Perlita Cementita Ferrita Esteadita Grafito 100% 0% 5% (máx.) 5% (máx.) Grafito laminar

Transcripción

1 4. Normativas Hay diversas normativas internacionales relativas a la normalización de los ensayos de durabilidad de las herramientas de corte en los procesos de mecanizado. Para la realización de este estudio se ha tomado como referencia la norma UNE 16148:1985 Ensayos de duración de herramientas de torno de corte único [16], similar a la norma ISO 3685:1993 [6]. Dicha norma tiene como objetivo normalizar los ensayos de vida útil de las herramientas especificando todas las condiciones que pueden influir sobre la operación de mecanizado. A continuación se procede a citar las especificaciones de la norma para la realización de los ensayos, aunque esta norma no es restrictiva y posibilita la modificación de cualquier parámetro objeto de estudio Pieza a mecanizar En el caso de que el material de la pieza no sea la variable del análisis, el experimento se realizará sobre uno de los siguientes materiales de referencia: Acero El acero será laminado en caliente y con un contenido de carbono según UNE-EN :2008 [10] y UNE-EN :2008 [11] (Tabla 4.1). Además se limitan las cantidades de otros elementos como Ni = 0,20 %, Mo = 0,05 %, V = 0,02%, Cr = 0,15 % y Cu = 0,20%. Tabla 4.1 Composición de los aceros según [10] y [11]. Denominación %C %Si %Mn %P (máx.) %S F 1145-C45 K-1 0,40/0,5 0,15/0,4 0,5/0,8 0,035 0,02/0,035 F 1147-C48 K-1 0,45/0,5 0,15/0,4 0,5/0,8 0,035 0,02/0,035 Fundición: La fundición de referencia debe ser del tipo FG25 a criterio de la norma UNE-EN 1591:2012 [12] cuya composición debe ser la indicada en la tabla 4.2. Tabla 4.2 Composición de la fundición según [12]. Perlita Cementita Ferrita Esteadita Grafito 100% 0% 5% (máx.) 5% (máx.) Grafito laminar Otros materiales: Para cualquier otro material a mecanizar se procurará, en la medida de lo posible, aportar en la presentación de los resultados el mayor número de datos sobre su calidad, composición química, propiedades físicas, su proceso de elaboración, etc. Antonio Guarnido Barrera Capítulo 4-1

2 Como condición de referencia de la pieza se tomarán un diámetro mínimo de recepción del material de 100 mm, y cualquier superficie procedente de laminación o de moldeo, así como una superficie anormalmente endurecida debe ser eliminada previamente al ensayo. Para conocer la dureza en la sección de la pieza se realizarán ensayos de dureza, de manera que el ensayo de corte se realizará entre los diámetros en los que la dureza esté dentro del rango deseado. Con el objetivo de evitar vibraciones generadas por la flexión de la barra, la relación entre la longitud de la barra y su diámetro no debe ser superior a 10. En caso de que se produzca retemblado el ensayo será descartado del análisis Herramienta Material de la herramienta La norma propone realizar los ensayos con herramientas de acero rápido o metal duro, aunque queda abierta a otros materiales, como por ejemplo los cerámicos, si estos son la variable de estudio. En nuestro caso hemos elegido dos de ellos: Acero rápido: cuya composición se debe ajustar a las proporciones que aparecen en la tabla 4.3. y debe llevar un tratamiento térmico que incluye un recocido, precalentamiento, temple, enfriamiento, y un revenido en tres periodos. Tabla 4.3 Composición del material de herramienta. [16] %C %Si %Mn %Cr %Mo %W %V %P %S 0,80-0,85 0,10-0,40 0,10-0,40 4,00-4,25 4,75-5,25 6,0-6,5 1,70-2,10 0,03 (máx.) 0,03 (máx.) Metal duro: se recomienda que la calidad de la pieza se corresponda con los grupos P10 para el caso de mecanizar acero y K30 para el caso de la fundición. Las características de sendos grupos vienen especificadas por la norma UNE 16100:1982[13]. Otros materiales: En caso de emplear cualquier otro material diferente a los citados se procurará aportar la máxima información relativa al material Geometría de la herramienta La geometría de las herramientas es un factor fundamental en los ensayos sobre la vida útil de la herramienta por lo que la norma insta a emplear una geometría de referencia determinada, salvo que sea una variable a evaluar en el ensayo. En nuestro caso no es una variable a estudiar por lo que se trabajará con las recomendaciones de la tabla 4.4. Capítulo 4-2 Antonio Guarnido Barrera

3 Tabla 4.4. Ángulos de referencia de las herramientas [16] Material de la herramienta Desprendimiento ϒ De incidencia α Ángulos [ ] De inclinación del filo principal λ s De posición K r De punta Є r Acero rápido Metal duro Cerámica Las herramientas de acero rápido se fabricarán siguiendo el criterio indicado en la tabla 4.4 y en el caso de las herramientas de metal duro se emplearán plaquitas con fijación mecánica Condiciones de referencia de la herramienta En este epígrafe se describirán el resto de condiciones relativas a la herramienta no concretadas anteriormente. Dimensiones de la herramienta Se recomienda que las secciones del mango de la herramienta sea de 25 x 25 mm para las herramientas de fijación mecánica y de 25 x 16 mm para las herramientas enterizas de acero rápido. Además, que la distancia en voladizo entre la punta de la herramienta y la cara anterior del portaherramientas del torno no exceda de 25 mm para evitar la flexión del mango. En el caso de herramientas de fijación mecánica la parte inferior de la plaquita intercambiable no debe sobresalir de la superficie de apoyo del soporte más de 0,3 mm Tolerancias En todos los ángulos de la herramienta la tolerancia será de ±0,5 (±30 ). Para el caso del radio de punta ( ) la tolerancia es ±0,1. Las plaquitas de fijación mecánica de metal duro deben tener una tolerancia que corresponda al tipo G, definido éste según la norma UNE 16113:1975 [15]. Acabado No deben existir en la herramienta rebabas, mellas, ni dobles aristas que alteren la geometría predefinida. La rugosidad en las caras de la geometría activa de la herramienta no debe exceder de 0,25 μm, medidos conforme a la norma UNE 82301:1986 [20]. Rompevirutas En las herramientas de acero rápido no deben de utilizarse rompevirutas salvo que sea la variable del ensayo. Para herramientas de metal duro o cerámica sí se admite el uso de rompevirutas y en ese caso el ángulo del mismo debe ser nulo, esto es decir que su línea Antonio Guarnido Barrera Capítulo 4-3

4 de intersección con la cara de desprendimiento debe ser paralela a la arista de corte principal. Además el ángulo de filo del rompevirutas, el que se forma entre la cara de desprendimiento y su cara activa debe estar entre 55 y Fluidos de corte Los ensayos pueden realizarse en seco o bien empleando el fluido de corte de referencia si las características de este no son un variable de interés. Para el caso de herramientas de acero rápido el ensayo se realizará en seco si el criterio principal de duración es su fallo catastrófico. Por el contrario si el criterio empleado es el desgaste de la cara de incidencia el ensayo se ejecutará con la aplicación de fluido de corte. Con las herramientas de metal duro y cerámicas se trabajará sin fluidos de corte salvo que las circunstancias lo exijan. El fluido propuesto debe ser una disolución acuosa con un porcentaje en masa de 0,5 % de trietanolamina y 0,2% de nitrato de sodio NaNO 3. El caudal del fluido debe de al menos 3 l/min Parámetros de corte Las condiciones de corte de referencia deben ajustarse a uno de los siguientes grupos mostrados en la tabla 4.5. Tabla 4.5. Condiciones de corte de referencia según [16] Condiciones de corte A B C D Avance f, (mm/rev) 0,1 0,25 0,4 0,63 Profundidad de corte p, (mm) 1,0 2,5 2,5 2,5 Radio de punta (r ), (mm) 0,4 0,8 0,8 1,2 En caso de que no sea posible obtener esos parámetros o que interese analizar la influencia de alguno de ellos específicamente, no se recomienda variar más que uno simultáneamente, y en cualquier caso tomar unos valores de avance y profundidad enmarcados dentro del triángulo correspondiente a cada radio de punta, que se pueden encontrar en la gráfica de la figura 4.1. Las tolerancias para cada parámetro deben ser: Avance: +3 % 2 %. Profundidad: ±5%. Radio de punta: ±0,1 r Capítulo 4-4 Antonio Guarnido Barrera

5 Figura 4.1. Condiciones límite de corte. [16] Para los casos en que las condiciones de corte empleadas no sean las de referencia se establecen los siguientes límites: Profundidad de corte máxima: 10 veces el avance Profundidad de corte mínima: 2 veces el radio de punta Avance máximo: 0,8 veces el radio de punta La velocidad de corte se expresará en (m/min). Los valores de velocidad serán elegidos de manera que la duración de la herramienta supere los 5 minutos. En caso de que el material a mecanizar sea escaso o de elevado precio, la duración de la herramienta se puede reducir pero en ningún caso ser inferior a 2 minutos Criterios de medida del desgaste La finalidad del ensayo es obtener la duración de la herramienta experimentalmente y analizar cómo influyen determinados factores en la vida útil de la herramienta. Para unificar términos relativos a este asunto se procede a definir los siguientes términos: Desgaste de la herramienta: Modificación de la geometría de la herramienta con relación a su geometría de referencia. Antonio Guarnido Barrera Capítulo 4-5

6 Medida del desgaste: Dimensión a medir para indicar el valor del desgaste. Criterio de duración de la herramienta: Es un valor preestablecido de la medida del desgaste o la aparición de un determinado fenómeno. Duración de la herramienta: Tiempo de corte necesario para alcanzar el criterio de duración de la herramienta. Si se toma como medida del desgaste la profundidad del cráter, los parámetros que se tendrán en cuenta para caracterizar el criterio de duración de herramienta son los siguientes (ver figura 4.2). KB: Distancia entre la arista de corte y el extremo del cráter más alejado de ésta, medido en el plano que contiene la superficie de desprendimiento de la herramienta. KM: Distancia entre la arista de corte y el centro del cráter medido en el plano de la cara de desprendimiento. KT: Profundidad máxima del cráter medida desde el plano de la superficie de desprendimiento. Si se opta por la anchura de la banda de desgaste como medida del desgaste se distinguen las siguientes zonas en la arista de corte principal (ver figura 4.2) Zona C: Es la parte curva de la arista de corte en la punta de la herramienta. Zona B: Es la parte recta de la arista de corte comprendida entre la zona C y N. Zona N: La cuarta parte de la longitud desgastada de la arista de corte en la parte opuesta a la punta de la herramienta. Para éste método se toma como criterio de duración la anchura media de la banda de desgaste que se representa mediante VB seguido de un subíndice que indica a que zona de la arista de corte hace referencia Criterios de duración de la herramienta. El tipo de desgaste que más influye en la duración de la herramienta es el que debe ser utilizado como medida del desgaste. En el caso de que este no sea evidente o haya diferentes tipos de desgaste se podrán utilizar dos criterios de desgaste o uno mixto. A continuación se describen los criterios más comunes según el material de la herramienta Criterios para herramientas de acero rápido. Desmoronamiento o fallo catastrófico Anchura media del desgaste de la cara de incidencia principal VB B = 0,3 mm si el desgaste es uniforme en la zona B, ver figura 4.2. Capítulo 4-6 Antonio Guarnido Barrera

7 Anchura máxima del desgaste sobre la cara de incidencia principal VB B = 0,6 mm si el desgaste es irregular, si existe entalla o desconchado en la zona B de la cara de incidencia. Figura 4.2. Tipos de desgaste de herramientas de torno de corte único. [16] Criterios para herramientas de metal duro. Anchura media del desgaste de la cara de incidencia principal VB B = 0,3 mm si el desgaste es uniforme en la zona B, ver figura 4.2. Anchura máxima del desgaste de la cara de incidencia principal VB B = 0,6 mm si el desgaste es irregular en la zona B. Profundidad del cráter KT, dado por la expresión 4.1 )=0,06+0,03 (4.1) Para los avances de referencia, los valores límite de la profundidad del cráter se muestran en la tabla 4.6. Antonio Guarnido Barrera Capítulo 4-7

8 Tabla 4.6. Valores límites de KT para avances de referencia. [16] Avance f (mm/rev) 0,25 0,4 0,63 Cráter KT (mm) 0,14 0,18 0, Criterio para torneado de acabado La rugosidad superficial es un criterio usual para este tipo de mecanizado. Se recomiendan los siguientes valores de Ra de acuerdo a la norma UNE 82301:1986 [20]. 0,4 µm 0,8 µm 1,6 µm 3,2 µm 6,3 µm 12,5µm 4.7. Equipos Máquinas herramientas. La máquina herramienta fundamental será un torno paralelo el cual deberá ser lo suficientemente rígido para evitar flexiones durante el mecanizado, carecer de tendencia a la vibración y tener un buen ajuste entre sus partes. Así mismo éste deberá regular las velocidades para permitir realizar ensayos con la misma velocidad de corte incluso con la disminución del diámetro de la pieza Otros equipos. Además de la máquina herramienta otros equipos necesarios para efectuar el ensayo son, entre otros: Un cronómetro para registrar los tiempos de corte. Un microscopio equipado con un dispositivo micrométrico para medir el desgaste en las caras de la parte activa de la herramienta. Un durómetro para la medición de la dureza de la pieza y la herramienta. Un rugosímetro portátil para medir la rugosidad de la pieza. Un dispositivo para medir la velocidad de corte. Un calibre para medir geometrías. Capítulo 4-8 Antonio Guarnido Barrera