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Papel de la lubricación durante el proceso de trabajo del metal


Papel de la lubricación durante el proceso de trabajo del metal

Para comprender el papel de la lubricación durante los procesos de trabajo del metal, es importante conocer la tribología de la lubricación. La tribología consiste en la fricción límite, que está asociada con casi todas las operaciones del trabajo del metal. Es causado por el movimiento relativo de dos superficies adyacentes bajo presión. Durante los procesos de trabajo del metal, el movimiento relativo entre los rodillos y la pieza de trabajo mejora gracias a la diferencia de velocidad superficial de los rodillos

Fricción

La fricción juega un papel importante durante el proceso de trabajo del metal. Se define como la resistencia al movimiento relativo entre dos cuerpos en contacto. Es un proceso de disipación de energía que hace que aumente la temperatura en la interfaz y, si es excesiva, puede provocar daños en la superficie. También influye en la deformación que tiene lugar en el proceso de trabajo del metal. Según las teorías más antiguas, la fricción es el resultado del entrelazamiento de dos superficies rugosas que se deslizan una sobre la otra. En realidad, la fricción es provocada por una gran cantidad de variables, como la carga, la velocidad, la temperatura, los materiales involucrados en el par deslizante y los diversos efectos de los fluidos y gases en la interfaz.

La teoría de fricción más comúnmente aceptada se basa en la adhesión resultante entre las gravedades de los cuerpos en contacto. Se ha visto que, independientemente de cuán suaves sean las superficies, se contactan entre sí en solo una fracción de su área aparente de contacto. Así, la carga durante el proceso de metalurgia se soporta con pocas severidades en contacto. Por lo tanto, la tensión normal en las uniones de gravedad es alta. Bajo cargas ligeras, las tensiones de contacto solo pueden ser elásticas. Sin embargo, a medida que la carga aumenta a algunos de los niveles involucrados en el proceso de trabajo del metal, puede ocurrir una deformación elástica de las severidades y las uniones forman una unión adhesiva (microsoldadura).



La naturaleza y la fuerza de la unión adhesiva dependen de muchos factores. Entre estos se encuentran (i) la solubilidad mutua y la difusión de las dos superficies en contacto, (ii) la temperatura y el tiempo de contacto, (iii) la naturaleza y el espesor de las películas de óxido o contaminantes presentes en la interfaz, y (iv) la presencia de un película lubricante.

Con superficies nacientes limpias (como las producidas por corte o en operaciones de trabajo de metales en las que las extensiones de superficie son grandes) y en ausencia de contaminantes o película lubricante, la resistencia de las uniones es alta debido a la soldadura a presión en frío. En consecuencia, la resistencia al corte de la unión es alta y, por lo tanto, la fricción es alta. A medida que se introducen contaminantes o lubricantes, o que se desarrollan capas de óxido (que en algunos casos pueden tardar solo unos segundos), la fuerza de la unión disminuye porque, en estas condiciones, no se puede formar una unión fuerte. Por lo tanto, la fricción es menor.

La fuerza de fricción eleva la temperatura en la superficie. La temperatura aumenta con (i) la velocidad, (ii) el coeficiente de fricción y (iii) la disminución de la conductividad térmica y el calor específico de los materiales. Cuanto mayor sea la conductividad térmica, mayor será la conducción de calor en la mayor parte de la pieza de trabajo. Además, cuanto mayor sea el calor específico, menor será el aumento de temperatura. El aumento de temperatura puede ser lo suficientemente alto como para derretir la interfaz o causar transformaciones de fase, tensiones residuales y daños en la superficie (quemaduras metalúrgicas).

Usar

El desgaste se define como la pérdida o remoción de material de una superficie. El desgaste puede tener lugar en diferentes condiciones. El desgaste debido a estas condiciones puede ser (i) desgaste seco o lubricado, (ii) desgaste por contacto deslizante o rodante, y (iii) desgaste por fractura, o (iv) desgaste por deformación plástica. Hay cuatro tipos básicos de desgaste. Estos son (i) desgaste adhesivo, (ii) desgaste abrasivo, (iii) desgaste por fatiga y (iv) desgaste corrosivo. Generalmente, los primeros tres tipos de desgaste son de interés durante el proceso de trabajo del metal. El último tipo de desgaste también puede ocurrir como resultado de las interacciones entre el rodillo y la pieza de trabajo en presencia de varios líquidos y gases. Particularmente en este caso, se deben hacer elecciones apropiadas de química de lubricación, dependiendo de la composición de los rodillos para evitar un desgaste excesivo por corrosión de los mismos.

Mecanismos de lubricación

Es obvio que la fricción y el desgaste pueden reducirse o eliminarse manteniendo las superficies deslizantes separadas entre sí. Mientras que en los elementos de la máquina, como los cojinetes lisos lubricados y los cojinetes de aire, este requisito se puede cumplir fácilmente, por otro lado, debido a las cargas y velocidades involucradas en el proceso de trabajo del metal y la geometría de la herramienta de trabajo del metal y las interfaces de la pieza de trabajo. suelen ser tales que no permiten fácilmente la existencia de una película lubricante. Los lubricantes también se utilizan como refrigerantes para disipar el calor generado por la fricción o la rodadura. También se aplica para eliminar partículas como óxido de hierro y astillas. Sin embargo, la función principal del fluido aplicado es la lubricación, por lo que normalmente no se utiliza el término "refrigerante". Los principales mecanismos de lubricación de interés para el proceso de laminación se indican a continuación.

Papel de la tensión superficial y la humectación

Además de la viscosidad de los lubricantes y sus propiedades químicas en reacción a la pieza de trabajo, así como a los materiales de las herramientas para trabajar el metal, la tensión superficial y la humectación también juegan un papel importante en la lubricación. La humectación es un fenómeno relacionado con la tensión superficial, que es una expresión de la energía superficial. La característica humectante de un lubricante está determinada por qué tan bien se esparce sobre la superficie de la pieza de trabajo como una película continua, ya que es un aspecto importante de la lubricación. Puede haber una situación en la que sea deseable que el lubricante permanezca en un área determinada de la interfaz de la herramienta para trabajar metales y la pieza de trabajo. Como ejemplo, en un reloj, existe la necesidad de un lubricante que no migre (que no humedezca) para el punto de pivote. La forma de una gota de fluido (como un lubricante para trabajar metales) sobre una superficie metálica sólida depende de las tensiones interfaciales entre el metal, el fluido y el aire. El ángulo que forma la periferia de la gota con la superficie se llama ángulo de contacto. Cuanto más pequeño es el ángulo de contacto, mejores son las características humectantes del fluido. La humectación en fluidos para trabajar metales se mejora mediante la adición de agentes humectantes, como alcoholes y glicoles, o aumentando la temperatura. También se observa que se mejora la humectación al aumentar la rugosidad de la superficie.

Se puede ver que la lubricación en el trabajo de metales implica diferentes mecanismos que dependen de (i) la química de la interfaz herramienta de trabajo de metales-lubricante-pieza de trabajo, (ii) el método de aplicación del lubricante, (iii) la geometría del proceso, y (iv) la mecánica de la operación. Además, el modo de lubricación varía con frecuencia durante el ciclo de trabajo del metal, según los cambios en la velocidad del proceso de laminación, así como la cantidad de deformación y las presiones y tensiones asociadas involucradas.

Selección de lubricantes

Hay cinco categorías diferentes de familias de lubricantes para el trabajo de metales que se utilizan actualmente para realizar operaciones en el trabajo de metales en las diversas superficies y materiales. El lubricante elegido debe proporcionar una buena productividad y también cumplir con las restricciones ambientales impuestas a las operaciones de la planta por los organismos estatutarios. Los diferentes tipos de lubricantes para trabajar metales son (i) compuestos evaporativos, (ii) soluciones químicas (sintéticos), (iii) microemulsiones (semisintéticos), (iv) macroemulsiones (solubles) y (v) petróleo. lubricantes a base de Las propiedades físicas y químicas reactivas para cada grupo de lubricantes se describen a continuación. La comparación de estos diferentes lubricantes se encuentra en la pestaña 1.

Fig. 1 Tipos de lubricantes para rodamientos

Tab 1 Comparación de lubricantes para trabajar metales
Sl.No. Función Compuestos evaporativos Soluciones químicas (sintéticas) Microemulsiones (semisintéticas) Macro-emulsiones (emulsión) A base de aceite (soluciones)
1 Reducir la fricción entre el rodillo y la pieza de trabajo 3 3 3 2 1
2 Reduce el calor causado por la transferencia de deformación plástica al rollo 1 1 2 2 5
3 Reduce el desgaste y la excoriación entre el rodillo y la pieza de trabajo debido a la actividad química de la superficie 4 1 2 2 4
4 Acción de lavado para evitar la acumulación de suciedad en los rodillos 1 1 2 3 4
5 Minimizar los costos de procesamiento posterior de soldadura y pintura 1 1 2 4 5
6 Proporcionar lubricación en condiciones límite de alta presión 4 3 3 2 1
7 Proporcione una amortiguación entre la pieza de trabajo y el rollo para reducir la adherencia y el levantamiento 4 4 3 2 1
8 Características que no manchan para proteger el acabado superficial 1 1 2 3 5
9 Minimizar los problemas ambientales con la contaminación del aire y los problemas de eliminación 4 1 2 3 5
Nota:1-Más eficaz y 5-Menos eficaz.

Aditivos para lubricantes

Las propiedades de los lubricantes se modifican y se adecuan a aplicaciones específicas mediante aditivos. Los aditivos pueden mejorar las propiedades lubricantes, proteger la superficie del metal, además de realizar varias otras funciones. Los inhibidores de herrumbre o corrosión son comúnmente nitratos o fosfatos. Los aditivos EP son compuestos de azufre, cloro o fósforo. Los aditivos EP reducen la soldadura en frío de metales bajo presión y evitan la "acumulación" de metal, pero pueden reducir las propiedades lubricantes. Se añaden aditivos, como ésteres, grasas animales y ácidos grasos a los aceites para reducir la tensión superficial o hacer que se esparza mejor. Los lubricantes de tipo sintético se modifican con compuestos de fósforo u otros productos químicos para actuar como detergentes lubricantes. La tensión superficial reducida permite que el lubricante alcance el área de contacto de manera más uniforme y rápida.

Métodos de aplicación

Por lo general, se utilizan cuatro métodos para la aplicación de los lubricantes. Estos métodos son (i) goteo, (ii) revestimiento con rodillo, (iii) sistemas de recirculación y (iv) rociado sin aire. Cada método tiene sus propias ventajas, como se indica a continuación.

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