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.