cooling effect is not as good as water-based cutting fluids, which may be a limitation in high-speed or high-temperature machining.

(5) Aceite soluble:

This is the concentrated oil-based precursor that forms the emulsions discussed in category (1). It typically contains a high mineral oil content (often 50-80%), providing superior lubricity for heavy-duty machining needs. However, the use of soluble oil requires strict control of the dilution ratio and water quality to prevent corrosion and bacterial growth, ensuring the safety and efficiency of the machining process.

Tras comprender claramente las características de los distintos fluidos de mecanizado, podemos seleccionar el fluido de mecanizado adecuado para los distintos materiales y operaciones con el fin de optimizar el rendimiento del mecanizado.

Fluidos de corte adecuados para distintos materiales

Elegir el refrigerante adecuado es crucial para garantizar un mecanizado eficaz y de alta calidad, ya que los distintos materiales requieren fluidos de corte diferentes.

(1) Metales ligeros como el aluminio

Due to its soft, gummy nature and tendency to adhere to the cutting tool (causing Built-Up Edge), we recommend using a water-based cutting fluid with high cooling capacity and low viscosity. This machining fluid effectively prevents chip buildup on the tool, reducing friction during machining, preventing overheating, and ensuring a smooth surface finish.

(2) Materiales difíciles de mecanizar como el acero inoxidable

Because stainless steel’s high strength and toughness can cause severe tool wear, utilizing metalworking fluids with extreme pressure (EP) additives is crucial. These additives form a protective film on the contact surface between the tool and the workpiece, reducing wear and welding, and improving cutting efficiency.

(3) El cobre y sus aleaciones

Deben utilizarse fluidos de corte que eviten la decoloración de la superficie y la corrosión de la pieza. El cobre es relativamente blando y propenso a adherirse durante el mecanizado. La selección de refrigerantes con bajo o nulo contenido en azufre puede evitar la aparición de puntos negros y otras reacciones de oxidación en la superficie de mecanizado, al tiempo que mantiene el color y el brillo originales del cobre.

(4) Materiales de aleación de titanio

Debido a la alta resistencia y baja conductividad térmica de la aleación de titanio, se recomienda utilizar fluidos de corte diseñados específicamente para aleaciones de alta temperatura, que suelen contener componentes eficaces de lubricación y refrigeración. Los refrigerantes adecuados proporcionan una buena lubricación, reducen el calor por fricción y evitan eficazmente las reacciones químicas y la adherencia, prolongando la vida útil de la herramienta.

(5) Aleaciones de alta temperatura como las aleaciones a base de níquel y cobalto

These materials generate a lot of heat during cutting due to their heat resistance and high hardness. When machining these materials, it is highly recommended to use extreme pressure cutting fluids formulated with inactive sulfur or phosphorus compounds, which form a protective film under high temperatures, reducing friction and wear. Additionally, excellent cooling performance is required, often necessitating High-Pressure Coolant (HPC) systems operating at 70 to 100 bar ^[2] to overcome the thermal vapor barrier.

Cada material tiene sus propiedades físicas y químicas únicas, y la selección del refrigerante más adecuado puede mejorar la eficacia y la calidad del mecanizado, al tiempo que maximiza la vida útil de máquinas y herramientas.

Fluidos de corte adecuados para diferentes operaciones

Los distintos tipos de operaciones de mecanizado también tienen requisitos específicos para la selección de fluidos metalúrgicos, que implican aspectos de refrigeración, lubricación, eliminación de virutas y anticorrosión.

(1) Operaciones de giro

A menudo implica la eliminación continua de material, lo que requiere fluidos de corte con un buen rendimiento de refrigeración y lubricación para proteger las herramientas y las piezas de trabajo. Al tornear acero o aleaciones duras, la elección de fluidos de mecanizado a base de aceite con aditivos de extrema presión puede proporcionar una lubricación adicional, reduciendo la generación de calor y el desgaste. Para el aluminio u otros metales no férreos, el énfasis se pone en la capacidad de refrigeración del fluido de corte para evitar la adherencia de material a la herramienta.

(2) Operaciones de fresado

Involves more complex tool paths and multi-point cutting, requiring cutting fluids to provide excellent cooling and chip removal performance. When machining hard-to-machine materials such as stainless steel or high-temperature alloys, high-performance fully synthetic, or semi-synthetic cutting fluids can effectively reduce tool wear and severe thermal distortion of the workpiece. They maintain low temperatures in the cutting area, improving machining accuracy.

(3) Operaciones de perforación

Deep hole drilling requires machining fluids to penetrate the hole bottom to provide lubrication and cooling. Efficient cutting fluids help quickly remove chips, prevent clogging and overheating, and avoid damage to the hole wall and dimensional inaccuracies. For deep hole drilling, using low-viscosity and high-cooling water-based cutting fluids is especially suitable because these fluids can easily penetrate small holes and narrow spaces.

(4) Operaciones de rectificado

Generates significant heat, requiring cutting fluids with excellent cooling performance to prevent workpiece overheating and thermal damage. Water-based cutting fluids are usually preferred because they can quickly absorb and conduct heat, maintaining low temperatures in the grinding area. Additionally, high detergency (flushing capability) is strictly necessary to wash away microscopic swarf, prevent grinding wheel loading, and improve surface finish quality.

En resumen, elegir el refrigerante adecuado no sólo mejora la eficacia y la calidad del mecanizado, sino que también prolonga la vida útil de las máquinas y herramientas. Esto garantiza la seguridad operativa y maximiza los beneficios económicos.

Precauciones de uso de los líquidos de corte

A la hora de seleccionar los fluidos de corte, es necesario considerar exhaustivamente su rendimiento, seguridad e impacto medioambiental para maximizar la rentabilidad.

(1) Protección del medio ambiente

Cada vez se hace más hincapié en la protección del medio ambiente, lo que convierte a los fluidos de corte respetuosos con el medio ambiente en un tema importante. Los fluidos de corte respetuosos con el medio ambiente se fabrican principalmente con materiales biodegradables, lo que reduce la contaminación medioambiental. Además, estos fluidos de corte no suelen contener productos químicos nocivos, lo que reduce la dificultad y el coste del tratamiento de los fluidos residuales. El uso de fluidos de corte respetuosos con el medio ambiente ayuda a las empresas a cumplir las normativas medioambientales cada vez más estrictas y mejora su imagen de marca ecológica.

(2) Seguridad

Safety is an indispensable factor in the work environment, especially when cutting fluids are involved. Traditional cutting fluids may contain harmful chemicals such as sulfates, chlorine, and heavy metals, which can cause skin irritation, respiratory problems, and more serious health issues. Therefore, choosing low-toxicity or non-toxic cutting fluids and maintaining airborne mist concentrations strictly below the NIOSH limit of 0.4 mg/m³ ^[3] is key to protecting operator health, reducing health risks, and providing a safer working environment for operators.

(3) Economía

From an economic perspective, choosing the right cutting fluid is crucial for controlling production costs. Environmentally friendly and high-performance machining fluids may have higher initial purchase costs. But, in the long run, they can significantly lower overall operational costs by reducing tool wear, improving machine efficiency, and lowering waste disposal fees. Additionally, using high-quality metalworking fluids can extend equipment life, reduce production interruptions, and further optimize production costs.

Resumen

Este artículo analiza exhaustivamente los tipos de refrigerantes y sus criterios de selección para diferentes materiales y operaciones de mecanizado. Desde las emulsiones hasta los fluidos totalmente sintéticos, cada fluido de corte tiene sus ventajas únicas y sus escenarios aplicables, proporcionando efectos óptimos de refrigeración, lubricación y anticorrosión para materiales y necesidades de mecanizado específicos, al tiempo que se centra en consideraciones medioambientales, de seguridad y económicas.

Through precise selection and application of suitable cutting fluids, facilities providing custom CNC machining services can improve machining efficiency and product quality, ensure a safe operating environment, and optimize production costs, achieving efficient, economical, and sustainable production.

Referencia

[1] ASTM International. (2019). ASTM D2881-19 Standard Classification for Metalworking Fluids and Related Materials. https://doi.org/10.1520/D2881-19

[2] Raykar, S. J., & D’Addona, D. M. (2019). Thermal Modeling of Tool Temperature Distribution during High Pressure Coolant Assisted Turning of Inconel 718. Materials, 12(3), 408. https://doi.org/10.3390/ma12030408

[3] National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). (1998). Criteria for a Recommended Standard: Occupational Exposure to Metalworking Fluids. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). https://stacks.cdc.gov/view/cdc/5175