EFECTOS DE LAS TENSIONES DE MECANIZADO Y DE LOS PARAMETROS DE CORTE EN ESTADO FINAL DE LAS TENSIONES RESIDUALES

Efectos de las tensiones de mecanizado

LOS PROCESOS DE MECANIZADO

Los procesos de mecanizado generan un estado de tensiones residuales en la pieza mecanizada. Dependiendo de su magnitud y signo pueden llegar a ser perjudiciales para la vida en servicio de la pieza.

Así, las tensiones residuales de tracción favorecen la nucleacion y propagación de grietas, llevando una disminución de la vida fatiga y de la resistencia al desgaste a la corrosión.

El estado final de tensiones residuales generadas en una pieza depende del material de esta.

Así como de los parámetros de corte empleados velocidad de corte, avance, profundidad de pasada, lubricación, tipo de herramienta, desgaste de la herramienta, etc.

 

Se ha estudiado el efecto de la velocidad de corte y del avance en el estado final de tensiones residuales en acero 40NiCrMo,7.

Para ello, se ha metido, mediante difracción de rayos x, las tensiones residuales generadas en la superficie de barras de acero torneadas.

Hemos empleando diferentes velocidades de corte, entre 200 y 300 m/mim. y  avance entre 0,0 75 y 0,200 mm/rev.

Efectos de las tensiones de mecanizado. Se han medido tensiones residuales tractivas en todos los casos, obteniéndose una clara tendencia hacia tensiones menos activas a medida que disminuye el avance y aumenta la velocidad de corte.

Está tendencia se mantiene pero no tan claramente, cuando se realiza corte interrumpido, en lugar de corte continuo. 

En el caso de corte interrumpido, se tienen estados transitorios.

Estos hacen que el corte no llega a ser estable, y estás inestabilidad desenmascara los efectos beneficiosos que pudiera tener la refrigeración de la herramienta, en los tiempos de no corte de cada vuelta.

La integridad superficial final de cualquier componente condiciona su vida en servicio y su estabilidad dimensional. Por lo que es de suma importancia controlar dicho estado superficial. Entre las propiedades comúnmente incluidas en el control de la integridad superficial se encuentran las tensiones residuales, la topografía superficial, rugosidad, la dureza, la estructura, etc.

 

EL PAPEL DE LAS TENSIONES

 

En particular las tensiones residuales juegan un papel clave en la vida en servicio de los componentes.

Ya que se suman a los campos externos de tensiones de manera que la tensión real a la que una pieza se va a haber sometida, es mayor que la tensión de carga aplicada.

Por tanto su resistencia a la fatiga se reduce, pudiendo dar lugar a fallos prematuros en las piezas durante su vida en servicio.

Las tensiones residuales se  generan prácticamente en todas las etapas del procesamiento de los materiales, forja, mecanizado, tratamientos térmicos, etc.

En los procesos de torneado, las tensiones residuales se originan como respuesta a fenómenos termomecanicos que se producen durante el proceso de mecanizado.

Por una parte la fuerza ejercida por la herramienta sobre la pieza de lugar a deformación plástica del material que resulta en tensiones residuales de compresión.

Por otra parte, la fricción entre herramienta y pieza, así como el propio calor desprendido por la deformación plástica dan lugar una aumento de temperatura en la pieza. Esto hace que puede llevar incluso a transformaciones de fase del material.

Los posibles cambios de fase y las contracciones del material en el posterior enfriamiento dan lugar, habitualmente, a tensiones residuales de tracción en la superficie de la pieza.

El estado de tensiones residuales final dependerá por tanto, de la importancia relativa de cada uno de los factores coma mecánico y térmico.

Lo que a su vez está determinado no solo por las propiedades físicas y mecánicas del material a mecanizar, sino por los parámetros de corte seleccionados.

Por tanto es necesario controlar el efecto que cada uno de estos parámetros de corte tiene en la integridad superficial final, de cara definir el proceso de mecanizado más adecuado.

Definición del trabajo

Efectos delas – tensiones demecanizado. Mediante la practica, se ha estudiado el efecto que tiene la velocidad de corte y el avance en el estado final de tensiones residuales generado por el torneado de acero.

Ya que no se han encontrado en bibliografía ningún estudio de este tipo. Algunos autores han observado, en diferentes materiales, por ejemplo Darman en el acero AISI 5210, un aumento de las tensiones residuales superficiales a medida que aumenta la avance.

Sin embargo otros autores afirman que esto es cierto solamente en un rango determinado de velocidades de avance.

Algo similar ocurre en el caso de la velocidad de corte: varios autores, Barreiro y Lasheras, defienden un aumento de las tensiones residuales a medida que aumenta la velocidad de corte.

Si bien Rex y Moisan han observado que a partir de una cierta velocidad de corte, un aumento de esta lleva una disminución de tensiones.

La mayoría de los estudios, encontrados en bibliografía referentes al efecto de los parámetros de corte en el estado final de las tensiones residuales se centran en las tensiones residuales.

Lo plantean en dos direcciones: dirección de corte y dirección de avance.

Sin embargo nada demuestra que estás sean las direcciones principales de tensiones residuales. Por lo que no pueden  observarse la potencia de las tensiones principales, tensión máxima y mínima, así como la dirección de las mismas.

Durante los tratamientos termicos realizados,  se ha comprobado el efecto de la velocidad de corte y avance para dos modos de corte continuo y discontinuo.

No se han encontrado en bibliografía ningún estudio de este tipo. Se presupone que la estabilidad térmica y mecánica del torneado no será la misma. Tanto en una operación en continuo que en el caso de discontinuo:

– Durante los periodos en los que la herramienta no está cortando a lo largo de una vuelta, la herramienta se refrigera. Se espera una importante una reducción de la temperatura en el corte. Por otra parte, al comenzar el corte, tras los periodos de no corte, se puede producir un primer impacto pieza/ herramienta. Este  puede ser perjudicial para la herramienta, lo que a su vez puede afectar la integridad superficial final de la pieza mecanizada.

Asi mismo, en el corte discontinuo se producen un estado transitorio.

Este no llega a ser estable, y que parece afectar a la repetitividad y e lineabilidad de los resultados.

Por tanto nuestra experiencia en tratamiento térmico nos  ha permitido determinar el importante efecto de la velocidad de corte, del avance y de la continuidad del corte, en el estado final de tensiones residuales superficiales,efectos de las  tensiones demecanizado, considerando no solo la magnitud, si no las distintas y arbitrarias  direcciones en las que se generan las tensiones  y posteriormente se reflejan en los tratamientos termicos.

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