Investigación y desarrollo de fluidos de corte eco-eficientes para el mecanizado de aleaciones de titanio

Resumen

Las aleaciones de titanio son muy utilizadas en la industria aeroespacial por sus características excepcionales. Sin embargo, su aplicación se ve limitada por su dificultad para ser mecanizadas. El uso de sistemas de lubricación y refrigeración es extremadamente importante para mejorar la calidad de la pieza mecanizada y alargar la vida útil de la herramienta. En los últimos años, ha habido un mayor interés en el mecanizado sostenible, lo que ha aumentado la demanda de nuevos fluidos de corte específicos para trabajar con materiales difíciles de mecanizar como el Ti6Al4V o el γ-TiAl. Esta Tesis Doctoral tiene como objetivo fundamental la investigación y el desarrollo de nuevos fluidos de corte eco-eficientes para el mecanizado de aleaciones de titanio, que permita aumentar la productividad, la sostenibilidad y la calidad de los procesos de mecanizado mediante una lubricación y refrigeración adecuadas. Se ha realizado un estudio detallado sobre los fluidos de corte eco-eficientes, desde la selección de sustancias utilizadas como materia prima para producir lubricantes sostenibles hasta la formulación del producto, así como el análisis del torneado de aleaciones de titanio usando distintos sistemas de lubricación y refrigeración. En esta Tesis Doctoral, se ha establecido una metodología que permite cuantificar la formación de la película lubricante sobre una superficie metálica cuando está en contacto con un fluido de corte. Esto permite investigar el rendimiento de varias sustancias y el efecto sinérgico entre ellas para formular un nuevo fluido de corte eco-eficiente. El rendimiento del fluido mejora al aumentar la formación de la película orgánica en la superficie del metal, lo que depende de la estructura química del éster y de su capacidad de adsorción en la superficie frente a otros compuestos. Cambiando la estructura molecular del tensoactivo, es posible variar la afinidad entre el éster y el sustrato y alcanzar una combinación óptima, que mejora la formación de la película lubricante. Se ha desarrollado un nuevo fluido de corte eco-eficiente para aleaciones de titanio con ésteres de poliol, que son biodegradables, provienen de fuentes renovables y han demostrado un excelente rendimiento durante el mecanizado. El fluido de corte desarrollado se ha probado en el torneado de piezas de aluminuro de titanio gamma (γ-TiAl), una aleación de titanio nueva y relativamente poco explorada. Además, se ha comparado su rendimiento con otros sistemas de lubricación y refrigeración sostenibles. Los sistemas considerados en este trabajo son el mecanizado en seco, el aire comprimido frío, la mínima cantidad de lubricante o MQL, el sistema criogénico y el sistema de inundación. Se ha investigado el impacto del material de la herramienta y de los parámetros de corte en la rugosidad superficial, la redondez, el desgaste de la herramienta y la temperatura de corte para cada sistema de lubricación y refrigeración. Los resultados detallados demuestran que la sostenibilidad del proceso de torneado de γ-TiAl puede mejorarse con el nuevo fluido de corte eco-eficiente desarrollado, manteniendo el mismo rendimiento de mecanizado que los fluidos de corte base aceite mineral comúnmente usados.