Caracterización del bruñido por rodillo simple para la elaboración superficial de piezas
- Resumen
- Desarrollo
- Bruñido por rodillo
simple - Factores que influyen en el
proceso de tratamiento por deformación plástica
superficial mediante rodillo - Métodos experimentales
empleados para estudiar el efecto en las cualidades
superficiales de las piezas - Máquinas herramienta
empleadas - Ventajas
- Aplicaciones
- Materiales más
empleados - Estudios del proceso utilizando
como recurso la modelación
matemática - Tensiones
residuales - Conclusiones
- Bibliografía
La pretensión de este trabajo es
mostrar un tipo de tratamiento superficial de piezas mediante la
deformación plástica superficial (DPS), el
proceso
llamado bruñido por rodillo simple o monorodillo, conocido
también como rodillado o rodilado, empleado para el
acabado final de piezas mediante la aplicación de
elementos deformantes (rodillos) que actúan sobre la
superficie tratada.
Esta operación secundaria de acabado superficial
permite sustituir esquemas tecnológicos tradicionales a
fin de aumentar la eficiencia del
proceso tecnológico de fabricación, aumentar la
eficiencia energética y disminuir la
contaminación del medio ambiente. Se
muestran las particularidades de este tratamiento, que aún
no está lo debidamente difundido que debiera, y sus
ventajas tecnológicas.
Palabras claves
Bruñido por rodillo simple, rodilado,
deformación plástica superficial, acabado de
piezas, tratamiento superficial.
La deformación plástica superficial (DPS)
y en particular el proceso de bruñido por rodillo simple
constituye un método de
tratamiento superficial de las piezas para incrementar sus
cualidades físico-mecánicas y de acabado
aprovechando las características de plasticidad de los
metales, lo
cual puede evitar en muchos casos el empleo de
esquemas tecnológicos tradicionales como el rectificado y
el tratamiento térmico, que son altamente consumidores de
energía y potencialmente contaminantes del medio
ambiente.
Se ha podido establecer que el Bruñido por
rodillo comenzó a emplearse en Alemania en la
década del ’20 del pasado siglo y en los años
30 de ese siglo fue introducido en los Estados Unidos
fundamentalmente para mejorar la resistencia al
desgaste en los ejes de las ruedas de ferrocarril y en árboles
y ejes de diferentes tipos de máquinas,
ya en la década del 60 este proceso tenía gran
aceptación fundamentalmente en la industria
automotriz, actualmente se ha convertido en un proceso de acabado
por deformación plástica superficial muy
popular.
En Cuba existen
algunas experiencias en su aplicación industrial en
talleres, fundamentalmente en piezas simétricas-rotativas,
con resultados favorables solo que a partir de métodos
fundamentalmente empíricos y empleando herramientas
que en la casi totalidad usan como elemento deformante la pista
exterior de un cojinetes de rodamiento, sin existir un procedimiento de
trabajo y una disciplina
tecnológica que permita una mejor explotación del
proceso y del herramental, donde se ajusten los diferentes
parámetros de esta operación (fuerza,
avance, número de pasadas, velocidad)
para obtener diferentes grados de acabado y dureza superficial,
no obstante en sentido general está forma de
elaboración está poco difundida en el país
por desconocimiento de esta técnica propia de los
países altamente desarrollados.
De la consulta de la literatura especializada
sobre esta temática resulta evidente que dicho
método de elaboración le comunica a las piezas un
incremento de la resistencia al desgaste, a la fatiga y a la
corrosión, además de que mejora
sustancialmente el acabado superficial y la precisión de
las piezas. Así mismo se reporta que dicha técnica
requiere del uso del herramental específico para su
aplicación y del conocimiento
del régimen apropiado de trabajo de dicho herramental ha
partir del tipo de material tratado y del resultado deseado (buen
acabado, resistencia al desgaste, a la fatiga, etc.).
Se reporta que existen diversos procedimientos
para el empleo por DPS como alternativa para el acabado de las
piezas, siendo el bruñido por rodillo simple muy sencillo
y de fácil aplicación.
El bruñido por rodillo simple puede resultar
ventajoso en el mejoramiento de las cualidades superficiales de
las piezas tratadas siempre y cuando el proceso se realice para
determinadas condiciones dadas (material de la pieza y
propiedades físico-mecánicas, acabado superficial
previo y tipo de herramienta, entre otras) y que el conjunto de
parámetros, que determinan el régimen de rodilado,
se selecciones correctamente según los resultados que se
requieran obtener.
Existen varios factores que impiden su
implementación con éxito
en los países en desarrollo,
entre los que se destacan los siguientes:
- Déficit de productos y
ausencia de competidores - Tecnologías y equipamiento
obsoleto - Infraestructuras inadecuadas
- Conocimientos insuficientes
El Bruñido es una operación
tecnológica secundaria de acabado, se emplea para el
superacabado superficial en superficies cilíndricas,
superficies frontales planas, superficies de forma o perfiladas,
superficies cónicas, biseles, respaldos, cambios de
sección y radios, entre otros, ( las piezas a
bruñir fueron previamente maquinadas)
Las operaciones
secundarias de maquinado para el acabado final son las que logran
obtener un acabado superior pero son menos empleadas y
según entre ellas están:
- Lapeado (Lapping). Acabado superficial: 0,05 –
0,4 m m - Superacabado (Superfinish). Acabado
superficial: 0,025 – 0,2 m
m - Pulido o Alisado (Polishing). Acabado
superficial: 0,1 – 0,4 m
m - Bruñido (Burnishing)
Esta última operación tecnológica
puede realizarse por:
- Remoción de metal o arranque de virutas
con herramientas abrasivas, la operación es conocida
también como Joneado (Honing), con valores de
acabado superficial de 0,1 – 0,8 m
m. - Deformación plástica superficial
(DPS) con valores de acabado superficial de 0,05 – 0,8
m m.
Los procesos de
tratamiento por deformación plástica superficial
(DPS) se clasifican según el elemento deformante empleado
y entre los más conocidos están:
- Bruñido por rodillo (múltiples y
simple) (Roller burnishing) - Bruñido por bola (Ball
burnishing) - Pulido con herramienta de diamante (Diamond
polishing) - Bruñido de baja plasticidad (Low
plasticity burnishing) - Bruñido vibratorio o vibrorodilado
(Vibratory burnishing) - Lanzamiento de granallas o chorreado de municiones
(Shot peening) - Impacto de vibración ultrasónica
(Ultrasonic vibration impact) - Impacto por láser
(Laser shock) - Combinados
A continuación se ofrece una breve información sobre dichos
procesos:
- Se abordará este proceso posteriormente con
mayor amplitud, por ser el objetivo
principal del presente trabajo. - Este proceso está ampliamente difundido y
ofrece casi las mismas ventajas del anterior, se puede
realizar con diferentes tipos de herramientas que clasifican
el proceso según la forma de sostener la bola en la
herramienta:
- Mecánicamente (por muelle)
- Hidrostáticamente
- En una guía (para diámetros
interiores)
3.- Se emplean para alisar, logrando un buen acabado
en superficies cilíndricas exteriores de cualquier
diámetro y en interiores de gran diámetro
así como en superficies planas frontales, se recomienda
con efectividad para piezas con dureza superior a 50
HRC.
4.- Se realiza con una herramienta de bola sostenida
hidrostáticamente, solo que se diferencia de ese tipo
de Bruñido en que es para piezas de geometría compleja y que van a trabajar
a altas temperaturas, donde existirá un relajamiento
de la capa compresiva por dichas temperaturas, este
Bruñido origina tensiones residuales compresivas
altamente profundas y resistentes al calor con
una deformación plástica
mínima.
5.- Esta operación puede estar combinada con
una acción de golpeteo que requiere el uso
de dispositivos y de una máquina especial y se puede
lograr con el empleo de levas o con herramientas especiales
con movimiento
cicloidal de manera reciprocante-traslatoria, puede golpear
la superficie de la pieza hasta 2000 veces por minutos,
lográndose, en ocasiones, un aumento del
endurecimiento superficial por deformación de hasta un
30%.
6.- En este proceso un torrente de metal, vidrio o
partículas de sílice es aplicado con aire a alta
velocidad contra la superficie de la pieza metálica de
una manera definida y controlada. Se emplea en piezas que
trabajarán sometidas a esfuerzos
cíclicos.
7.- Se realiza a partir de una herramienta especial
de bruñido ultrasónico conectada a una fuente y
con ayuda de un fluido de trabajo, la profundidad de la capa
deformada es pequeña (respecto a otros
procesos).
8.- Bajo la irradiación del láser de
alta potencia,
una onda de choque es generada debido a la rápida
evaporación de la superficie. En este caso, el
láser de alta potencia absorbe la energía del
calor de una fina capa superficial a alta temperatura. La evaporación de la
superficie genera una ola de choque de compresión la
cual se propaga dentro del sustrato y un plasma caliente de
baja densidad se
expande en dirección a la irradiación del
láser. La ola de choque generada altera las micro
estructuras superficiales y el estado de
los niveles de tensión.
9.- Son procesos combinados donde se simultanean las
ventajas de uno con las del otro. Entre otros se han
visto:
- De corte del metal y de bruñido por
bola - De maquinado por descarga eléctrica
(electroerosivo) y bruñido por bola - De lanzamiento de granallas y bruñido por
bola
Estos procesos se eligen en dependencia de las
dimensiones, la configuración geométrica, el
material de la pieza a tratar, condiciones de producción, entre otros factores y para la
aplicación efectiva de los mismos en la producción
es necesario realizar investigaciones,
ensayos y
experimentos
previos que permitan alcanzar el efecto óptimo, teniendo
en consideración las condiciones concretas de
explotación de las piezas a elaborar.
El Bruñido vibratorio o vibrorodilado y el
lanzamiento de granallas son métodos dinámicos pues
se ejerce una acción dinámica durante la cual la fuerza actuante
sobre la superficie cambia con periodicidad. El resto de los
métodos se pueden considerar estáticos pues la
herramienta actúa sobre la superficie de la pieza
ejerciendo una fuerza constante.
El Bruñido, que emplea el rodillo como elemento
deformante, es un proceso de elaboración en frío en
la superficie de una pieza previamente maquinada. La
pequeña deformación plástica superficial
originada por esta operación consiste en el desplazamiento
del material de los "picos, protuberancias o crestas" a los
"valles o depresiones" de las microirregularidades superficiales,
este flujo ocurre bajo una fuerza controlada del rodillo que
excede el punto de fluencia del material de la superficie de la
pieza no endurecida creándose una capa de metal
consolidada que provoca el aumento de las propiedades funcionales
en la superficie, este procedimiento debe aplicarse
preferentemente después del torneado de
acabado.
Puede ser bruñido por rodillo cualquier material
cuya dureza no exceda aproximadamente los 40 HRC y además
los mismos deben estar previamente desmagnetizados. Se emplea
para lograr un buen acabado superficial en superficies
cilíndricas, superficies planas, superficies de forma o
perfiladas, superficies cónicas, biseles, respaldos,
cambios de sección y radios, entre otros. Este proceso
evita tener que emplear las otras operaciones secundarias de
acabado que son económicamente costosas,
obteniéndose con este una superficie pulida y
consolidada.
El interés
del presente estudio está centrado específicamente
en las herramientas que tienen como elemento deformante un solo
rodillo, cuyo contacto entre las dos superficies se produce en
una línea por rodadura o rodamiento. Se plantea que este
proceso es más productivo que el Bruñido por bola y
por diamante deslizante y en muchas ocasiones no se tiene en
cuenta o no se cuenta con la máquina herramienta apropiada
o no se dispone de la herramienta adecuada.
Se deben cumplir un grupo de
condiciones o premisas para la realización efectiva de
este tratamiento que a continuación se resumen.
- Que exista una superficie pre-maquinada con un buen
acabado superficial. Es importante el buen grado de rugosidad
(torneado fino) previo de 3,2 a 6,3 µm Ra, dado por un
adecuado régimen de corte y herramientas de corte en
buen estado y debe ser un acabado uniforme, no tener
desgarraduras, ni estrías, ni presencia de
virutas.- Material de la pieza en bruto
- Dureza inicial
- Fuerza compresiva controlada
- Número de pasadas
- Que exista una superficie pre-maquinada debidamente
dimensionada y exacta. En este proceso el diámetro
exterior disminuirá. Con el objetivo de obtener la pieza
dentro de la tolerancia
dimensional requerida es importante que previamente se
dimensione la pieza exacta y adecuadamente, teniendo en cuenta
dicha variación en el diámetro que
dependerá de : - Suficiente espesor en la pieza a bruñir. Para
resistir la fuerza compresiva de bruñido la pieza debe
tener un suficiente espesor o diámetro, en casos de
piezas cilíndricas huecas el espesor debe ser superior
al 20% del diámetro interior. Un insuficiente espesor de
la pared provocará en la superficie ondulaciones o falta
de circularidad. - Lubricación y líquido refrigerante: Se
debe emplear un abundante flujo de fluido de trabajo limpio y
que posea una adecuada viscosidad.
Dicho fluido actuará como lubricante para disminuir la
fricción, como refrigerante para permitir la
transferencia del calor generado y limpiará la
superficie a bruñir de partículas finas y
virutas. Esto le ofrece una vida más larga a la
herramienta, los líquidos de trabajo pueden emplearse
virtualmente en cualquier material. Además deben ser
estables al agua,
resistentes a la espuma y a las bacterias. - En diferentes trabajos experimentales se reporta el
uso de keroseno, aceite
hidráulico, aceite de motores de
gasolina, aceite de motores diesel, aceite industrial y aceite
de engranajes. Para reciclar dichos fluidos se requiere de un
filtro.
Se emplea una herramienta monorodillo o de rodillo
simple (Single-roller burnishing tool) que consta de un
rodillo montado en un cojinete de rodamiento, se puede mover en
los dos ejes (transversal y longitudinal), dicha herramienta va
montada en el portaherramientas de la máquina herramienta.
Con esta herramienta se emplea líquido refrigerante. Su
diseño,
fabricación y explotación es sencillo porque su
sistema de carga
fundamentalmente es mecánico, es universal pues se le
pueden colocar rodillos de diferentes diámetros y formas,
su proceso es rápido y es fácil de montar y
desmontar en la máquina herramienta, además de su
comodidad para medir la fuerza. Se emplean en producciones
unitarias y en pequeñas series.
El elemento deformante (rodillo) es fabricado de
acero
rápido (HSS), aceros aleados con cromo, de aleaciones
duras o de carburo cementado (metal duro) y muy pulido, deben
poseer una alta dureza, entre 58 y 65 HRC y una alta resistencia
al desgaste.
La forma del perfil de trabajo del rodillo influye
marcadamente en los resultados obtenidos en el proceso de
elaboración de la superficie. Entre los más
utilizados se pueden encontrar; rodillos con la banda
cilíndrica y el radio abierto
para la elaboración de superficies con la salida libre de
la herramienta, rodillos con el radio cerrado para los empalmes
redondeados y ranuras, rodillos con superficies combinadas para
zonas cilíndricas con radio de transición, para las
superficies con tope, para superficies cónicas, entre
otros tipos.
Como se ha planteado el acabado en la superficie de
trabajo del rodillo tiene que ser buena para cumplir
correctamente su función,
ya que esta es la encargada de realizar el contacto con la
superficie de la pieza a elaborar y si la rugosidad es mala
transmitirá a la superficie de la pieza un mal acabado, se
recomienda limpiar dicha superficie antes de comenzar el
tratamiento para evitar que alguna suciedad se implique en el
proceso y se obtenga una superficie defectuosa.
La fuerza sobre el rodillo se logra mecánicamente
(con muelles), neumáticamente, hidráulicamente o de
forma combinada.
Para lograr un adecuado tratamiento de bruñido se
recomienda que el valor del
diámetro de la pieza (Dp) y el diámetro del rodillo
(Drod) obedezcan al cumplimiento de la siguiente
relación:
÷
2,5
Factores que influyen en
el proceso de tratamiento por deformación plástica
superficial mediante rodillo
Los factores que mayor influencia tienen en las
cualidades y propiedades físico-mecánicas de las
superficies tratadas son los siguientes:
- Fuerza compresiva constante
El valor de esta fuerza controlada depende de varios
factores, entre otros:
- Tipo de material a elaborar
- Forma geométrica del rodillo
- Forma de la pieza
- Rigidez de la pieza
- Dureza y acabado superficial que se quiere
obtener
Está directamente asociado a la profundidad de
penetración.
2- Avance
Para seleccionar correctamente los valores de
avance se debe tener en cuenta la geometría
del elemento deformante y las cualidades superficiales que se
desean lograr.
3- Número de pasadas
Dependen de varios factores tales como:
- Geometría del rodillo
- Características del material
- Objetivo final del tratamiento (mayor dureza, mejor
acabado o ambos)
Está directamente asociado al tiempo de
duración del proceso y también a la velocidad, al
avance y al ancho de del rodillo.
4- Velocidad
- Acabado superficial inicial
En el maquinado previo al bruñido por rodillo se
necesita obtener bajos valores de rugosidad como premisa para
lograr posteriormente un buen acabado superficial.
Dependiendo de varios factores, entre otros:
- Tipo de material y sus cualidades
- Parámetros de régimen de
elaboración - Características de la herramienta de
corte
- Dureza inicial
- Material de la pieza en bruto
- Material del rodillo
- Lubricación
Estos parámetros deben ser controlados para
obtener los beneficios y valores esperados de cada uno en los
parámetros-respuestas (dureza superficial, acabado
superficial, diámetro de la pieza, profundidad de capa
endurecida, tensiones residuales compresivas, entre otros), de lo
contrario una alta deformación plástica, por
ejemplo por la aplicación de altas fuerzas y altos
números de pasadas, excedería la capacidad del
metal de aceptar tal deformación y ocurriría un
sobreendurecimiento o sobreconsolidación de la capa
tratada que no es más que la fatiga de la misma provocando
un descascaramiento o desprendimiento en forma de capas y la
aparición de peligrosas microgrietas deteriorándose
la superficie metálica de la pieza y provocándose
cambios indeseables en la estructura y
las propiedades físico-mecánicas de la
misma.
Algunos de los factores que afectan con más
frecuencia los resultados en este tipo de tratamiento:
1- Vibración de la herramienta: Ocurre a altas
velocidades del husillo, existiendo un impacto continuo entre
la herramienta y la superficie de la pieza en bruto.
2- Deformación de la herramienta: Ocurre cuando
los avances son bajos.
3- Sobreendurecimiento y descascaramiento de la pieza
en bruto: Ocurre cuando se combina una alta fuerza con un alto
número de pasadas.
Métodos
experimentales empleados para estudiar el efecto en las
cualidades superficiales de las piezas
Para estudiar el comportamiento
de los parámetros de las cualidades superficiales de las
piezas tratadas por el bruñido por rodillo son muy
útiles las técnicas
de diseño de experimentos, de enorme reconocimiento
mundial por permitir la solución y explicación
científica efectiva y económica a los problemas
objeto de análisis.
Según la utilización del diseño de
un modelo
experimental se fundamenta, entre otros aspectos, en cuatro
reglas básicas:
- Disminuir el número de corridas experimentales
necesarias - Cambiar el valor de los factores de acuerdo con
reglas - Utilizar en el procesamiento métodos
matemáticos normalizados - Poseer una estrategia de
trabajo por etapas
El método estadístico puede ser utilizado
extensivamente y ofrecer resultados valiosos. El número de
pruebas
llevado a cabo con respecto a cualquier parámetro
está en parte determinado por la exactitud de la prueba y
en parte por la importancia de esta en relación con las
características del producto.
Ningún parámetro deberá restringirse
más de lo requerido por las condiciones de servicio, pero
cuando dichas condiciones han determinado los límites,
el control debe
asegurar un desempeño prolongado y libre de problemas
dentro de dichos límites.
Para el estudio del efecto de este tratamiento en las
cualidades superficiales de las piezas han sido empleados
diseños experimentales del tipo factorial completo,
también se ha usado el diseño factorial parcial,
Box y Hunter y en otro caso se ha utilizado el
Método de Taguchi, empleando indistintamente como
variables de
entrada la fuerza (o la profundidad de penetración), el
avance, el número de pasadas (o el tiempo), la velocidad,
la dureza inicial del material y la rugosidad superficial previa,
analizando como respuestas la dureza, la microdureza y la
rugosidad superficial final, la falta de circularidad, las
tensiones residuales y la reducción del
diámetro.
Máquinas
herramienta empleadas
- Máquinas herramienta especiales
(Bruñidoras) - Máquinas herramienta convencionales como
Tornos
Paralelos y Fresadoras, fundamentalmente - Centros de Torneado y de Mecanizado CNC, que emplean
programas
similares a los empleados con herramientas de corte
- Buen acabado superficial. Se pueden lograr valores de
acabado superficial Ra aproximadamente de 0,05 a 0,5 μm,
conocidos como acabado de “espejo”.
Además no quedan marcas ni
huellas de la herramienta.
- Endurecimiento superficial. Se crea por la
formación extensiva de dislocaciones y en ocasiones
debido a la formación de otras fases generadas durante
la deformación, además este bruñido
condensa y afina la estructura del grano de la superficie del
metal provocando una compactación de la superficie y por
tanto un aumento de la dureza superficial entre 5-10% o
más, ese incremento depende de: - Tipo de material y sus
características - Características de la
herramienta - Parámetros de régimen de
elaboración
- Tipo de material y sus
- Precisión. Se pueden obtener tolerancias
estrechas con medidas exactas. - Provoca mejorías en las propiedades
físico-mecánicas de la superficie, logrando
aumentar la vida útil de la pieza; aumentar la
resistencia al desgaste porque al bruñirse la superficie
casi se igualan el tamaño de las crestas y los valles
provocando que el desgaste de dicha superficie, al entrar en
contacto con otra, sea mínimo; la resistencia a la
fatiga aumenta entre un 26 a 35% por la acritud y la
aparición de altas tensiones residuales compresivas en
la capa superficial, cualquier esfuerzo en la pieza debe
sobrepasar a esos valores de tensiones residuales, que eliminan
los focos que pudieran provocarla como son los poros, las
hendiduras y las marcas o huellas dejadas por la herramienta
después del maquinado; y también aumenta la
resistencia a la corrosión porque al reducirse la
porosidad y las marcas de herramientas las sustancias reactivas
o contaminantes tienen menos posibilidad de atacar y corroer la
superficie bruñida. - Elimina o reemplaza costosas operaciones secundarias
de acabado en máquinas herramienta que consumen mucha
potencia. Bajos costos de
operación y no se requiere para efectuar esta
operación de operarios especializados. Es un
método muy económico para obtener un gran acabado
superficial, además de no requerir una inversión capital para
lograr esto. - Puede corregir los defectos que hayan haber aparecido
en operaciones previas de maquinado tales como conicidad, falta
de circularidad y otros. - Las diferentes piezas de estas herramientas son
intercambiables, por lo que resulta sencillo, fácil y
rápido el mantenimiento y el cambio de
piezas gastadas o deterioradas tales como rodillos,
rodamientos, ejes, etc., lo que ayuda a prolongar la vida
útil de la herramienta. - Elaboración rápida, ahorra tiempo y
aumenta la productividad,
pues el proceso es breve, comparado con otros similares de
acabado antes mencionados que demoran más. - Por el empleo de fluido de trabajo se lubrica y
disminuye la fricción y se refrigera el proceso y por
ende el calor generado no provoca sus negativos efectos
(defectos térmicos). - Es un proceso ecológicamente más
limpio, pues no se generan desperdicios sólidos al no
haber arranque de virutas y se ahorra materia
prima, existe la posibilidad de evitar los tratamientos
térmicos y termo-químicos disminuyendo la
contaminación del medio ambiente por la
no emisión de gases,
ahorrándose además energía
eléctrica y otros recursos (por
lo expresado anteriormente y por la corta duración y
rapidez de este proceso), disminuyendo también el nivel
de ruido. - Eliminación de marcas de la herramienta sobre
las superficies tratadas y de otras imperfecciones
superficiales menores. - Puede realizarse en máquinas herramienta
convencionales, fundamentalmente en Tornos y Fresadoras,
así como en máquinas herramienta con control
numérico tales como Centros de Torneado y de Mecanizado.
La precisión del método es una función del
diseño de la herramienta, no de la precisión de
la máquina herramienta. - Por el buen acabado que ofrece se emplea en ocasiones
como paso previo en los procesos de recubrimientos
metálicos superficiales (cromados, niquelados, entre
otros).
Pueden ser bruñidas todas las piezas que se
ensamblan y que requieren un gran nivel de acabado en las
superficies de contacto y un fácil desmontaje, entre
algunas de ellas están:
- Zonas donde van montados los cojinetes de
rodamiento - Cojinetes de deslizamiento
- Láminas de rotores y estatores de motores
eléctricos - Partes de bombas,
turbinas y compresores - Piezas de equipamiento hidráulico y
neumático (con superficies de sellaje
preciso) - Árboles y ejes
- Asiento de válvulas
- Utensilios del hogar
- Piezas para las industrias
militar (anima de las piezas de artillería convencional
y reactiva), aeronáutica y aeroespacial (piezas de
motores y turbinas), automotriz (pistones, camisas,
cigüeñales, árboles de leva), química, electrónica y textil, entre
otras.
1- No ferrosos
- Aleaciones de Aluminio
- Aleaciones de Cobre
- Aleaciones de Titanio
- Aleaciones de Magnesio
Estos materiales son
los más utilizados porque son más fáciles de
deformar y logran buenos acabados superficiales, además
como generalidad, no se les rectifica ni se les da tratamiento
térmico.
2- Ferrosos
- Aceros al carbono
- Aceros aleados
- Aceros inoxidables
- Aceros de herramientas
- Aleaciones de Níquel
- Aleaciones de Tungsteno
Estos pueden venir tratados
térmicamente o no.
Tipos de piezas bruñidas
- Cilíndricas (Macizas o no)
- Planas
- Perfil complejo (Superficies de forma)
Estudios del proceso
utilizando como recurso la modelación
matemática
Además de los estudios experimentales que se
realizan para estudiar el comportamiento de este proceso, se
emplea la modelación matemática
y la simulación
por métodos
numéricos, fundamentalmente por el método de
elementos finitos, herramientas muy útiles que han ido
ganando espacios actualmente entre nuestros
investigadores.
El empleo de estos métodos se realiza
para:
- La óptima selección de los parámetros de
trabajo del bruñido por rodillo simple y de las
respuestas, así como la predicción teórica
del comportamiento del material durante el proceso. - Controlar los procesos de deformación
plástica superficial
Durante los procesos por deformación
plástica superficial de compresión directa, entre
los que se encuentra el bruñido por rodillo simple, surgen
elevadas tensiones residuales de compresión una vez
finalizados los mismos con un valor máximo en las capas
subsuperficiales (zona muy cercana a la superficie) y que
disminuyen con rapidez al aumentar la distancia desde la
superficie, estas altas tensiones permiten un aumento de la
resistencia a la rotura por fatiga y también un aumento de
la resistencia al agrietamiento por corrosión y dependen
del material y del proceso de elaboración.
- El proceso conocido como Bruñido por rodillo o
rodilado está establecido como proceso de tratamiento
por deformación plástica superficial y tiene
plena actualidad, resultando una variante tecnológica
apropiada de operación secundaria para el acabado final
de piezas cuando se requiere no solo mejorar el acabado
superficial, sino también las propiedades
físico-mecánicas superficiales lo que proporciona
mayor resistencia al desgaste, mayor resistencia a la
corrosión, mayor resistencia a la rotura por fatiga y
una mayor durabilidad. - Los materiales empleados, las máquinas
herramienta convencionales usadas así como las
aplicaciones principales son similares a las de la industria
mecánica nacional cubana. - En particular el bruñido por rodillo simple es
una variante de tratamiento por deformación
plástica superficial muy sencilla y de fácil
implementación por lo que es recomendable su
generalización en las condiciones particulares del
país por su flexibilidad y menor costo en
comparación con otros métodos de tratamiento por
deformación plástica superficial. - Los mejores resultados se obtienen cuando se conocen
las características constructivas de la herramienta de
bruñir y las condiciones iniciales de la pieza a tratar
pues debe existir una superficie pre-maquinada con un buen
acabado superficial, de 3,2 a 6,3 µm (Ra) y debidamente
dimensionada con exactitud debe tener suficiente espesor o
diámetro para resistir la fuerza compresiva, en casos de
piezas cilíndricas huecas el espesor debe ser superior
al 20% del diámetro interior, el material debe tener un
grado de plasticidad suficiente como para poderse deformar en
la superficie ante la mencionada fuerza y una dureza inicial
que no debe exceder los 40 HRC. - Los factores que más influyen en el proceso
son la fuerza compresiva, el avance y el número de
pasadas.
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Datos de los autores
Silvio Díaz Rojas
Ingeniero Mecánico
Maestro en Ciencias
Departamento de Procesos Tecnológicos
Facultad de Ingeniería Mecánica
Universidad Central de Las Villas
Santa Clara, Cuba
Ortelio Boada Carrazana
Ingeniero Mecánico
Doctor en Ciencias
Técnicas
Departamento de Procesos Tecnológicos
Facultad de Ingeniería Mecánica
Universidad Central de Las Villas
Santa Clara, Cuba
Teresa Robert Nuñez
Ingeniera Química
Maestra en Ingeniería
Departamento de Ingeniería
Metalúrgica
Facultad de Química
Universidad Nacional Autónoma de
México
Mexico D.F.
Octubre 2005
Categoría: Ciencia y Tecnología