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

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

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

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

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

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

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

Determinación de la línea media

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

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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.

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]

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.

La investigaciones hechas por Von Turkovich 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

a c b

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.

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

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

Estudio de la resistencia a la fatiga de diferentes materiales.

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