El futuro de los fluidos metalúrgicos, lubricantes para máquinas y refrigerantes

¿Qué traerá el futuro a los refrigerantes, lubricantes y fluidos para metalurgia? Hablamos con veteranos de la industria para comprender mejor la evolución del panorama actual de los refrigerantes y las innovaciones del mañana.

¿Qué hay de nuevo y próximo para los fluidos para metalurgia? Depende de algunas condiciones esenciales:¿Qué material se está cortando? ¿Cuáles son las reglamentaciones y las necesidades localizadas que rigen los MWF en el momento en que se utilizan? Y, ¿qué innovaciones en herramientas y en la fabricación en general se arraigarán que podrían cambiar la naturaleza misma del enfriamiento?

Desde una perspectiva de mercado, se espera que el mercado de fluidos para la metalurgia crezca a nivel mundial a $ 15 mil millones para 2025, según Global Market Insights, una firma de investigación y consultoría. En 2016, Markets and Markets Research estimó que el mercado de MWF sería de 9740 millones de dólares para 2020 con una tasa de crecimiento anual compuesta del 3,2 %.

Para muchos metales que se cortan, como el acero y el hierro, la lubricidad, con agua o aceite (o ambos), es importante para eliminar los residuos de astillas, y los aditivos ayudan a evitar que los metales se deformen y a evitar la oxidación, y estos fluidos ayudan a enfriar las temperaturas de la superficie y mantener la vida útil de la herramienta. Sin embargo, las preocupaciones sobre la salud y la seguridad surgen cada vez que los MWF están en juego, por lo que los fabricantes de fluidos ajustan y reajustan constantemente sus formulaciones y composiciones químicas para ayudar a maximizar el rendimiento y minimizar el desperdicio. Los clientes quieren poder reciclar los refrigerantes para reducir los costos, y también quieren que el refrigerante ya usado permanezca en el sumidero el mayor tiempo posible sin causar ningún problema de salud.

No es una tarea fácil. El mayor problema de salud en todos los ámbitos es la irritación de la piel, algo que todos los fabricantes se esfuerzan por ayudar a evitar, pero también se deben usar los sistemas correctos, como colectores de niebla y equipos de protección, como guantes, protección para los ojos y máscaras faciales. encuentra a los creadores de fluidos.

La innovación se produce al equilibrar las necesidades de rendimiento de la fabricación de piezas con los resultados saludables deseados. Cada vez es más fácil satisfacer estas necesidades, pero ha sido un largo camino para llegar allí. Existe el movimiento hacia la cantidad mínima de lubricación, que es exactamente lo que parece:use la menor cantidad de lubricidad con la menor cantidad de productos químicos, aditivos y emulsionantes. La preocupación y la preocupación por otros problemas de salud basados ​​en productos químicos hacen que muchos reguladores y regiones enteras a menudo prohíban el uso de ciertos productos químicos por completo.

En el horizonte, hay murmullos distantes, de años venideros, de fluidos que tal vez se vuelvan obsoletos. Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que eso suceda, pero es suficiente que las empresas entrevistadas sean conscientes de la posibilidad, al igual que los analistas de investigación que observan el mercado.

¿Son los peligros asociados con los MWF tan peligrosos como algunos reguladores creen que pueden ser? Los fabricantes de fluidos entrevistados simpatizan mucho con las preocupaciones de salud y seguridad, pero están de acuerdo en que se exceden para abordarlas.

Líquidos metalúrgicos, refrigerantes y lubricantes para máquinas:dónde estábamos, dónde estamos ahora

A medida que la tecnología ayudó a acelerar el mecanizado y se afianzó la presión para hacer piezas más rápidamente, hubo un momento eureka, dice Bruce Koehler, gerente senior de productos en Cimcool Fluid Technology de Milacron:se descubrió que el agua reduce el calor más que el aceite puro. Y el aceite puro quema y el agua no.

“Pasamos de usar solo aceite a usar agua y aceite o usar solo agua”, dice Koehler. Hoy en día, se utilizan menos MWF que antes. “La lista de productos químicos para usar en los fluidos para trabajar metales es cada vez más corta en función de los problemas de seguridad y salud. ”

Muchos fabricantes han pasado de tener sistemas de sumidero de 10,000 galones que darían servicio a 50 máquinas a usar sumideros de 50 galones por máquina dentro de una celda de cinco máquinas. Además, las formulaciones y los compuestos químicos siempre cambian en función de cuestiones como la disponibilidad de materia prima y las necesidades localizadas de los clientes.

“Se están realizando muchas reformulaciones químicas y se pueden ajustar sobre la marcha debido a las regulaciones y las necesidades locales”, dice Koehler. "Desde el punto de vista de la formulación, a veces su química es un subproducto de un proceso".

Hace treinta años, los fluidos sintéticos tenían mala reputación por los residuos agresivos que solían dejar, y los residuos eran extremadamente pegajosos y dañaban la pintura y otras partes de la máquina. Ya no tanto, afirman los expertos.

“Hemos recorrido un largo camino, en los últimos 13 años desde que he estado aquí, en el desarrollo de muchos fluidos semisintéticos para mejorar la bioestabilidad, la estabilidad de la emulsión y mejorar la vida útil y el rendimiento del sumidero”, dice Brian Halstead, ingeniero de aplicaciones de Castrol Industrial. “Para nosotros, nuestro objetivo es reducir el uso, reducir los desechos y mejorar la salud y la seguridad”.

Todas las tecnologías auxiliares utilizadas con los refrigerantes, como los sistemas de refrigeración de media y alta presión, los sumideros, los skimmers y los sistemas de filtración, han influido en el uso y el mantenimiento de los MWF.

“Cuando comencé (hace 36 años), la presión normal que salía de un husillo donde el fluido sale de un tanque y va a la zona de trabajo era como máximo de 300 psi”, dice Koehler. "Ahora estamos hablando de presiones en las que el material se trabaja hasta 1200 psi:eso es cuatro veces la presión".

¿Necesita orientación sobre el mantenimiento y la eliminación del refrigerante? Lea "Cuatro consejos para optimizar el mantenimiento de fluidos de la máquina y la eliminación de refrigerante".

A medida que se utilizan cada vez menos aditivos químicos, significa que la calidad del agua y su composición se han convertido en otro factor clave en el rendimiento del refrigerante y su química. “Indiana es conocida por su agua dura, mientras que el agua de Kentucky es blanda, por ejemplo”, dice Koehler. Por lo tanto, siempre está lidiando con una variedad de condiciones que cambian lo que sucede en una máquina y los elementos que podría introducir el agua específica que está disponible en la ubicación del fabricante. Las formulaciones tienen que cambiar según el suministro de agua.

Pero todavía se necesitan aditivos, emulsionantes y cualidades lubricantes en el refrigerante. En el mundo del mecanizado de piezas automotrices, aeroespaciales y médicas, la tendencia es hacia el uso de materiales más fuertes que sean más livianos. Las aleaciones y los cromos de alta temperatura funcionan más rápido y aumentan el calor en la operación de mecanizado, y la mejor manera de eliminar el calor de la operación es con fluidos sintéticos que ayudan a la lubricidad para que los cortes se puedan hacer más fácilmente, especialmente con materiales más duros.

En la industria aeroespacial, en particular, todavía se usan productos que contienen aceite, pero se diluyen en un 90 a 95 por ciento de agua. La industria está pasando del aluminio de la serie 6000 al titanio, que tiende a funcionar mejor con fluidos sintéticos, dice Koehler.

“Lo que me encanta de los sintéticos es su vida de sumidero:no desarrollan bacterias muy bien”, dice Koehler. “Duran mucho tiempo desde el punto de vista biológico. No hacen espuma. Y se mantienen despejados, por lo que el operador de la máquina puede cerrar la puerta de la máquina y mirar hacia adentro y observar el corte sin interrupciones visuales”.

¿Hacia dónde se dirigen los fluidos para metalurgia?

Un elemento importante en la dirección y el futuro del refrigerante y los sistemas refrigerantes reside en el material y su aplicación. Gran parte del material que se utilizará en el futuro no es necesariamente conocido por los fabricantes de fluidos, tanto como lo es por los fabricantes. Pero eso no impide que los fabricantes intenten innovar hacia una línea de productos sin desperdicios.

“Tenemos un área que llamamos 'química congruente' que para los fluidos a base de agua tiene un doble propósito que también es un limpiador que lava las piezas y ayuda al mantenimiento del sumidero al hacer que todos los elementos del refrigerante sean compatibles”, dice Halstead.

¿El pateador? No hay necesidad de desnatar aceite en absoluto; el desperdicio es solo cuando vas a cambiar el sistema. Castrol Industrial afirma que está experimentando una reducción del 40 % en el uso de productos con algunas líneas de productos de tecnologías de fluidos más antiguas.

Koehler dice que un área que Milacron Cimcool ha estado vigilando de cerca es la nanotecnología, en la que se podrían usar nanopartículas sólidas microscópicas para lubricar en lugar de fluidos a base de agua como se hace hoy. Si bien existe el potencial de promesa aquí, aún no hay suficiente investigación sobre cómo podría afectar los pulmones de un operador, por lo que todavía es un enfoque de esperar y ver, admite Koehler.

“También estamos tratando de mejorar las propiedades humectantes en los refrigerantes a base de agua, para que se desprendan mejor de las piezas en las máquinas, dejen menos residuos y mejoren la vida útil en el sumidero”, dice Halstead. "También estamos mejorando la estabilidad de la concentración, por lo que si usa menos, necesitará la concentración para mantenerla y estabilizarla, y no agotarla ni necesitar más para compensar la diferencia".

Pero, en última instancia, el principal fabricante de fluidos está tratando de hacer simplemente una cosa:crear una estabilidad de producto global que pueda usarse en todo el mundo y luego localizarse para las necesidades de los clientes. Entonces, el desafío es tomar el conocimiento acumulado a partir de las pruebas y la optimización de los refrigerantes para luego trabajar con las leyes locales y regionales y las condiciones de calidad del agua para ayudar a personalizar esas necesidades.

Para estar al tanto de los inevitables cambios de material, los principales actores de fluidos trabajan con sus socios clientes en sus plantas y también realizan pruebas en sus laboratorios en los centros de mecanizado actuales en condiciones lo más cercanas posible a las del mundo real. Algunos trabajan directamente con sus clientes actuales y potenciales en materiales pendientes de patente, para probar nuevas fórmulas de refrigerante o para trabajar con nuevos materiales metálicos y experimentar con lo que funciona.

Castrol Industrial, por ejemplo, trabaja con General Electric en Greenville, Carolina del Sur, donde el fabricante de fluidos está expuesto al desarrollo de materiales aeroespaciales pendientes de patente. Castrol también trabaja con Ford Motor Company y otros fabricantes de automóviles, como GM y Toyota, en varias aplicaciones de fluidos.

Eliminación de cloro y DCHA

Los fabricantes de fluidos eliminan el cloro, el DCHA (o diciclohexilamina) y el boro de los refrigerantes. El cloro se usa a menudo para matar bacterias, pero puede ser peligroso para los pulmones y la piel. La DCHA, que es una "amina secundaria", se utiliza como estabilizador del pH, pero, como han descubierto estudios más recientes, puede producirse una exposición peligrosa a través de la piel. Por lo tanto, se están eliminando muchas aminas secundarias de las fórmulas de los refrigerantes, dicen los fabricantes de fluidos. Al elegir solo la amina primaria, tiene menos productos químicos en el producto, por lo que hay menos posibilidades de causar irritaciones en la piel y otros problemas de salud.

El cambio hacia refrigerantes sin boro

¿Por qué? Porque el boro en ciertos niveles puede acumular residuos y ser perjudicial para las herramientas al adherirse a piezas, husillos, transportadores y herramientas de corte, lo que puede reducir el rendimiento de la vida útil de la herramienta, dice Halstead. Castrol Industrial descubrió esto mediante pruebas en máquinas CNC en laboratorios con herramientas de corte de metal y recubrimientos. Como químico anticorrosivo, el boro ayuda, pero en niveles de concentración más altos, puede ser peligroso, lo cual es lo primero y más importante en la agenda de la empresa.

Hay cosas buenas y malas con las propiedades del boro, dice Halstead. “El boro tiene un efecto amortiguador del pH y un efecto estabilizador, y la protección contra la oxidación, o 'RP', que a menudo se considera positiva”. Pero incluso en niveles bajos donde los residuos de refrigerante permanecen en el sumidero cada vez más tiempo, se concentrarán con el tiempo, por lo que algunas empresas quieren eliminarlos por completo.

El papel del mecanizado en seco y la fabricación aditiva

Con el auge de las técnicas de mecanizado en seco y los procesos de fabricación aditiva que no necesitan usar refrigerante, el negocio de MWF se enfrenta a una competencia potencial a largo plazo, incluso de los fabricantes de herramientas. Además, las preocupaciones ambientales y de salud hacen que muchos reguladores obliguen a los fabricantes a usar la cantidad mínima de lubricante, también conocida como MQL.

“Las crecientes preocupaciones sobre el impacto ambiental de los lubricantes, junto con el éxito en el mecanizado en seco a temperaturas de hasta 1800 grados Fahrenheit, están impulsando esta tendencia”, escribe Aaron Stone para Fuels &Lubes. Internacional . "La aparición de herramientas avanzadas de cerámica y diamante y nitruro de boro cúbico ha permitido el mecanizado a alta temperatura con lubricación limitada o nula, sin generar un desgaste excesivo".

Independientemente de la dirección final de la industria, los fabricantes de fluidos están de acuerdo en una cosa:las concentraciones de los fluidos están destinadas a usarse entre el 5 y el 10 por ciento.

“Será lo mismo cuando me retire que cuando comencé”, dice Koehler. “Todos siempre piensan que más es mejor o que quieren ahorrar dinero y usar menos... Si usas el 3 por ciento, tendrás problemas biológicos, crecimiento de moho y corrosión, y si lo usas demasiado rico, estamos hablando de irritación de la piel. o espuma. Es lo único constante en este negocio”.

¿Su consejo? Manténgalo limpio y mantenga la concentración donde debe estar y tendrá una operación exitosa de fluidos para metalurgia.

¿Qué fluidos para trabajar metales utiliza? ¿Hacia dónde ve el futuro de estos productos? Comparte tus pensamientos.