CAPITULO 5. Evaluación de acabado superficial a probetas maquinadas

Transcripción

1 CAPITULO 5 Evaluación de acabado superficial a probetas aquinadas Coo se observó en el capítulo anterior, todas las pruebas realizadas con el aquinado de insertos de Sandvik Coroant, ayudaron para estiar paráetros de corte adecuados para el aquinado de acero aleado AISI 4140, una vez que se aquinaron las probetas se paso a edir el Ra para inspeccionar que acabado dejaba tanto en torneado húedo coo seco. El torneado en seco que se utiliza para el aquinado de probetas de prueba, fue de gran ayuda para observar, prieraente coo se coportaba el inserto de corte y después para analizar si el inserto era capaz de poder aquinar probetas, ya que sólo se iba a concentrar en el cilindrado de la parte con enos sección transversal de la probeta. Todas las pruebas que se realizaron tenían una finalidad específica, aunque sólo se hacía un pequeño cilindrado, al retirar la pieza del torno de control nuérico, se procedía a toar lecturas del acabado superficial, esto era ediante un rugosíetro tipo Surftest Analyzer de arca Mitutoyo, y obteníaos el proedio de rugosidad, es decir el Ra de todas las piezas que se habían aquinado. 5.1 Paráetros de acabado (1). Existen diversos paráetros utilizados para edir la textura de la superficie de una pieza después de un ecanizado, el Ra es un porcentaje aritético que sirve para poder filtrar las desviaciones en rugosidad en relación a una línea central, que se hace a lo largo de una longitud de evaluación. Este paráetro es el ás utilizado a nivel undial aunque puede presentar algunas liitantes por lo cual es recoendable usar una cobinación de paráetros para realizar una buena y confiable edición de acabado superficial. 214

2 215 El Ra es uno de los paráetros ás utilizados para edir los perfiles irregulares de una superficie, al toar las lecturas del Ra, da coo resultado un porcentaje de irregularidades, redistribuye aterial de los excesivos picos que presenta una superficie rugosa. El Ra se puede edir con instruento especiales que registren zonas irregulares en superficies de piezas, en la gráfica de Ra se uestran un conjunto de picos, estas zonas deuestran las regiones de la superficie edida que presentan variaciones a lo largo de una longitud deterinada, coo se uestra en la figura 5.1. Figura 5.1 Gráfica de Ra para edición de acabado La textura de la superficie en un etal ecanizado es el resultado de irregularidades cuando se realiza el flujo del aterial durante el proceso de aquinado. Las superficies pueden variar según sea el étodo de aquinado, el tipo y condiciones de la herraienta, los paráetros de corte y las propiedades del aterial (2). La textura de la superficie puede definir los siguientes eleentos: Rugosidad (R). Son las irregularidades ás pequeñas, hay desviaciones icro geoétricas a lo largo de toda la pieza, por lo que la gráfica de rugosidad plasará picos y valles donde la superficie sea irregular.

3 216 Ondulación (W). Son irregularidades ás grandes, el espacio entre valles y picos es ucho ayor de los que se presentan en una superficie rugosa, tanto para la rugosidad coo para la ondulación, existen eleentos en cuanto a la textura superficial y los ás iportantes son los siguientes: Superficie de estudio, por si designación en inglés (L), es la orientación de la superficie, que describe la orientación del doinio de edición. Defectos, por si designación en inglés (F), son inclusiones en el aterial, son hoyos o deforaciones en la superficie. Lo anterior lo podeos observar y analizar en la figura 5.2. Figura 5.2 Rugosidad y ondulación

4 217 Cuando se realizaron las pruebas de torneado al acero inoxidable tipo 304,se lograron piezas con buen acabado superficial, coo se ve en la figura 5.3, se debía de coprobar que Ra tenían, así que se utilizó un rugosíetro para toar las lecturas de acabado. Figura 5.3 Pieza aquinada con refrigerante La pieza anterior fue soetida a cuatro pruebas de rugosidad a lo largo de toda la longitud ecanizada, y los valores arrojados de dichas pruebas fueron los siguientes: Prueba #1 Ra = 1.10µ Prueba # 2 Ra = 1.10µ Prueba # 3 Ra = 1.07µ Prueba # 4 Ra = 1.07µ Podeos decir que la pieza tenía aproxiadaente un Ra de µ.

5 218 Este valor está dentro de los rangos de acabado para el torneado según la tabla 5.1, y por esto podeos decir que el acabado que resulto del proceso de torneado convencional, es decir con el uso de fluido de corte, para acero inoxidable fue aceptable. Tabla 5.1 Acabados que se obtienen ediante diversos procesos Fuente: Metal Handbook Sandvik Coroant. En estas pruebas tabién se graficó el Ra por lo que podeos observar la variación de picos y valles en la figura 5.4 Figura 5.4 Gráfica de Ra

6 219 Se realizó otra prueba al acero aleado 4140 para analizar si era factible el cabio de aterial, es decir utilizar este acero en lugar del acero inoxidable 304, con la finalidad de obtener ejores resultados en el aquinado y acabado, de igual anera se toaron las siguientes pruebas de rugosidad. Prueba #1 Ra = 1.22µ Prueba # 2 Ra = 1.20µ Prueba # 3 Ra = 1.22µ Prueba # 4 Ra = 1.21µ El Ra proedio de este aterial fue de µ, por lo que según la tabla 5.1 todavía está dentro del rango aceptable de acabado para torneado. De igual anera se uestra la iagen 5.5 que es la gráfica del Ra de dicho aterial. Figura 5.5 Gráfica de Ra de acero aleado 4140

7 220 Tabién se realizó una prueba para edir la rugosidad de una pieza que se había aquinado sin el uso de refrigerante, es decir se aquinó en un torneado en seco y los resultados fueron los siguientes, utilizando los isos paráetros de corte: Prueba #1 Ra = 1.10µ Prueba # 2 Ra = 1.17µ Prueba # 3 Ra = 1.15µ Prueba # 4 Ra = 1.10µ El proedio del Ra que arrojo la pieza que no había utilizado refrigerante fue de 1.13 µ, lo que hace pensar que si este valor lo coparaos con la pieza, que sí utilizó refrigerante, la diferencia en cuanto a acabado es ínia, la diferencia entre las dos es de µ, y está adeás dentro de los valores de acabado por lo que es conveniente el uso del torneado en seco, ya que, el acabado que deja no es igual al del torneado convencional, con el uso de fluido de corte, pero es uy cercano, y se puede copensar con la eliinación del refrigerante, con este factor en el ábito de la industria etal ecánica, el torneado en seco puede ser aceptado sin probleas, reduciendo costos en cuanto a fluidos de corte y dejando prácticaente la isa pieza de trabajo que un ecanizado que utilice fluido de corte. Figura 5.6 Gráfica de Ra de pieza aquinada sin fluido de corte

8 Inspección de acabado a probetas de acero 4140 Por todo lo anterior se concluyó que las probetas aquinadas sería de acero aleado AISI 4140, antes de realizar las probetas se realizaron de igual fora pruebas para analizar índice de teperatura en el aquinado tanto en torneado seco coo húedo, adeás de que se realizaron pruebas con un inserto noral y otro de tecnología Wiper. En la tabla 5.2 se uestran los resultados obtenidos de dichas pruebas aplicadas al acero Estos valores que se idieron, servirán para establecer una atriz que puede caracterizar al aterial, el acabado se idió ediante un rugosíetro coo se observa en la figura 5.7. Figura 5.7 Rugosíetro para edir acabado en el acero 4140 Todos los valores toados, fueron a piezas cilindradas para poder lograr obtener los paráetros adecuados para poder aquinar las probetas, dichas probetas deberían de tener buen acabado y coparar cual de los dos procesos dejaba un acabado dentro del rango peritido según la tabla 5.1 anteriorente vista.

9 222 Tabla 5.2 Resultados de aquinado de acero AISI 4140 Prueba Avance Velocidad Profundidad Tipo de Tipo de Acabado Teperatura Potencia f rp a Mecanizado Inserto µ C kw Bajo Alto Unidades ( - ) ( + ) Avance /rev Velocidad rp Profundidad Tipo de ecanizado Seco Húedo Tipo de Inserto Noral Wiper Fuente: Tabla del autor

10 223 Las pruebas anteriores se lograron ediante el cilindrado de barras de ¾ in, coo se observa en la figura 5.8, podeos observar en la tabla anterior la ayor teperatura registrada fue de 610 C se fue debido a que se aquinó en seco, con un inserto noral, a una profundidad de 2 y con avance de 0.1 /rev y velocidad de corte de /in es decir a 2000 rp, las otras teperaturas altas en el torneado en seco fueron de 587 C y 590 C. Figura 5.8 Pruebas de cilindrado al acero 4140 La teperatura ás alta que se registró en el torneado húedo fue de 127 C por lo que si hay una gran variación de un proceso y otro, la teperatura se eleva deasiado cuando se aquina en seco, la teperatura de 127 C se obtuvo aquinando en húedo, con inserto noral, con profundidad de corte de 2, avance de 0.1 /rev y de velocidad de corte de /in, es decir a 4190 rp. Se puede encionar que el ejor acabado que se logró en el torneado en húedo fue de 0.6 µ, y se logró con inserto Wiper, profundidad de 2 y tanto avance y velocidad de corte bajos. Y en el torneado seco el ejor acabado fue de 0.58 µ, pero usando un inserto noral, una velocidad alta y avance y profundidad bajos.

11 Por esta razón cuando se aquinaron las probetas tanto en seco coo en húedo se toaron en consideración los paráetros adecuados para poder lograr un buen acabado superficial en las probetas. La tabla 5.3 uestra el Ra de probetas con refrigerante. Tabla 5.3 Resultados de Ra de probetas aquinadas con refrigerante Núero de probeta Ra Ra Ra Ra proedio Fuente: Tabla del autor 224

12 225 Coo se puede analizar el acabo que resulta del torneado convencional es excelente, el proedio del Ra total de todas las 30 probetas aquinadas fue de µ, y de acuerdo a la tabla 5.1 este acabado si está dentro de los rangos de torneado. De igual anera se aquinaron 30 probetas pero con la innovación del torneado en seco, supriiendo totalente el uso del fluido de corte, en la tabla 5.4 se uestran los resultados del Ra. Es preciso señalar que cuando se aquinaban las probetas con el uso de refrigerante el acabado que se lograba era uy bueno, el lubricante hacía la función de reducir la fricción entre el aterial y herraienta de corte, originando que el acabado fuera ejor. Con los valores del Ra en probetas en seco se obtuvo un proedio de Ra del total de las 30 probetas aquinadas de µ, esto deostró que el torneado en seco deja con ayor rugosidad la superficie de la pieza. Se puede concluir que en cuanto al acabado el torneado con refrigerante es ejor, pero podeos toar la decisión de aquinar en seco de igual anera, ya que el Ra al no ser ayor a 1icra, está perfectaente dentro de los valores de Ra aceptable pata torneado. El aquinado en seco puede ser una opción para el ecanizado ás lipio, ya que coo anteriorente se observó las propiedades ecánicas no se afectan, incluso la carga que puede soportar una probeta en seco es ayor a la de una probeta aquinada con fluido de corte, en cuanto a la icroestructura, en el aquinado en seco los granos son ás pequeños que en el torneado húedo, por esta razón puede sustituirse el torneado convencional por el hecho de supriir el fluido de corte.

13 226 Tabla 5.4 Resultados de Ra de probetas aquinadas sin refrigerante Núero de probeta Ra Ra Ra Ra proedio Fuente: Tabla del autor

14 En la figura 5.9 podeos observar la iagen de la gráfica de Ra que resultó del acabado a las probetas aquinadas en seco, dicho Ra fue de 0.75 icras. 227 Figura 5.9 Ra de probeta aquinada en seco de acero 4140 En la figura 5.10 se observa la iagen de la gráfica de Ra que se realizó a una probeta aquinada en seco pero que después del ecanizado se le aplicó una pasada con lija fina, para eliinar iperfecciones, con la finalidad de observar si el Ra era ejor y hasta que punto podría acercarse al Ra del torneado en húedo. Figura 5.10 Ra de probeta aquinada en seco de acero 4140 lijada Con todas las pruebas realizadas, el aquinado en seco es una excelente opción para poder supriir el uso de refrigerante y reducir costos de aquinado, al igual que para tener un ecanizado ás lipio. El acabado resultante es uy bueno, aunque claro esta que el uso de refrigerante ainora la fricción y deja un ejor acabado, pero el torneado en seco deja una buena superficie que está dentro de los rangos óptios de acabado superficial.