Cap 12: ACABADO E INTEGRIDAD SUPERFICIAL

1. Cap 12: ACABADO E INTEGRIDAD SUPERFICIAL Germán Sarmiento Sebastián García Delord

2. La calidad y la precisión son determinantes en cualquier componente mecánico (tolerancias, integridad) • Esta necesidad a contribuido al desarrollo del CNC, centros de mecanizado, etc • Una operación de mecanizado genera un nuevo “sistema superficie” cual se es tudia como una variable de de salida del proceso

3. Algunas definiciones • Superficie: es la capa infinitamente fina externa de la pieza, expuesta al ambiente. • Subsuperficie (o substrato superficial): capa de espesor variable (incluso más de 1 mm) inmediatamente debajo de la superficie

4. Dado que existe una relación entre el grado de acabado y el tipo de mecanizado empleado, en los dibujos técnicos se suele (solía ) emplear los siguientes símbolos 1- ≈ superficie bruta ( simplemente limpia por desbarbado p granallado) 2- ▼ superficie grosera, trabajada con arranque de viruta 3- ▼ ▼ superficie mecanizada y acabda en máquina- herrmanienta 4- ▼ ▼ ▼ superficie rectificada 5- ▼ ▼ ▼ ▼ superficie lapeada o bruñida al espejo

5. Esta clasificación es insuficiente para las exigencias de precisión actuales • Además es inadecuada debido a la existencia de una gran cantidad de términos ( en varios idiomas inclusive) que hacen referencia a operaciones de mecanizado

6. Acabado superficial (geometría o topografía) • Rugosidad: es el conjunto de desviaciones de la superficie (perfil) real con respecto a la superficie técnica o media

7. Los surcos pueden tener una orientación, es decir siguen una dirección predominante • Pueden tener un paso, cuando toman un carácter periódico ( relación entre una longitud determinada del perfil técnico y el número de crestas predominantes

8. Determinación de la línea media

9. Superficie portante efectiva • Zona de efectivo contacto con un plano apoyado sobre la superficie examinada Está ligada a la progresión del desgaste

10. Medida de la rugosidad Parámetros tomados en consideración: R: media aritmética de las distancias entre crestas y surcos predominantes Re: media aritmética de las crestas a la línea media Ri: media aritmética de los surcos a la línea media Ra: media aritmética de las desviaciones del perfil real con respecto a la línea media Raq: media cuadrática de las desviaciones del perfil real con respecto a la línea media

11. Ninguno de estos parámetros puede determinar la rugosidad por sí solo, pero en la práctica usualmente se usa uno solo • Para disminuir la variabilidad de las medidas la longitud l de la línea explorada debe estar entre 0.5 y 0.8 mm para Ra=0.1…3 μm y entre 2.5 y 3 mm para Ra>3 μm AA: aritmetical average (USA) CLA: center line average (GB) RMS: Root mean square average (USA)

12. Rugosidades típicas según la aplicación. Por ejemplo: 0.025 μm: Espejos, planos de apoyo micrómetros 0.8 μm: tambores de freno, dientes de engranajes 3 μm: Pernos y cojinetes para transmisión a mano

13. Rugosidades típicas según el proceso de mecanizado, por ejemplo: Lapeado: 0.01-0.4 μm Torneado: 0.25-6 μm

14. Factores que influyen en el acabado El costo de producción crece a medida que disminuye la rugosidad requerida, por tanto es importante estudiar los factores que influyen sobre ésta 1- Las deformaciones plásticas del material Durante el proceso de arranque de viruta se ha observado los efectos de las deformaciones plásticas. El acabado superficial se ve afectado también por las deformaciones elásticas. Rmax=R+ΔRel+ΔRpl Rmax: distancia máxima entre crestas y valles ΔRel: incremento de R imputable a la elasticidad ΔRpl: incremento de R imputable a la plasticidad

17. 2- Vibraciones entre herramienta y pieza • Influyen sobre las deformaciones plásticas • Las vibraciones cambian la posición relativa herramienta-pieza, teniendo evidentemente un efecto sobre el acabado • La aparición periódica del filo recrecido (built-up edge) introduce más vibraciones

18. 3- Rozamiento • Un aumento del coeficiente de rozamiento puede favorecer la aparición del filo recrecido • El rozamiento afecta la deformación elástico-plástica de la superficie mecanizada • Si hay errores de geometría de la herramienta puede haber rozamiento entre la cara de salida y la superficie generada

19. 4- Dilataciones térmicas • El calentamiento superficial de la pieza provoca deformaciones térmicas en la capa superficial y el sustrato interior • Al término del corte hay un enfriamiento de la capa superficial, hay una contracción de esta que es obstaculizada por las otra capas • En el enfriamiento superficial la temperatura de todas las capas tiende a equilibrarse intensificando las tensiones de compresión en la superficie mientras que las tensiones de la capa intermedia equilibran la dilatación del sustrato

21. 5- Cambios de fase del material • Estos influyen notablemente sobre la capa superficial debido a los cambios volumétricos • Por ejemplo, la mecanización de un material templado

22. Integridad Superficial • Una herramienta bien afilada, al trabajar materiales dúctiles provoca una presión suficiente para romper los enlaces atómicos o moleculares. • De esta manera se producen varias dislocaciones, sin producir grandes deformaciones plásticas, a una distancia de pocas micras del filo de corte.

23. Si la herramienta no esta bien afilada: • Se tiene un proceso de recalcado con la consiguiente deformación plástica mas profunda. • En los materiales frágiles , la formación de grietas parece preceder al filo de corte por lo que se causan roturas (arranques) en el material. Esquema de ruptura para materiales frágiles [ref. 1]

24. Otros tipos de distorsiones de la sub-capa con respecto a la condiciones ideales están: • Defectos estructurales químicos del material • Imperfecciones en la estructura del material • Puntuales, planeares o volumétricos • Historia de tratamientos térmicos • Deformación plástica • Esto debido a la presencia de esfuerzos residuales en el interior del material que pierden su equilibro al ser mecanizado.

25. La investigaciones hechas por Von Turkovich. Han aclarado que existe una relación entre los parámetros de mecanizado y la profundidad de transformación (daño) superficial, provocado por el propio mecanizado. • Las siguientes figuras ilustran la variación en la profundidad de la sub-capa y los parámetros de corte. • Angulo de desprendimiento • Profundidad de la pasada • Velocidad de Corte

26. a c b

27. Estudios Sobre Integridad Superficial • Estos estudios se basan en • Metalográficos • Tensiones residuales • Comportamiento a la fatiga • En estos se determina la sensibilidad de un material a las variaciones de los parametros de corte.

28. Estudio hecho por Metcut • En este estudio se rectifico un material AISI 4340 (Acero aleado con Cromo, níquel y molibdeno) • Este rectificado produce variaciones en: • Micro dureza • Cambios de Fase • Deformaciones Plásticas • Micro grietas • Recristalizaciones • Tensiones Residuales

29. Estudio de las tensiones residuales con respecto a la profundidad de la sub-capa. • Se varían los parámetros de corte como: • Tipo de Muela • Velocidad de corte • Profundidad de pasada • Velocidad de Avance • Refrigerante

30. Estudio de la resistencia a la fatiga de diferentes materiales.

31. Bibliografía • Mecanizado por Arranque de Viruta. Gian F. Micheletti. Editorial Blume, Primera Edición, 1980