Lubricants impact on cutting forces : Torque reduction in tapping process

Abstract

[ES] Los procesos de mecanizado representan una parte importante de los procesos que se llevan a cabo en la industria manufacturera. Con el fin de reducir el impacto ecológico y los costos operativos, estas empresas se han de volcarse a la mejora continua de sus procesos. Esta tesis tiene como objetivo la mejora de un proceso de brochado para una empresa automotriz. Esta herramienta está construida en HSS y revestida con TiN, forzándose a través de un orificio en la pieza a mecanizar. Debido a los múltiples puntos de corte que actúan simultáneamente, las fuerzas necesarias son muy elevadas. Los bajos valores del ángulo de alivio y la baja velocidad del proceso, conceden al lubricante un papel crítico en el proceso de brochado. Con el fin de estudiar el impacto del lubricante en el proceso de brochado se han simulado las condiciones de este proceso de la forma más fiel posible en un laboratorio mediante un proceso de roscado. Con la finalidad de examinar las fuerzas de corte necesarias y como estas evolucionaban a lo largo del proceso se ha llevado a cabo esta operación mediante el uso de diferentes lubricantes. Los resultados y su análisis han mostrado una influencia de la viscosidad en el proceso. La viscosidad es inversamente proporcional a la capacidad del fluido de acceder a ciertas zonas críticas, aumentando las fuerzas de rozamiento y la generación de virutas largas. Tanto el tamaño de la viruta, como la capacidad del lubricante de evacuarlas han mostrado fuertes influencias en el proceso.

[EN] Machining processes are an important part of the manufacturing industry. Those companies are required to continuously improve their processes and make them more efficient, to reduce the ecological impact and operational costs. The aim of this thesis is to improve a circular broaching process for an automotive company. The broaching tool is made from solid HSS and TiN coated, which is pulled through a hole in the workpiece. Due to multiple cutting edges acting simultaneously, the cutting force is high. With a low relief angle of the cutting tool and low cutting speed, the lubricant plays a critical role in the broaching process. The thesis studies different cutting fluids in a laboratory, by simulating the impact of cutting fluids in a broaching process with tapping operations under similar conditions. The torques values and the behaviour of it during the process have been recorded for different lubricants. The lubricants were found to have a strong influence in the torque required and the chip formation. The relation between lubricant viscosity and lubrication performance was studied. In addition, the relation between chip formation and torque behaviour was explored, showing the importance of chip evacuation capacity. The process has been carried out by using different lubricants to examine the required cutting forces and how they evolved throughout the process. The results and the consecutive analysis have shown an influence of the viscosity in the process. The viscosity is inversely proportional to the capacity of the fluid to access certain critical areas, increasing the friction forces and the generation of long chips. Both the chip size and the ability of the lubricant to evacuate have strong influences on the process.