DISEÑO EXPERIMENTAL:
Para los efectos del presente trabajo se determinaron tres variables
dependientes y seis variables independientes de las cuales a tres se le asignó
un valor fijo. En el siguiente cuadro se observa la clasificación de las variables
que se utilizaran en el experimento.
VARIABLES DEPENDIENTESRugosidadEl indicador de calidad superficial mas importante de las piezas mecanizadas
es la rugosidad superficial, se designa con Ra yse define según (Groover)
1997, como el promedio de las desviaciones verticales de la superficie con
respecto a la superficie nominal sobre una longitud especificada. Su valor
depende principalmente de las condiciones de corte aplicadas durante el
mecanizado. En esta investigación se utiliza la rugosidad superficial como un
indicador de la vida útil de la herramienta. Cuando la rugosidad obtenida en el
mecanizado no es la correspondiente a la herramienta y al régimen de corte se
asume que se supera la vida útil de la herramienta.
Según (Sandvik) 1994 la rugosidad de una superficie torneada depende del
radio de la punta de la herramienta y de la velocidad de avance.
En el siguiente cuadro se aprecia la relación de la rugosidad con el radio de la
herramienta y el avance
VARIABLES
INDEPENDIENTES
VALOR
FIJO
Herramienta de corte
Tipo de operación
Refrigerante
VALOR
VARIABLE
Material de la pieza
Sección de Viruta
Velocidad de corte
VARIABLES
DEPENDIENTES
Rugosidad superficial
Vida útil herramienta
Exactitud dimensional
Figura 5. Valor teórico de la rugosidad máxima. Sándvik(1998)
En la figura 5 se aprecia la de la huella dejada por el radio de la herramienta y
su relación con el avance. La profundidad máxima se identifica con Rmax y se
calcula por:
.
Donde es el radio de la herramienta y es la velocidad de avance.
Si se desea obtener una rugosidad superficial Ra determinada, se ubica la Ra
requerida en la siguiente tabla y se halla Rmax, luego conociendo el radio de la
herramienta se calcula el avance de la herramienta que permitirá obtener la
rugosidad requerida despejado de la formula anterior:
En el cuadro siguiente se aprecian los valores de rugosidad máxima permitida
para los avaneces y el radio de herramienta utilizados en el experimento
Exactitud
Radio : 0,8mm
Avance
Rugosidad
Máxima
Rmax
Rugosidad
requerida
Ra
0,1 1,95μmm 0,4
0,4 25 μmm 5,8
Se designa con E. Se define como la variación del diámetro de la pieza con
respecto a la dimensión programada. El valor aceptable se definirá en base a
las tolerancias de fabricación especificadas para la probeta según la función de
la pieza. Para este experimento se seleccionó una tolerancia de una pieza de
acero inoxidable de fabricación común. Un eje de bomba de agua en la
sección de ajuste de rodamiento. Para este tipo de pieza la tolerancia es de ±
0.02mm
Vida útilSe designa con Vu. Es el tiempo en el cual la rugosidad y la exactitud en una
misma pasada se ubican fuera del margen aceptable
VARIABLES INDEPENDIENTES DE VALOR FIJO
Herramienta de corteLa herramienta requerida para el experimento debe ser aplicable a una gamma
amplia de situaciones de torneado, para que los resultados obtenidos en el
experimento puedan extrapolarse a otros tipos de herramientas y operaciones
con la finalidad de poder aplicar los resultados en situaciones diferentes
aunque no en todas
En este sentido la geometría debe ser romboidal debido a que los resultados
obtenidos mediante este tipo de geometría pudieran extrapolarse para otras
geometrías tales como triangular y cuadrada, además puede utilizarse para
varias operaciones como el cilindrado, refrentado y perfilado variando el
ángulo de posición.
Por otra parte es necesario que la herramienta posea la capacidad de trabajar
en condiciones de desbaste medio lo que permitirá obtener resultados tanto
para el desbaste como para el acabado.
Esta herramienta debe de tener las características adecuadas para el
mecanizado de acero inoxidable tales como: resistencia al desgaste a altas
temperaturas y reducción del filo de aportación.
Debe ser económica por lo que se requiere que posea filos de corte en ambas
caras.
Tomando en cuenta las consideraciones anteriores, se seleccionó del grupo de
herramientas recomendadas por el fabricante de plaquitas Sandvik para el
torneado de acero inoxidable la siguiente plaquita:
DNMG 15 06 08-MM 2035
Figura 7 Descripción de la herramienta DNMG 15 06 08-MM 2035 (Sandvik)
1994
Esta es una plaquita de geometría romboidal con rompe-viruta, dos caras,
longitud de arista de 15mm, espesor de 6.3mm, radio de punta de 0.8mm, y
ángulo de incidencia 0º. Destinada para un régimen de corte de desbaste
medio. De calidad 2035 la cual se caracteriza por ser fabricada de metal duro
recubierta con tres capas de TiN, Ti(C,N) y TiN. Contiene propiedades de
resistencia al desgaste y reducción del filo de aportación.
Tipo de Operación:Considerando el criterio de generalización se requiere seleccionar un tipo de
operación que permita extrapolar los resultados a otro tipo de operaciones.
Además la operación adecuada para el experimento debe someter la arista de
corte a las situaciones de mecanizado difíciles propias de los talleres
industriales.
En este sentido se seleccionó la operación de cilindrado debido a que es la
operación que permite mantener la arista de corte el mayor cantidad de tiempo
posible en contacto con el material cortante además permitirá extrapolar los
resultados para otras operaciones tales como: torneado cónico, perfilado,
torneado de arcos, etc.
Peso ……………….0.0155 Tamaño Inserto..…...15 l………………. …..15 s……………..……...6.35 iC………………......12.7 re…………..……....0.8
RefrigeranteEl refrigerante debe reducir el contacto íntimo entre herramienta y viruta y entre
herramienta y material disminuyendo así las fuerzas requeridas para el corte
del metal, protegiendo la herramienta lo mejor posible de las altas
temperaturas, evitando el filo de aportación y el desgaste de la
herramienta.Debe además ayudar a la disipación del calor generado durante la
creación de la viruta.
Lubricar los elementos que intervienen, en el corte para evitar la rotura o
desafilado de la herramienta. Reducir la energía necesaria para efectuar el
corte. Proteger a la pieza, herramienta y máquina contra la oxidación y
corrosión.
Arrastrar las partículas del material, virutas, de la zona de corte.
Mejorar el acabado superficial.
Por lo que el lubricante de cumplir las siguientes condiciones:
- Baja viscosidad: Tener Moléculas pequeñas que permitan una
difusión rápida y penetración en la interfase Herramienta – Viruta
desarrollando la acción lubricante.
- Alto calor específico para que no se evapore por la acción del calor
generado en el proceso de corte.
- Elevada conductibilidad térmica para evacuar el calor generado en el
proceso de corte.
- Reducir el coeficiente de rozamiento de manera que permita el
deslizamiento de la viruta sobre la cara anterior de la herramienta.
En base a las consideraciones anteriores se seleccionó Aceite emulsionable en
agua a una proporción de un litro de aceite por 10 de agua.
Material de la piezaLos aceros inoxidables se clasifican en Austenisticos, Ferríticos y Martensiticos.
Con clara diferencia en su estructura cristalina.
Dentro de cada grupo existen una gran variedad de materiales con diferencias
considerables en sus propiedades mecánicas, pero los fabricantes de plaquitas
recomiendan regimenes de cortes similares para todos los materiales que
forman parte de un mismo grupo.
Por esta razón se deben seleccionar materiales diferentes pertenecientes a un
mismo grupo, esto evitará además variaciones en los resultados causados por
diferentes tipos de estructura cristalinas.
Se trata entonces de seleccionar dentro de un mismo grupo tres materiales
con mayor diferencias entre si.
El material debe ser un acero inoxidable de uso común en gran variedad de
piezas de aplicaciones industriales, de difícil mecanización para reproducir en
el experimento las condiciones de trabajo reales de los talleres
metalmecánicos.
En base a lo dicho se debe seleccionar para el desarrollo de los experimentos
acero inoxidable Austenístico.
En el siguiente cuadro se muestran tres materiales comunes seleccionados y
sus principales propiedades mecánicas
VARIABLES INDEPENDIENTES DE VALOR VARIABLE
MATERIALES UTILIZADOS EN EL EXPERIMENTO
ACERO INOXIDABLE
AUSTENISTICO
NORMA AISI
LIMITE ELASTICO
N/mm²DUREZA HB
309S 210 215
304 230 190
316 240 200
Velocidad de corte Se designa con Vc y se define como la velocidad tangencial de la herramienta
de corte en relación con la pieza
Sección de viruta Se designa con S y se obtiene multiplicando el valor de de la profundidad de
corte (ap) por la velocidad de avance (f)
S = ap x f
Los valores de la Velocidad de avance, Velocidad de corte y profundidad de
corte deben ser diferentes a los propuestos por el fabricante de plaquitas y
además se debe aplicar una graduación de dichos valores que permita apreciar
la influencia de cada variable independiente en cada variable dependiente
En el siguiente cuadro se observa los valores del régimen de corte propuesto
por el fabricante para la plaquita seleccionada para los aceros inoxidables
autenísticos con una operación de mecanizado medio.
Tipo De plaquitaMaterial Profundidad
de corte(ap)
Avance
(f)
Velocidad
de corte (Vc)
DNMG 15 06 08-MM
2035Austenistico 3 0.25 165
En base a estos valores se seleccionaron las siguientes graduaciones para
cada variable
A partir de los valores seleccionados el experimento queda diseñado en base al
siguiente arreglo de dos factores, Sección de viruta y Velocidad de Corte, con
cuatro niveles y cuatro replicas para un total de sesenta y cuatro corridas
para cada material
Profundidad
de corte(ap)
Avance
(ap)Velocidad de corte (Vc)
2 - 4 0.1 – 0.4 145 – 155 – 175 - 185
ARREGLO GENERAL DEL EXPERIMENTO POR CADA TIPO DE MATERIAL
MATERIAL
316L
Sección
Viruta
VELOCIDAD DE CORTE m/min
145 155 175 185
AVANCE 0.1
PORF 2 0,2
Ra Ra Ra Ra
Vu Vu Vu Vu
E E E E
AVANCE 0.1
PROF 4
0,4
Ra Ra Ra Ra
Vu Vu Vu Vu
E E E E
AVANCE 0.4
PROF 2 0,8
Ra Ra Ra Ra
Vu Vu Vu Vu
E E E E
AVANCE 0.4
PROF 4
1,6
Ra Ra Ra Ra
Vu Vu Vu Vu
E E E E
Se propone para cada corrida recabar los datos del siguiente cuadro por cada
material:
MATERIAL 316L
Corrida
NºVc f p Sv Rugosidad Vida Útil Exactitud
1 145 0.1 2 0.2
2 145 0.1 4 0.4
3 145 0.4 2 0.8
4 145 0.4 4 1.6
5 155 0.1 2 0.2
6 155 0.1 4 0.4
7 155 0.4 2 0.8
8 155 0.4 4 1.6
9 175 0.1 2 0.2
10 175 0.1 4 0.4
11 175 0.4 2 0.8
12 175 0.4 4 1.6
13 185 0.1 2 0.2
14 185 0.1 4 0.4
15 185 0.4 2 0.8
16 185 0.4 4 1.6
PROBETADebe poseer un centrado para montarse en el torno entre plato y centro punto
para evitar vibraciones por la esbeltez.
Debe poseer un apoyo para evitar que se desplace entre las mordazas por la
acción de la fuerza de corte
Debe poseer la suficiente longitud para garantizar un tiempo mínimo adecuado
de contacto entre la herramienta de corte y el material a fin de producir
condiciones de corte exigentes al igual que en los trabajos productivos sin que
se refrigere la herramienta.
Debe poseer un diámetro mínimo para evitar vibraciones.
En base a las consideraciones expresadas la forma de la probeta se tomo de
un trabajo de investigación de (De Amorin) 2002. Es una probeta de forma
particular no normalizada que se ajusta adecuadamente a los requerimientos
del presente trabajo la cual se aprecia en la figura 5
El escalón de diámetro 50 por 30 de largo se ajustara al plato de manera que
se apoye en el escalón de diámetro 60 por 20. La ranura de diámetro 20 por 5
de ancho servirá para la salida de la herramienta. Se realizaran los
mecanizados sobre el diámetro de 50 por 150 de largo hasta el diámetro de 20.
Figura 8 Probeta para ensayo de Torneado. (De Amorin) 2002
EQUIPO UTILIZADO EN EL EXPERIMENTO
El torno.El torno utilizado debe ser operado por control numérico de manera que
puedan Implementarse las funciones siguientes:
- Velocidad de corte constante
A fin de mantener la velocidad de corte ante la variación del diámetro,
asegurando los valores de velocidad de corte planificados para el experimento.
- Correctores de desgaste:
Con la finalidad de corregir las desviaciones dimensionales debidas al
desgaste de la herramienta antes de superar los valores máximos de
rugosidad, manteniendo una profundidad de corte de acuerdo a la planificada
para el experimento.
-Programación de entrada y salida del contra punto:
Para facilitar el montaje y desmontaje de la probeta.
- Cambio automático de herramienta:
Con el objetivo de facilitar el cambio de herramienta cuando el desgaste y la
rugosidad pasen los valores aceptables del experimento.
El torno además debe ser lo suficientemente rígido y con la suficiente potencia
para soportar la fuerza de corte generada por la combinación del máximo
avance con la máxima profundidad de corte y la máxima velocidad planificados
para el experimento.
Se requiere que el torno este perfectamente nivelado, con el cabezal principal
perfectamente alineado con el contrapunto y en perfecto paralelismo con las
guías de la bancada
En base a las consideraciones manifestadas se selección un Torno Okuma LB
15.
- Con las siguientes características:
- Distancia entre centros 500 mm
- Máxima Rpm 4000
- Máximo Diámetro a tornear 250mm
- Numero de herramientas 12
- Potencia 11 – 7.5 KW
RugosímetroEl rugosimetro necesario para el experimento debe tener la capacidad de
apreciar rugosidades entre 1.5μmm y 30μmm
Se cuenta con un rugosimetro Airtronics Metrosurf 181 el cual tiene la
capacidad de medir las rugosidades estudiadas en el experimento
Micrómetro
Se requiere de un micrómetro digital con apreciación de 0,001mm con
capacidad de medir diámetros de 25 a 50 mm.
Se requiere de una base para sujetar el micrómetro durante la medición
Se cuenta con un calibrador marca mitutoyo con las características indicadas y
su base.