Influencia de parámetros de corte y vibraciones en la rugosidad superficial en procesos de torneado

Transcripción

1 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.1. Materiales de ensayo Los ensayos realizados tendrán como fin verificar que se cumple la relación de la ecuación 2.3, es decir, las medidas de rugosidad obtenidas experimentalmente y las calculadas de forma teórica mediante dicha expresión son similares. R a = 1000 f2 32r (2.3) Como se puede observar, se relaciona la rugosidad superficial del material medida en µm (R a ) con el avance medido en mm/rev (f) y el radio de punta de la herramienta medido en mm (r). Se toma como referencia para realizar el mecanizado previo de las probetas la norma ISO 3685, de la cual se encuentra disponible su homóloga española la UNE Dichas normas tratan sobre Ensayos de duración de herramientas de torno único, y servirán de guía a la hora de establecer los parámetros de corte y los materiales de las probetas, de las cuales se tomarán posteriormente medidas de rugosidad. En cuanto a los materiales de ensayo, la norma recomienda el uso de acero al carbono y de hierro fundido, cuya dureza debe estar comprendida entre los 180 y 220 HB. Inicialmente se contaba en el taller con acero al carbono, acero inoxidable y hierro fundido. Dada la variedad de aceros al carbono disponibles, se realizaron medidas de dureza de cinco de ellos, pues no se disponía de la composición química de los mismos (figura 4.1). Este dato es muy importante, pues en muchos de los artículos y de la bibliografía consultada se hace mención a la importancia de la dureza del material mecanizado a la hora de obtener unos buenos resultados de rugosidad. Así, a mayor dureza del material, mejor será el acabado superficial obtenido. Como comprobación a la recomendación de la norma, una vez elegidos los aceros al carbono con los que se va a trabajar, se mecanizaron previamente varias probetas para, en función de las condiciones de corte ya seleccionadas, ver que estos materiales cumplían con los valores de rugosidad esperados. Finalmente, los materiales elegidos tras los resultados de las mediciones de dureza de los aceros fueron el 1 y el 2, como muestra la tabla 4.1. Estos materiales se encontraban cercanos a las durezas requeridas por la norma y además, existía una mayor disponibilidad de ellos en los talleres para las cantidades necesarias en el mecanizado de las probetas. También se emplearon el acero inoxidable y el hierro fundido (ver tabla 4.2). Capítulo 4 24

2 Tabla 4.1. Medidas de las durezas tomadas a las muestras de aceros al carbono Material Dureza HB (2,5 mm/187,5 kg) Las mediciones fueron llevadas a cabo utilizando un durómetro de la marca EMCO, el cual empleó una bola con un diámetro de 2,5 mm y una carga de 187,5 kg para todos los materiales, excepto para el hierro fundido, que se empleó una carga de 62,5 kg, pues al tratarse de un material más blando, la huella dejada por la carga de 187,5 kg era demasiado grande para poder realizar la medición de forma correcta. Tabla 4.2. Durezas de los materiales ensayados MATERIAL Dureza HB (2,5 mm) Acero Carga de 187,5 kg Acero Carga de 187,5 kg Acero inoxidable 197 Carga de 187,5 kg Hierro fundido 129 Carga de 62,5 kg Figura 4.1. Muestras para mediciones de dureza Las dimensiones de las probetas fueron elegidas teniendo en cuenta la disponibilidad del material en los talleres, que eran barras de 30 mm diámetro. A éstas se les realizó una primera pasada de desbaste, obteniendo un diámetro de 28 mm. Después se aplicó una pasada de acabado de un 1 mm de profundidad, obteniéndose el acabado buscado para realizar las mediciones de rugosidad de las probetas. La longitud de todas las probetas se tomó de 50 mm (figura 4.2). Acero 1 Acero 2 Hierro fundido Acero inoxidable Figura 4.2. Probetas de los cuatro materiales empleados en los ensayos Capítulo 4 25

3 4.2. Herramientas Para elegir las herramientas adecuadas se consultaron los catálogos de fabricantes de herramientas, de manera que las condiciones de corte sean las idóneas para el resultado que se desee obtener como puede ser el mecanizado de desbaste o el de acabado. Las normas consultadas también hacen recomendaciones sobre dichos parámetros. En este proyecto se han seguido las recomendaciones de la norma UNE : 1985 Ensayos de duración de herramientas de torno de corte único. Se realizó una primera serie de probetas de prueba, para comprobar que las condiciones de corte elegidas daban como resultado rugosidades cercanas a las esperadas teóricamente. En la tabla 4.3 se establecen otros criterios que relacionan los parámetros de corte con la elaboración que se va a realizar [3]. En este proyecto se trabaja sobre elaboraciones de acabado, por lo cual, han servido de referencia los valores planteados para los distintos materiales. Estos valores son los que aparecen sombreados en dicha tabla. Tabla 4.3. Datos indicativos para el torneado exterior. Material Fundición gris Acero Acero inoxidable Tipo de acabado Avance (mm/rev) Profundidad de corte (mm) Desbaste muy pesado 0,2-1, Desbaste pesado 0,2-0,8 1-8 Desbaste 0,15-0,6 0,3-6 Acabado 0,05-0,3 0,2-2,0 Desbaste muy pesado 0,4-0, Desbaste pesado 0,25-0,8 1,9-7,5 Desbaste 0,3-0,7 0,5-6 Acabado 0,05-0,4 0,2-0,15 Desbaste pesado 0,25-0,7 2,0-11,5 Desbaste 0,2-0,6 1-7,5 Acabado 0,05-0,4 0,1-1,5 Las plaquitas empleadas en los ensayos y su designación se muestran en la figura 3.3. Las recomendaciones del fabricante de la plaquita (Garant) para un mecanizado medio son las siguientes: Profundidad de corte de 1,5-3,5 mm. Radio de la punta de herramienta de 0,8 mm. Avance de 0,15-0,3 mm/rev. Velocidad de corte de m/min. Capítulo 4 26

4 Figura 4.3. Plaquitas empleadas en los ensayos El rompevirutas de la plaquita estará incorporado en la cara de ataque (o desprendimiento), que será una modificación de dicha cara con el fin de fragmentar la viruta. Su cometido será el de controlar el radio de curvatura de la viruta, así como direccionarla de manera que se rompa en pedazos que sean uniformes y de longitud pequeña. Las plaquitas se fijan mecánicamente en el portaherramientas (figura 4.4). Se emplearon dos longitudes de agarre, a las que se hará referencia como longitudes de voladizo utilizadas fueron dos: 35 mm y 60 mm. Pero no se usaron ambas para todos los ensayos. La longitud de 60 mm solo se ensayó para las probetas de acero al carbono, pues formaba parte del análisis de las vibraciones de la herramienta. Figura 4.4. Plaquita con fijación mecánica Capítulo 4 27

5 4.3. Equipos Torno paralelo El torno empleado será un torno en paralelo de manipulación manual de la marca Pinacho, y modelo L-1/165, disponible en los talleres, y que se muestra en la figura 4.5. Las especificaciones técnicas del torno se indican en la tabla 4.4. Tabla 4.4. Características del torno Pinacho modelo L-1/165 Potencia nominal Distancia entre cabezal y contrapunto Longitud bancada Diámetro máximo de las piezas a montar 3 CV 700 mm 1800 mm 330 mm Variador continuo de velocidad Precisión Longitudinal 0,02 mm Rango de revoluciones nominales (rpm) Rango de avances (mm/rev) 0,047-0,86 NO Transversal 0,02 mm Figura 4.5. Torno Pinacho modelo L-1/165 Capítulo 4 28

6 Rugosímetro El rugosímetro empleado será el mostrado en la figura 4.6, el modelo Perthometer M1 de Mahr. Dicho rugosímetro consta de un palpador de diamante que será el encargado de registrar la rugosidad de la superficie a medir moviéndose en línea recta por dicha superficie. Medición de vibraciones Figura 4.6. Rugosímetro Perthometer M1 de Mahr Para la medición de vibraciones durante el mecanizado de las probetas en el taller, se ha empleado el programa LMS Pimento. Dicho programa consta de un equipo portátil, como se aprecia en la imagen (figura 4.7), formado por un aparato multicanal encargado de la adquisición de los datos, un portátil en el que se registrarán las medidas tomadas para su posterior procesamiento y una serie de acelerómetros que han sido instalados en el portaherramientas. Figura 4.7. Equipo LMS Pimento empleado para la adquisición de datos Capítulo 4 29

7 Durómetro El durómetro empleado en las mediciones de dureza será el modelo EMCO Test Automatic (figura 4.8), con el que se obtuvo medidas de dureza Brinell. Para ello, utiliza una bola de 2,5 mm de diámetro y una carga de 187,5 kg, excepto para el hierro fundido que fue necesario variar la carga a 62,5 kg. Figura 4.8. Durómetro EMCOtest automatic 4.4. Parámetros de corte La elección de los parámetros de corte se realizó siguiendo la norma UNE :1985, pero también según la disponibilidad de herramientas y útiles presentes en los talleres. En el caso de las plaquitas también se tuvieron en cuenta las recomendaciones del fabricante. De esta manera, tanto el avance como la velocidad de corte fueron elegidas a partir de los valores dados en el catálogo de la herramienta. En la tabla 4.5 se reflejan, dentro de los rangos de valores recomendados, aquellos permitidos en el torno. Las velocidades de corte se calculan a partir de la ecuación 3.1. Tabla 4.5. Parámetros de corte de los ensayos Avance (mm/rev) 0,165 0,21 0,28 Velocidad de giro (rpm) Velocidad de corte (m/min) 75,65 123,15 175,93 Capítulo 4 30

8 Cabe destacar que de dichas velocidades, la menor no estará comprendida dentro del rango de velocidades recomendadas para el uso de las plaquitas, pero aun así se ha utilizado dicho valor para tener un mayor abanico de resultados a la hora de sacar conclusiones. Además, durante el mecanizado no existirá ningún inconveniente, pero si habrá que tener presente que las condiciones de corte no serán las óptimas. Además, la ecuación de Taylor de la vida útil de la herramienta (ecuación 3.2) [1][2][6] servirá para obtener un criterio de desgaste de la herramienta y saber cuánto tiempo se pueden usar las plaquitas para una velocidad de corte dada. De esta manera, la norma UNE-16148:1985 establece como condición, que la velocidad de corte sea tal que la vida útil de la herramienta no sea inferior a 5 minutos. Si se tratara de un material más caro, dicho valor no debe ser inferior a 2 minutos. En este caso, se cumple con creces dicha condición. La profundidad de corte escogida fue de 1 mm, pues se trataba de una operación de acabado (tabla 4.3). El radio de punta de la plaquita será de 0,8 mm, como se explica en el apartado 4.2 de este capítulo. Capítulo 4 31