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Jornadas SAM - CONAMET - AAS 2001, Septiembre de 2001
437-442
CONDICIONES DE MECANIZADO PARA OBTENER DISTINTAS
TERMINACIONES SUPERFICIALES
N.E. Mazini, J.M. Blanco, L. Iurman, D. Ziegler
Departamento de Ingeniería, Universidad Nacional del Sur
Avda. Alem 1253, Bahía Blanca, ARGENTINA
[email protected]– [email protected]
RESUMEN
En el presente trabajo se estudiaron distintas combinaciones de avance, profundidades y
velocidades de pasada, en una operación de torneado, que permitieron obtener en un acero
con HBr 130 las siguientes condiciones de acabado superficial:
Fino:
con “Ra”
Semifino: con “Ra”
Medio:
con “Ra”
< 2 µm
entre 2 y 3,5 µm
entre 3,5 y 5 µm
El trabajo se hizo usando herramientas con insertos de metal duro recubiertos, de forma
triangular perfil normal, con un radio de punta de 0,8 mm, un ángulo de incidencia de 11° y
montados con un ángulo de posición de filo de 90°.
Se trabajó con una velocidad de 220 m/min.
Se establecieron campos que relacionan, avances y profundidades que permiten obtener
acabados superficiales con las condiciones antes indicadas. Se determinó una ecuación que
permite predecir los valores de altura de cresta a valle en función del avance, el radio de punta
y el ángulo de desahogo de la herramienta.
Palabras claves
Jornadas SAM – CONAMET – AAS 2001, Aceros, Mecanizado, Rugosidad, Condiciones.
INTRODUCCIÓN
La rugosidad de la superficie de una pieza en una operación de torneado, está regida por
la forma de la herramienta y por las variables del proceso de maquinado.
La influencia de la forma de la herramienta está dada por: el ángulo de desviación del
filo “Kr”, formado entre el filo principal lateral y una paralela al eje “z” del torno; el ángulo
de desahogo “K’r”, determinado entre esa paralela y el filo auxiliar frontal y por el radio de
punta “Rp”.
En la figura 1, se esquematiza la forma en que queda la superficie de la pieza cuando la
diagonal de un inserto cuadrado o la altura de uno triangular, coinciden con la normal al eje
del torno.
En este caso la altura teórica entre la cresta y el valle “ht” [1], se puede determinar
aproximadamente como:
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Mazini, Blanco, Iurman y Ziegler
ht =
a
2
(1)
8 × Rp
Siendo “a” el avance en mm / rev. menor que “Rp”.
Fig. 1 – Terminación superficial “Kr” 45° “K’r” 45°
Una ubicación de la plaquita en una posición como la de la figura 1, no permite finales
de carrera sobre superficies que deban quedar a 90° con el eje “z”. En estos casos se debe usar
una plaquita triangular montada en tal forma que el ángulo “Kr” sea de 90°, lo que determina
que “K’r” sea de 30° quedando la superficie con un perfil como el de la figura 2 con una
altura de cresta a valle igual a “ht” a la que no es aplicable la ecuación (1).
Fig. 2 – Terminación superficial “Kr” 90° “K’r” 30°
El valor de la rugosidad respecto de la línea central promedio “CLA” o “Ra” viene dado
por la ecuación:
Ra =
1 l
∫ x dz
l 0
(2)
Siendo “l” la longitud de muestreo e “y” las ordenadas de los puntos del perfil respecto
de la línea central media.
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Jornadas SAM – CONAMET – AAS 2001
MÉTODO EXPERIMENTAL
Se trabajó con un acero bajo en carbono con una dureza 130 HBr.
Se usaron plaquitas triangulares de metal duro de base P35, con recubrimientos de
óxido de aluminio y nitruro de titanio, montadas por medio de bridas en un portaherramienta
y en forma tal, que el ángulo “Kr” del inserto resultara de 90 ° y el “K’r” de 30 °. El radio de
punta “Rp” fue de 0,8 mm, si bien mayores radios mejoran la terminación superficial se eligió
este valor por ser 0,8 y 0,4 mm los que se usan corrientemente en operaciones de torneado.
En el trabajo [2], se encontró que los valores de la rugosidad y el perfil de la misma varía con las velocidades cuando éstas son bajas pero al superar los 200 m / min no se encontraron mejoras ni en los valores de la rugosidad “Ra”, ni en los de la altura de cresta a valle; por
esta razón se trabajó con una velocidad de 220 m / min.
En operaciones de acabado en torneado los valores de la rugosidad que se pueden lograr
están en el orden de “Ra” 1,6 [3].
La rugosidad se midió por medio de un rugosímetro Taylor Hobson, usando una longitud de muestreo “l” de 4,8 mm y un período de lecturas (cut-off) “λ” de 0,8 mm, trabajando
en todos los casos con una escala de amplitud x 1000.
Los registros gráficos, para evaluar la altura de crestas a valles y la forma del perfil se
hicieron con el mismo aumento y una velocidad de papel de x 20, lo que representa en
ordenadas por cada milímetro, 4 µm, y en abscisas por cada milímetro 0,05 mm.
RESULTADOS
Se trabajó con velocidades crecientes encontrando que para valores superiores a los
200 m / min, tanto en acabados finos como medios, los aumentos de la velocidad no introdujo
mayores mejoras en la rugosidad, pero si influyó en el rendimiento de la operación pues
cuanto mayor es la velocidad usada mayor es la disminución en la energía específica consumida y en el ahorro de tiempo en el maquinado [2].
En las tablas 1 a 5, se llevaron los valores medidos de la rugosidad y las alturas de
cresta a valle para las combinaciones de avances y profundidades indicados en las mismas,
maquinando con una velocidad de 220 m / min y un radio de punta en el inserto de 0,8 mm.
Tabla 1 – Rugosidad - a = 0,30 mm/rev
“e” mm
2,5
1,5
1,0
0,5
“Ra” µm
4,8
5
4,2
4
Tabla 2 – Rugosidad - a = 0,25 mm/rev
“e” mm
2,5
1,5
1,0
0,5
“ht” µm
20 - 24
20 - 24
20 - 24
20 - 24
Tabla 3 – Rugosidad - a = 0,20 mm/rev
“e” mm
2,5
1,5
1,0
0,5
“Ra” µm
2,8
3
2,2
2
“Ra” µm
3.8
4
3,2
3,2
“ht” µm
16 – 18
16
12 – 16
12
Tabla 4 – Rugosidad - a = 0,15 mm/rev
“e” mm
2,5
1,5
1,0
0,5
“ht” µm
10 – 12
12
10 – 12
8
439
“Ra” µm
2,5
2,5
2
2
“ht” µm
8
8
6
6
Mazini, Blanco, Iurman y Ziegler
Tabla 5 – Rugosidad - a = 0,10 mm/rev
“e” mm
2,5
1,5
1,0
0,5
“Ra” µm
2
2
2,1
1,2
“ht” µm
4
4
4
4
Los fabricantes de insertos indican generalmente que las condiciones para trabajar
aceros con plaquitas de base P, en acabado, abarca un rango amplio de combinaciones [1],
con avances entre 0,08 y 0,4 mm y profundidades entre 0,2 y 2,5 mm.
De las tablas 1 a 5, se comprueba que dentro de esos rangos existen distintas combinaciones de avances y profundidades que permiten obtener rugosidades similares dentro de
rangos de variación de “Ra” entre 1,2 y 5 µm.
Esto permitió construir el gráfico de la figura 3, en el que se determinaron zonas de acabado:
e mm →
a mm ↓
Extrafinos:
Fino:
Semifino:
Medio:
con “Ra”
con “Ra”
con “Ra”
con “Ra”
0,5
1,0
0,30
Ra
0,25
1,5
3,5
µm
1,5 y 2 µm
2 y 3,5 µm
3,5 y 5 µm
2,0
a
2,5
5 µm
2
0,15
a
3,5 µm
Ra
Ra <
1,5 µm
Tipo de inserto
triangular
P35
Kr = 90 °
K’r = 30 °
Ra
0,20
0,10
< 1,5
entre
entre
entre
1,5 a 2 µm
Fig. 3 – Condiciones de torneado según rugosidad.
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Velocidad:
220 m / min
Material:
Acero Bajo
Carbono
Dureza:
HBr 130
Jornadas SAM – CONAMET – AAS 2001
Los valores de altura de cresta a valle debido al montaje de la herramienta con Kr = 90°
y K’r = 30° no responden a la ecuación (1).
De acuerdo con los resultados obtenidos la ecuación de ajuste es:
h t mm =
a
1,6
× tg K ' r
(3)
4,7 × Rp
Rugosidad "h
En la figura 4, los puntos indican los valores mínimos y máximos de “ht” obtenidos de
los registros gráficos de rugosidad para distintos avances. La curva representa los valores
obtenidos por la ecuación propuesta (3).
30
25
20
15
10
5
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Avances "a" mm/rev
Fig. 4 – Representación de los valores de “ht” medidos y los
calculados por la ecuación (3), en función del avance.
CONCLUSIONES
-
Las variables que disminuyen la rugosidad en el acabado superficial fino de un acero al
carbono con dureza HBr 130, en una operación de torneado, usando herramientas con
insertos triangulares recubiertos, con geometrías normales; montadas con un ángulo de
posición de filo de 90° y uno de desahogo de 30° son: la disminución del avance y el
incremento del radio de punta de la plaquita.
Existe además una velocidad mínima de corte que es de 200 m/min.
-
Se puede determinar zonas, figura 3, que relacionan avances y espesores de pasada que
permiten obtener combinaciones de esas variables para lograr distintas terminaciones
superficiales:
Extrafinos:
Fino:
Semifino:
Medio:
con “Ra”
con “Ra”
con “Ra”
con “Ra”
< 1,5
entre
entre
entre
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µm
1,5 y 2 µm
2 y 3,5 µm
3,5 y 5 µm
Mazini, Blanco, Iurman y Ziegler
-
En cuanto a las alturas entre crestas y valles “ht” si bien sus valores disminuyen al caer
el avance; para un mismo avance varían entre ciertos límites al cambiar la profundidad
de pasada.
Los valores de “ht” para una herramienta con insertos montados con un ángulo de posición de filo de 90° y uno de desahogo 30°, se puede determinar aproximadamente por la
ecuación:
1,6
a
× tg K ' r
h t mm =
4,7 × Rp
Siendo:
ht
a
Rp
K’r
Altura de cresta a valle en mm.
Avance en mm / rev.
Radio de punta del inserto en mm.
Ángulo de desahogo en grados.
BIBLIOGRAFÍA
[1] – Sandvik Coromant. El mecanizado moderno. ISBN 91-97-22 99-2-X, 1994.
[2] - N.E. Mazini, J.M. Blanco, L. Iurman y D. Ziegler. Relación entre la rugosidad y las
variables de mecanizado en una operación de torneado con insertos. Jornadas SAM
2000, a publicar.
[3] - N. Field, J. Kahler y W.P. Koster. Metals Handbook. Vol. 16 , 22, ASM 1989.
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