Eliminando el estrés para lograr la integridad de la superficie

El secreto de no tener que realizar más pasadas de rectificado

El acabado es una operación clave y el poder hacer el proceso más fiable tiene un efecto importante en el rendimiento de la máquina y la calidad de la pieza. ¡Recuerde que la máquina sólo es productiva cuando la luz verde está encendida y funciona a la primera!

En SANDVIK COROMANT saben que la mejor aportación que pueden hacer para ayudar al sector aeroespacial a dar un salto cualitativo en la tecnología de fabricación es desarrollar soluciones de proceso total para las características de componentes aeroespaciales más habituales.

Desarrollan conocimientos de procesos en sus propios laboratorios para garantizar que, cuando sea necesario implementar un nuevo componente o máquina por primera vez, la solución óptima esté lista para ser aplicada.

A sus instalaciones de procesamiento de I+D las denominan Centros de aplicación. Para el sector aeroespacial, disponen de instalaciones en Suecia (Sandviken), en Estados Unidos (Fair Lawn NJ), en el Reino Unido (Halesowen) y en Francia (Orléans). Las principales áreas de desarrollo son:

Sandvik Coromant es una empresa que también está asociada con el Centro de investigación de fabricación avanzada (Advanced Manufacturing Research Centre, AMRC) en el Reino Unido, una asociación que se apoya en la excelencia científica, experiencia e innovaciones tecnológicas compartidas entre socios industriales y el programa de investigación de primera clase de la Facultad de ingeniería de la Universidad de Sheffield.

Steve Weston, de Sandvik Coromant, intercambiando opiniones con personal del AMRC

“Sandvik Coromant no sólo interactúa con socios del sector en los proyectos que desarrollan en el AMRC, sino que el AMRC ejecuta programas de investigación a petición nuestra, de modo que resulta una situación en la que todos salen ganando” explica Bruno Gardes, la persona de Sandvik Coromant responsable en Europa de las relaciones con el sector aeroespacial. “Dada la larga naturaleza del proceso, la acreditación del laboratorio y el excelente contenido de investigación para estudiantes en busca de su graduación, el hecho de que el AMRC liderara la investigación de integridad de la superficie en nuestro nombre era la solución perfecta”.

“Empezamos a trabajar en el año 2002” explica el Sr. Gardes, “con el objetivo de proporcionar recomendaciones de corte validadas para piezas críticas y de guiar el desarrollo futuro de herramientas. Desarrollamos una matriz de pruebas para identificar el efecto que cada parámetro de corte tiene en la superficie y para identificar la productividad optimizada combinada con propiedades de superficie atractivas”.

“Se puede afirmar que el trabajo realizado por el Dr. Adrian Sharman del AMRC y su grupo es el programa de investigación publicado más concluyente sobre la integridad de la superficie de torneado de Inconel 718 (envejecido) y de la aleación de titanio Ti6Al4V. También obtuvieron el premio Thatcher Brothers en el Reino Unido al mejor artículo sobre fabricación e ingeniería mecánica del IMechE en el año 2004”.

Integridad de la superficie

El proceso de corte puede afectar a la integridad del componente final, lo que podría llevar a la larga a la distorsión de la pieza en piezas finas o en zonas de la pieza de pared delgada, o a reducir la resistencia a la fatiga en piezas giratorias críticas (discos y ejes). La combinación de la fuerza de corte y las temperaturas elevadas generadas durante el mecanizado produce alteraciones en la microestructura del material, lo que puede causar cambios en la microdureza, deformación plástica de los límites del grano y tensiones residuales en la subsuperficie del componente. Estos cambios a su vez pueden causar una flexión de la pieza y reducir la resistencia a la fatiga.

Programa de investigación

La investigación estuvo centrada en el torneado y el acabado de piezas críticas de motores del sector aeroespacial en materiales de Inconel 718 (envejecido) y de aleación de titanio Ti6Al4V. El programa buscaba desarrollar parámetros optimizados de calidad, geometría y corte para dejar el componente en la condición óptima. Para hacerlo, se desarrolló una matriz de pruebas de diferentes radios de punta, calidades, geometrías, velocidades y avances (en total más de 50). Se midió la subsuperficie del componente en busca de microdurezas, tensión residual y deformación del límite del grano para cada parámetro utilizando un filo de la plaquita nuevo y un filo de la plaquita desgastado.

Resultados de la investigación Se observó que el efecto en la integridad de la superficie de las aleaciones de titanio y de níquel variaba mucho. Estas dos aleaciones se agrupan a menudo en la misma categoría, incluso la clasificación ISO de materiales las agrupa a ambas simplemente como ISO S. Se descubrió que, independientemente del cambio de parámetros, no había un auténtico patrón de cambio en la estructura de la subsuperficie en el torneado de titanio, aunque la vida de la herramienta sí se alteraba de forma significativa. Sin embargo, la aleación de níquel Inconel 718 resultó ser un material de investigación mucho más interesante. Mostró importantes cambios de tendencia, entre los que destacaban los siguientes: Parámetros de corte aplicados: velocidad y avance de corte. El efecto producido por un cambio de avance es pequeño; sin embargo, un aumento de la velocidad de corte tendrá un efecto perjudicial en las características de la subsuperficie con un filo desgastado.

Radio de punta de la plaquita: cuando el radio excedía 3 mm, se pudo observar que la profundidad de la deformación del material del componente se incrementó debido a la reducción del ángulo de entrada, desviando más fuerza hacia el componente.

Tipo de desgaste de la plaquita: diferentes calidades y geometrías tienen diferentes características de desgaste. La parte más crítica es el “filo posterior” de la plaquita. Esta es la parte del filo que transmite calor al componente y la que genera el diámetro acabado. Un desgaste excesivo en este punto incrementa la temperatura de corte y las fuerzas que se transmiten al componente, lo que causa ahusado y flexión del componente, y con ello más pasada de peinado. Calidad: se observó que la calidad S05F recubierta de CVD proporcionaba los mejores resultados debido a una mejor adhesión del recubrimiento y a la barrera de calor que ofrece la capa de óxido de aluminio, lo que minimiza el desgaste del filo posterior. Los resultados de la investigación, además de guiar la I+D, los utilizan ahora en todo el mundo los ingenieros de asistencia técnica de Sandvik Coromant con el fin de proporcionar recomendaciones para obtener la mejor calidad de superficie en combinación con los métodos de producción más rápidos y seguros.

Programación de mecanizado previsible para evitar el rectificado

Al realizar el acabado de una pieza crítica, el filo de corte debe ser capaz de completar una pasada con desgaste aceptable para garantizar una buena integridad de superficie durante toda la pasada. Para poder garantizar que el estilo de plaquita y calidad elegidos pueden completar una pasada, Sandvik Coromant proporciona información de longitud de corte espiral (spiral cutting length, SCL). Para un diámetro y longitud de corte dados, se puede calcular el valor de SCL para una velocidad de avance dada; se aplicará entonces la velocidad adecuada para garantizar que se complete la pasada con un desgaste aceptable, lo que tiene como resultado una buena integridad de la superficie y precisión dimensional y previene así cualquier necesidad de repetir el mecanizado.

Eliminar la pasada de rectificado

Desbaste: si se utiliza cerámica, se debe detener el proceso a 1 mm debido a la alta deformación del material Acabado con metal duro, 3 pasadas: se debe utilizar geometría, radio de punta y calidad optimizadas junto con SCL para garantizar que la longitud de corte requerida se puede conseguir con la plaquita seleccionada y los datos de corte recomendados:

Soluciones de acabado optimizadas

Cuando clasificamos las operaciones de acabado se pueden categorizar por el material, el radio del componente y la estabilidad. La estabilidad es una combinación del grosor de la pared pero también de lo fácil que resulte flexar (una brida se deformará más fácilmente que un diámetro).

A continuación se muestra la solución optimizada para cada categoría junto con la capacidad de SCL.

Estas recomendaciones se hacen teniendo en cuenta principalmente la condición final de los componentes. Para combinar esto con la mejor productividad, las velocidades de avance están optimizadas usando el radio recomendado mayor. Manteniendo las velocidades moderadas se puede conseguir una buena longitud de corte con poco desgaste de la plaquita, lo que garantiza mínimo desgaste y una integridad de la superficie constante.

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