Evaluación del acabado superficial mediante la técnica de “mínima cantidad de lubricante” con aceite vegetal y lubricante sintético en el fresado del acero AISI P20

Abstract

Los fluidos de corte en los procesos de mecanizado cumplen funciones asociadas a la reducción de la fricción, la disipación de calor en la zona de corte y la mejora del acabado superficial de la pieza. En aplicaciones industriales, estos fluidos son principalmente de origen sintético y se suministran mediante sistemas de inundación con caudales del orden de 5 a 20 L/min, lo que genera superficies con presencia de fluido residual, formación de neblinas y condiciones que pueden afectar el entorno laboral. En particular, la exposición del operario a vapores y al contacto directo con el fluido sintético ASHBURN APEX 7030 WG puede asociarse a afecciones dermatológicas y respiratorias debido a los aditivos presentes en su formulación. Asimismo, su uso implica costos asociados al mantenimiento, recirculación y disposición final. En este contexto, la presente tesis evalúa el desempeño de un aceite vegetal biodegradable como alternativa al fluido sintético. El lubricante se aplica mediante la técnica de Mínima Cantidad de Lubricante (MQL), con caudal típico de 50 a 100 mL/h y presión de aire comprimido de 4 a 7 bar, favoreciendo su ingreso a la interfaz herramienta–viruta y la formación de una película lubricante que reduce el coeficiente de fricción. La evaluación experimental se desarrolla en una operación de fresado frontal de acero AISI P20. La rugosidad superficial (Ra) se analiza conforme a la norma ISO 21920- 2:2021, mediante un diseño factorial. Asimismo, se evalúa cualitativamente el desgaste en insertos de carburo recubiertos con TiAlN (PVD). Los resultados muestran una reducción promedio del 15 % en la rugosidad al emplear aceite de coco con MQL. Además, se identifica desgaste por abrasión y formación de virutas helicoidales continuas.

Cutting fluids in machining processes perform functions related to friction reduction, heat dissipation in the cutting zone, and improved surface finish of the workpiece. In industrial applications, these fluids are primarily synthetic and are supplied via flooding systems with flow rates of 5 to 20 L/min, resulting in surfaces with residual fluid, mist formation, and conditions that can affect the work environment. In particular, operator exposure to vapors and direct contact with the synthetic fluid ASHBURN APEX 7030 WG can be associated with dermatological and respiratory problems due to the additives in its formulation. Furthermore, its use entails costs associated with maintenance, recirculation, and final disposal. In this context, this thesis evaluates the performance of a biodegradable vegetable oil as an alternative to the synthetic fluid. The lubricant is applied using the Minimum Quantity Lubricant (MQL) technique, with a typical flow rate of 50 to 100 mL/h and a compressed air pressure of 4 to 7 bar. This facilitates its penetration into the tool-chip interface and the formation of a lubricating film that reduces the coefficient of friction. The experimental evaluation is performed on a face milling operation of AISI P20 steel. Surface roughness (Ra) is analyzed according to ISO 21920-2:2021, using a factorial design. Wear on TiAlN-coated (PVD) carbide inserts is also qualitatively evaluated. The results show an average reduction of 15% in roughness when using coconut oil with MQL. Additionally, abrasive wear and the formation of continuous helical chips are identified.