LA REDUCCIÓN DE COSTOS DE PRODUCCIÓN DE LAS BROCAS PARA MURO CON INSERTO METÁLICO DURO

Transcripción

1 LA REDUCCIÓN DE COSTOS DE PRODUCCIÓN DE LAS BROCAS PARA MURO CON INSERTO METÁLICO DURO Objetivos de la innovación tecnológica 1. Permitir el templado del vástago y la soldadura del inserto de metal duro directamente sobre la línea de producción 2. Permitir la utilización de materiales menos costosos sin comprometer su calidad 3. Realicar un palpable ahorro energético Giorgio Mazzola & Massimo Mosca

2 SOLDADURA DEL INSERTO Objetivo del equipo El equipo permite la soldadura automática del inserto en material sinterizado que se monta sobre la broca. El material de aporte, en forma de cinta, se fija previamente mediante punteado. Rendimiento Diámetro de la punta De 3.25 a15.70 mm Longitud de la punta De 110 a460 mm Temperatura de soldadura 1,080 C en atmósfera inert e Duración del ciclo para cualquier medida dentro del rango4,5 segundos

3 Descripción del ciclo tecnológico

4 La punta de soldado sobre las que se monta el inserto y la plaquita de material a soldar se colocan en posición horizonal sobre la banda transportadora, la que las hace avanzar con paso fijo a intervalos de 54 segundos. La transportadora avanza 16 pasos Un brazo mecánico sujeta 8 puntas y volteándolas 90 las coloca en la primera de las dos estaciones de soldadura. Los inductores de calentamiento descienden verticalmente y se posicionan correctamente. Inicia el calentamiento; se introduce la atmósfera protectora. Al alcanzar la temperatura de 1,080 C sucede la so ldadura. En tempo muerto el brazo mecánico ha provisto la carga a otras 8 puntas en la segunda estación de soldadura. La descarga de las puntas soldadas que se nuevamente se depositan sobre la transportadora. En tiempo muerto se sucede la recarga de la primera posición de soldadura.. Producción por hora de 800 puntas para cualquiera de las dimensiones dentro del rango

5 Presentación de los resultados inserto y el acero del vástago Sección ampliada x 100 de la zona de unión entre el

6 inserto y el acero del vástago Sección ampliada x 500 x de la zona de unión entre el vecindad de la zona soldada Sección ampliada x 500 x del acero C45 en la

7 Distribución homogénea de la aleación; ningún fenómeno de sobrecalentamiento en la estructura de soporte TEMPLADO DEL VÁSTAGO

8 Image text: Vástago Objetivo del equipo El equipo permite el templado y la recuperación automaticamente de la punta cuya extremidad se ha soldado el inserto de metal duro Rendimiento Diámetro de la punta De 3.25 a15.70 mm Longitud de la punta De 110 a460 mm Temperatura de templado 850 C Temperatura de recuperaciónde 250 a400 C Duración del ciclo para 4.5 segundos

9 Descripciión del ciclo tecnológico Las puntas a templar y revenir se disponen en posición horizontal sobre una banda transportadora que les hace avanzar a paso fijo. Un manipulador sujeta 12 puntas y las dispone en una tarima especial La tarima se traslada horizontalmente y se posiciona de frente a la transportadora vertical dotada de 12 mandriles giratorios y otros cuantos dispositivos de contención axial de las puntas. Los mandriles ponen en rotación a las puntas: se inicia el calentamiento en traslación vertical y el suministro del líquido para el templado Al final de la traslación se efectúa un enfriamiento suplementario.

10 Los inductores comienzan a mover hacia abajo; se suministra una potencia calentadora reducida que provoca el revenido de la punta Al fin de la operación la punta se dispone sobre otra tarima que la dirige a la zona de descarga Producción por hora de 800 puntas en cualquier dimensión dentro del rango Presentación de los resultados

11 Sección transversal Image text (top to down) Ataque Cuerpo Punta Sección ampliada x 1000 de la zona del núcleo

12 Sección ampliada x 1000 de la zona externa Estructura homogénea exenta de grietas INFORME DE PRUEBAS DEL TEMPLADO TENDIENTES A VERIFICAR LA APLICABILIDAD DE ACEROS MENOS COSTOSO QUE LOS ACTUALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL VÁSTAGO Las puntas se templan por inducción después de la soldadura de la plaquita de metal duro operación también efectuada por inducción en atmósfera inerte, Tmax = 1,080 C con una duración que puede alcanzar 30 segundos el diámetro y un enfriamiento controlado hasta de 880 C).

13 Los aceros utilizados son: C45, 40Cr, C46CrB2, 45SiCrV6, 34CrNiMo6 (solo para las pruebas). Las temperaturas teóricas y experimentales, para los diversos aceros, se indican en la tabla siguiente: Picture text: First column: First row: Templado en horno cerrado, Temperatura T en C Second row: Templado por inducción,temperatura calculada T C. Datos experimentales Third column, second row: Aprox C Fourth column, second row: Aprox. 950 C Fifth column, second row: Aprox C Las pruebas de templado sen estáticas o en movimiento, han evidenciado la formación de grietas, tras el apagado en agua, del C46CrB2 (que es el material más indicado, desde el punto de vista de la relación calidad costo, para la producción en grandes volúmenes). Las pruebas preliminares se efectúan mediante convertidores en estado sólido (MOSFET), utilizando diversos inductores y dos técnicas de calentamiento: estática y en movimiento

14 A) Prueba estática, acero C45, apagado en agua: Prueba 1 Tiempo de calentamiento de aproximadamente 6", Potencia del generador 80%, T C Dureza macro: HRC sobre superficies cilíndricas. Image text (top to down): Ataque, Cuerpo, Punta Microdureza, sección transversal (foto siguiente) - ataque: Mm EJE HV cuerpo: Mm Eje HV

15 - punta: mm EJE HV Micrografia cuerpo y ataque,nital5: a la izquierda la superficie, a la derecha el núcleo, x1000. La muestras, sometidas al pulido con paño y ataque ácido, se someten al análisis metalográfico. La microestructura observada está formada casi exclusivamente de martensita compacta, fina. La presencia de agujas de ferrita es modesta, no se observan, además, señales de sobrecalentamiento o descarburación superficial. Prueba 2 Tiempo de calentamiento 4.5" Potencia del generador 100% Microdureza, secciones transversales

16 - Ataque: Mm EJE HV Cuerpo: Mm Eje HV Punta: mm Eje HV Microestructura: con referencia al C45, la estructura resultante después del templado es uniforme; además en este caso no se observan defectos superficiales. Las puntas de acero C46CrB2, templadas enlas mismas condiciones, presentan grietas. Micrografia de arriba: C46CrB2, x1000. Estructura (martensita) y grieta radial. Algunas puntas en C46CrB2 se han templado estáticamente, sin grietas, utilizando una emulsión de polímeros al 10% y reduciendo cuanto basta la temperatura detemplado para evitar una condición de sobrecalentamiento (fuerza motriz de las grietas).

17 B) Pruebas en movimiento, acero C45, apagado en agua: Prueba 3 Punta Ø de 6 mm, la punta se secciona a nivel de la plaquita y del cuello para tener el mismo diámetro en todo el segmento. Micrografia de la punta y el ataque Nital5: superficie a la izquierda, a la derecha el núcleo, x HV1 La muestra presenta una excelente estructura tanto en la superficie como en el núcleo. La transformación en martensita es casi total. No se observan, tampoco en este caso, señales de sobrecalentamiento. No se observan gritas. La dureza, homogénea, oscila entre 600 y 630 HV1 en todo el diámetro, comprendida la garganta.

18 Prueba 4 Punta con Æ de 16 mm. Acero autotemplado 34CrNiMo6 (elegido sólo para las pruebas preliminares, con el fin de valorar los tiempos y la homogeneidad del calentamiento). Fases: precalentamiento + calentamiento de templado (T 900 C) La dureza, inmediatamente después del templado, oscila entre 42 y 50 HRC. Después del baño ligero mide de 47 a 50 HRC. La muestra se ha, por tanto, seccionado e incrustada en resina en caliente. Microdureza Sobre los cortes se efectúan costuras, desde el borde hacia el eje de la pieza. Desde la evolvente: mm Núcleo HV Desde la arista menor mm HV

19 Garganta: 577 HV0.2 Prueba 5: Mismas condiciones, una sola fase de calentamiento (potencia mayor para compensar el menor tiempo de aplicación) T 950 C. Dureza superficial, medida sobre la evolvente: 55 HRC Microdureza, secciones transversales del cuerpo, costuras: Desde la evolvente: mm Núcleo HV Desde la arista menor: mm HV Garganta: 607 HV0.2

20 El templado, obtenido con el proceso 1 es muy homogéneo. Esto es evidente en las simples observaciones de la probeta después del ataque.la dureza mínima y en tolerancia. Post data: tal acero se utiliza en las producciones actuales, principalmente por los diámetros mayores, explotando la posibilidad de templarlo en horno tradicional y descargando las piezas calientes en caja. El apagado sucede en aire calmado. En un equipo para inducción el manejo de las piezas a elevada temperatura no se concibe, por lo tanto, el templado del acero tipo 34CrNiMo6 no está previsto. En el caso 2 se observan zonas obscuras superficiales con dureza muy inferior respecto a la matriz (455 HV1 contra 600): en particular, las aristas menores están claramente por debajo del temple. Durante el calentamiento, de hecho, la evolvente se calienta al amarillo mientras que las aristas son obscuras. Comentarios El templado en movimiento, respecto al estático permite crear menores choques térmicos durante el calentamiento y por lo tanto, menores deformaciones posteriores al apagado.los aceros que, en ciertas condiciones, están sujetos a distorsiones o grietas (o francamente fracturas) después del templado estático, pueden ser templados en movimiento sin defectos de tratamiento utilizando medios de temple drásticos (por ejemplo agua o emulsiones diluidas en vez de baños de templado con elevadas concentraciones de polímeros). Si se propone el templado de todos los tipos de aceros, indistintamente, utilizando agua pura; tal situación será, evidentemente, ideal. Se consideran, de hecho, los residuos oleosos y carbonosos que ensucian los equipos (en particular los filtros) utilizando emulsiones. Otros factores no despreciables son el sobredimensionamiento de los intercambiadores y de las bombas. La capacidad térmica de las emulsiones a partir de aproximadamente el 5%, es sensiblemente inferior al del agua. El C46CrB2, a todos los efectos, un acero de aleación (para aumentar la templabilidad. Las puntas se templan hasta el núcleo y las piezas presentan una geometría compleja (evolventes) que precipitan las grietas. Al inicio del ajuste del equipo se utilizará agua pura, eventualmente substituida de una emulsión con la concentración mínima posible de aditivo (emulsión de polímeros, para evitar las grietas) en cualquier caso no superior al 10%.