puesta a punto y aplicaciÓn de una herramienta de …

Volumen I Memoria - Planos - Presupuesto - Anexos

TRABAJO DE FINAL DE GRADO

“PUESTA A PUNTO Y APLICACIÓN

DE UNA HERRAMIENTA DE

BRUÑIDO ASISTIDA POR VIBRACIONES ULTRASÓNICAS”

TFG presentado para optar al título de GRADO en

INGIENERÍA MECÁNICA

por Carla Iserte Ventura

y Aimar Martin Rubio

Barcelona, 08 de Junio de 2016

Tutor proyecto: Ramón Jerez Mesa

Departamento de Ingeniería Mecánica (DEM)

Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)

Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16

ÍNDICE GENERAL

CONTENIDO MEMORIA

CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN

1.1 Objeto

1.2 Alcance

1.3 Conceptos previos

1.3.1 Rugosidad superficial

1.3.2 Dureza

1.3.3 Metalografía

1.3.4 El bruñido

1.4 Estado del arte

1.4.1 Bruñido con bola

1.4.2 Bruñido con bola asistido con vibraciones

1.4.3 Indentaciones

1.5 Primer prototipo bruñidor

CAPÍTULO 2: DESARROLLO Y METODOLOGÍA

2.1 Solución adoptada y estudio realizado

2.2 Planificación de actividades - GANTT

2.3 Método de ejecución

2.3.1 Numeración de probetas

2.3.2 Preparación de las superficies a ensayar

2.3.3 Rugosidades

2.3.4 Metalografías

2.3.4.1 Procedimiento del pulido

2.3.4.2 Ataque químico e inspección en microscopio

2.3.5 Micro-durezas

2.3.6 Indentaciones

2.3.7 Bruñido

2.4 Métodos de cálculo

2.4.1 Rugosidades

2.4.2 Durezas

2.5 Normativas


CAPÍTULO 3: IMPACTO AMBIENTAL

CAPÍTULO 4: ANÁLISIS DE LA HERRAMIENTA EN EL PROCESO DE BRUÑIDO

4.1 Primer prototipo

4.2 Segundo prototipo. Rediseño de la herramienta

CAPÍTULO 5: RESULTADOS

5.1 Rugosidades

5.2 Microdurezas

5.2.1 Materiales indentaciones

5.2.2 Materiales bruñido

5.3 Perfilometría de indentaciones

CAPÍTULO 6: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

6.1 Análisis de los resultados de rugosidades

6.1.1 Rugosidad en dirección paralela al bruñido del aluminio

6.1.2 Rugosidad en dirección perpendicular al bruñido del aluminio

6.1.3 Rugosidad en dirección paralela al bruñido del acero

6.1.4 Rugosidad en dirección perpendicular al bruñido del acero

6.2 Análisis de los resultados de durezas

6.2.1 Análisis de los datos obtenidos para el aluminio

6.2.1 Análisis de los datos obtenidos para el acero

6.3 Análisis de los resultados de indentaciones

6.3.1 Análisis de los datos obtenidos en el acero

6.3.2 Análisis de los datos obtenidos en el titanio

CAPÍTULO 7: CONCLUSIONES

CAPÍTULO 8: BIBLIOGRAFÍA

7.1 Referencias bibliográficas

7.2 Bibliografía de consulta


CONTENIDO PLANOS

1.1 Tapa superior piezo

1.2 Vástago guía

1.3 Envolvente

1.4 Muelle

1.5 Tuerca apriete

1.6 Ensamblaje módulo regulación fuerza

COTENIDO PRESUPUESTO

CAPÍTULO 1: COSTES DIRECTOS

1.1 Mano de obra

1.2 Coste material ensayado

1.3 Coste material rediseño de la herramienta

1.4 Coste de fabricación y de máquinas de laboratorio

CAPÍTULO 2: COSTES INDIRECTOS

2.1 Licencias software

CAPÍTULO 3: COSTES TOTALES


COTENIDO ANEXOS

CAPÍTULO 1: CALIBRACIÓN DE LA HERRAMIENTA

CAPÍTULO 2: PROGRAMAS CNC

2.1 Programa indentaciones aceros

2.2 Programa indentaciones titanio

2.3 Programa bruñido acero

2.4 Programa bruñido aluminio

CAPÍTULO 3: RESULTADOS RUGOSIDADES

CAPÍTULO 4: RESULTADOS DUREZAS

4.1 Probetas indentaciones

4.2 Probeta bruñida aluminio

4.3 Probeta bruñida acero

CAPÍTULO 5: DATOS MATLAB

4.1 Prototipo B10PZ40k11

4.2 Herramienta B10PZ40k84

CAPÍTULO 6: FICHAS DE MATERIAL DE LA HERRAMIENTA

5.1 Latón

5.2 Acero

5.3 Muelle

CAPÍTULO 7: MATERIAL INFORMÁTICO

Memoria


DE UNA HERRAMIENTA DE BRUÑIDO ASISTIDA POR

VIBRACIONES ULTRASÓNICAS”









Carla Iserte & Aimar Martin

ÍNDICE MEMORIA

CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN ..................................................................... 1

1.1 Objeto ............................................................................................... 1

1.2 Alcance ............................................................................................. 2

1.3 Conceptos previos ................................................................................ 3

1.3.1 Rugosidad superficial ...................................................................... 3

1.3.2 Dureza ....................................................................................... 8

1.3.3 Metalografía ................................................................................. 9

1.3.4 El bruñido .................................................................................. 12

1.4 Estado del arte .................................................................................. 13

1.4.1 Bruñido con bola ......................................................................... 13

1.4.2 Bruñido con bola asistido con vibraciones ........................................... 16

1.4.3 Indentaciones ............................................................................. 17

1.5 Primer prototipo bruñidor ...................................................................... 18

CAPÍTULO 2: DESARROLLO Y METODOLOGÍA ............................................. 21

2.1 Solución adoptada y estudio realizado ...................................................... 21

2.2 Planificación de actividades - GANTT ....................................................... 21

2.3 Método de ejecución ........................................................................... 24

2.3.1 Numeración de probetas ................................................................ 24

2.3.2 Preparación de las superficies a ensayar ............................................ 26

2.3.3 Rugosidades .............................................................................. 28

2.3.4 Metalografías ............................................................................. 29

2.3.4.1 Procedimiento del pulido ...................................................... 29

2.3.4.2 Ataque químico e inspección en microscopio .............................. 31

2.3.5 Micro-durezas ............................................................................. 44

2.3.6 Indentaciones ............................................................................. 45

2.3.7 Bruñido ..................................................................................... 47

2.4 Métodos de cálculo ............................................................................. 49

2.4.1 Rugosidades .............................................................................. 49

2.4.2 Durezas .................................................................................... 50

2.5 Normativas ....................................................................................... 50


CAPÍTULO 3: IMPACTO AMBIENTAL ........................................................... 51

CAPÍTULO 4: ANÁLISIS DE LA HERRAMIENTA EN EL PROCESO DE BRUÑIDO ... 53

4.1 Primer prototipo ................................................................................. 53

4.2 Segundo prototipo. Rediseño de la herramienta .......................................... 59

CAPÍTULO 5: RESULTADOS ..................................................................... 63

5.1 Rugosidades ..................................................................................... 63

5.2 Microdurezas .................................................................................... 68

5.2.1 Materiales indentaciones ............................................................... 68

5.2.2 Materiales bruñido ....................................................................... 68

5.3 Perfilometría de indentaciones ............................................................... 72

CAPÍTULO 6: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ............................................. 79

6.1 Análisis de los resultados de rugosidades .................................................. 79

6.1.1 Rugosidad en dirección paralela al bruñido del aluminio .......................... 79

6.1.2 Rugosidad en dirección perpendicular al bruñido del aluminio ................... 81

6.1.3 Rugosidad en dirección paralela al bruñido del acero ............................. 82

6.1.4 Rugosidad en dirección perpendicular al bruñido del acero ...................... 83

6.2 Análisis de los resultados de durezas ....................................................... 85

6.2.1 Análisis de los datos obtenidos para el aluminio .................................... 85

6.2.1 Análisis de los datos obtenidos para el acero ....................................... 86

6.3 Análisis de los resultados de indentaciones ................................................ 88

6.3.1 Análisis de los datos obtenidos en el acero ......................................... 88

6.3.2 Análisis de los datos obtenidos en el titanio ......................................... 90

CAPÍTULO 7: CONCLUSIONES .................................................................. 92

CAPÍTULO 8: BIBLIOGRAFÍA .................................................................... 94

7.1 Referencias bibliográficas ..................................................................... 94

7.2 Bibliografía de consulta ........................................................................ 96


ÍNDICE DE TABLAS:

Tabla 1: Valores óptimos para minimizar rugosidad y maximizar dureza superficial ......... 14

Tabla 2: Esquema de codificación de herramientas de bruñido asistidas con vibraciones .. 18

Tabla 3: Designación probetas de aluminio ......................................................... 25

Tabla 4: Designación de las probetas de acero ..................................................... 25

Tabla 5: Designación probetas de titanio ............................................................ 26

Tabla 6: Clasificación probetas según proceso realizado ......................................... 27

Tabla 7: Condiciones de corte para la probeta de aluminio Al 6351 ............................ 27

Tabla 8: Niveles del diseño de experimento para las indentaciones en aceros. .............. 46

Tabla 9: Diseño de experimento para las indentaciones en el titanio ........................... 46

Tabla 10: Niveles del diseño de experimento para el bruñido .................................... 48

Tabla 11: Resultados calibración herramienta rediseñada ........................................ 60

Tabla 12: Rugosidades medidas en la probeta Al11 ............................................... 63

Tabla 13: Rugosidades medidas en la probeta Ac11 .............................................. 64

Tabla 14: Durezas probetas indentadas ............................................................. 68

Tabla 15: Dureza media antes del bruñido .......................................................... 68

Tabla 16: Dureza del aluminio después del bruñido ............................................... 69

Tabla 17: Dureza del acero después del bruñido ................................................... 70

Tabla 18: Características perfil huellas Ac23 ........................................................ 72






Tabla 24: Características perfil huellas titanio ....................................................... 78


ÍNDICE DE FIGURAS:

Figura 1: Esquema del proceso de bruñido [2] ........................................................ 1

Figura 2: Perfiles de rugosidad (ocw.unican.es) [4] .................................................. 4

Figura 3: Representación del parámetro Ra (www.sandvik.coromant.com) [5] .................. 4

Figura 4: Superficies con mismo Ra pero distinto acabado superficial [7] ........................ 5

Figura 5: Rugosímetro inductivo (www.monografías.com) [8] ...................................... 5

Figura 6: Rugosímetro capacitivo (www.monografías.com) [8] ..................................... 6

Figura 7: Rugosímetro piezoeléctrico (www.monografías.com) [8] ................................ 6

Figura 8: Perfil de rugosidad sin ondulación (a) y con ondulación (b) ............................. 7

Figura 9: Representación longitud de evaluación y longitud de corte. ............................ 7

Figura 10: Ejemplos de estructuras anisotrópicas (www.ebah.com.br) [13] .................... 11

Figura 11: Ejemplos de estructuras isotrópicas (www.ebah.com.br) [13] ....................... 11

Figura 12: Esquema de la operación de bruñido por bola [14] ................................... 12

Figura 13: Efecto de los parámetros de bruñido en la rugosidad superficial ................... 15

Figura 14: Efecto de los parámetros de bruñido en la dureza superficial ....................... 15

Figura 15: Esquema de un posible perfil de indentación .......................................... 17

Figura 16: Vista explosionada del prototipo de herramienta B10PZ40k11 ..................... 19

Figura 17: Curva de calibración del prototipo B10PZ40k11, empleada en el primer ensayo 20

Figura 18: Esquema de la geometría de la probeta de titanio .................................... 26

Figura 19: Esquema del montaje de obtención de rugosidades ................................. 28

Figura 20: Procedimiento de pulido ................................................................... 30

Figura 21: Patrón 1 mm, aumento x05, 2048x1536 pxs ........................................... 31

Figura 22: Patrón 1 mm, aumento x10, 2048x1536 pxs ........................................... 31

Figura 23: Patrón 1mm, aumento x20, 2048x1536 pxs ............................................ 32

Figura 24: Patrón 1mm, aumento x40, 2048x1536 pxs ............................................ 32

Figura 25: Ac31, aumento x40, 2048x1536 pxs, antes del ataque .............................. 33

Figura 26: Ac31, aumento x10, 2048x1536 pxs .................................................... 34




Figura 30: Ac41, x20 aumentos, 2048x1536 píxeles ............................................... 37




Figura 33: Detalle fotografía 12, 662x768 ............................................................ 38





Figura 38: Detalle fotografía 17, 1126x1124 pxs ................................................... 41

Figura 39: Ti11, sentido laminación, x5 aumentos, 2048x1536 píxeles ........................ 42

Figura 40: Ti11, sentido laminación, x10 aumentos, 2048x1536 píxeles ....................... 43

Figura 41: Ti11, transversal a laminación, x5 aumentos, 2048x1536 píxeles.................. 43

Figura 42: Profundidad de penetración del durómetro según la carga .......................... 44

Figura 43: Herramienta instalada en la fresadora Lagun y zona de trabajo .................... 45

Figura 44: Generador de ultrasonidos ................................................................ 46

Figura 45: Orden indentaciones probetas de acero y acero inox. ............................... 46

Figura 46: Montaje para la ejecución de las indentaciones ....................................... 47

Figura 47: Montaje y operación de bruñido .......................................................... 48

Figura 48: Representación de las 12 muestras bruñidas en acero y aluminio ................. 49

Figura 49: Diagonales de la huella dejada por el indentador de dureza Vickers [22] ......... 50

Figura 50: Detalle de la flexión de la herramienta durante el bruñido ........................... 53

Figura 51: Mallas creadas con Matlab para el análisis del vídeo ................................ 54

Figura 52: Orden puntos malla......................................................................... 55

Figura 53: Pendientes del tramo en función del fotograma ....................................... 56

Figura 54: Relación entre oscilación, pendiente y ángulo ......................................... 56

Figura 55: Medias oscilaciones propias y acumuladas ............................................ 58

Figura 56: Módulo regulación de fuerza rediseñado ............................................... 59

Figura 57: Recta de calibración. Herramienta rediseñada ........................................ 60

Figura 58: Gráfica de efectos principales para Ra // en aluminio ................................. 64

Figura 59: Gráfica de interacción para Ra // en aluminio .......................................... 65

Figura 60: Gráfica de efectos principales para Ra |_ en aluminio ................................ 65

Figura 61: Gráfica de interacción para Ra |_ en aluminio .......................................... 66

Figura 62: Gráfica de efectos principales para Ra // en acero .................................... 66

Figura 63: Gráfica de interacción para Ra // en acero .............................................. 67

Figura 64: Gráfica de efectos principales para Ra |_ en acero ................................... 67

Figura 65: Gráfica de interacción para Ra |_ en acero ............................................. 68


Figura 66: Gráfica de efectos principales para HV en aluminio .................................. 69

Figura 67: Gráfica de interacción para HV en aluminio ............................................ 70

Figura 68: Gráfica de efectos principales para HV en acero ...................................... 71

Figura 69: Gráfica de interacción para HV en acero ............................................... 71

Figura 70: Perfilometría Ac23 .......................................................................... 72






Figura 76: Perfil de indentación, 450N, n5, 100% .................................................. 78

Figura 77: Gráfica de residuos para Ra// en aluminio ............................................. 80

Figura 78: Gráfica de residuos para Ra |_ en aluminio ............................................. 81

Figura 79: Gráfica de residuos para Ra// en acero ................................................. 83

Figura 80: Gráfica de residuos para Ra|_ en acero ................................................. 84

Figura 81: Gráfica de residuos para HV en aluminio ............................................... 85

Figura 82: Gráfica de residuos para HV en acero .................................................. 87

Figura 83: Análisis resultados hh en acero .......................................................... 88

Figura 84: Análisis resultados ah en acero .......................................................... 89

Figura 85: Análisis resultados hh en titanio .......................................................... 90

Figura 86: Análisis resultados ah en titanio .......................................................... 91


RESUM

En el present document es realitza l'estudi d'una eina de brunyit amb bola assistida per vibracions

ultrasòniques. Aquesta anàlisi busca la millora del prototip fabricat pel grup d’investigació DEFAM,

integrat per professors del Departament d'Enginyeria Mecànica i del Departament de Materials de

l'Escola Universitària d'Enginyeria Tècnica Industrial de Barcelona (EUETIB) i definir la influència de

diversos paràmetres durant l'operació de brunyit.

A aquest efecte, es duen a terme diferents indentacions amb el brunyidor, es realitza l'examen de

l'operació de brunyit a través del software de càlcul Matlab per estudiar la rigidesa de l’eina i

determinar els punts crítics per al seu redisseny. A continuació, es preparen una sèrie de provetes de

diversos materials (alumini, acer, acer inoxidable i titani) singularitzades per provar l'eina. La

caracterització de les provetes inclou assajos de microdureses i metal·lografies per poder observar

propietats estructurals dels materials.

També es recullen els valors de rugositat obtinguts a cada un dels diferents grups de provetes abans i

després de dur a terme el procés de brunyit, així com el valor de duresa superficial, després de

l'operació, amb la finalitat d'analitzar l'eficàcia d'aquesta eina, de l'ús d'ultrasons i dels paràmetres

estudiats en el procés.

Per últim, s'inclouen els plànols dimensionals de la eina utilitzada i un estudi econòmic dels costos de

l'assaig.

RESUMEN

En el presente documento se realiza el estudio de una herramienta de bruñido con bola asistida por

vibraciones ultrasónicas. Este análisis busca la mejora del prototipo fabricado por el grupo de

investigación DEFAM integrado por profesores del Departamento de Ingeniería Mecánica y del

Departamento de Materiales de la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Barcelona

(EUETIB) y definir la influencia de distintos parámetros durante la operación de bruñido.

Con este fin, se llevan a cabo diferentes indentaciones con el bruñidor, se realiza el examen de la

operación de bruñido a través del software de cálculo Matlab para estudiar la rigidez de la

herramienta y así determinar los puntos críticos para su rediseño. A continuación, se preparan una

serie de probetas de distintos materiales (aluminio, acero, acero inoxidable y titanio) singularizadas

para probar la herramienta. La caracterización de las probetas incluye ensayos de micro-durezas y

metalografías para poder observar propiedades estructurales de los materiales.

También se recoge los valores de rugosidades obtenidos en cada uno de los diferentes grupos de

probetas antes y después de llevar a cabo el proceso de bruñido, así como el valor de dureza

superficial, después de la operación, con el fin de analizar la eficacia de esta herramienta, del uso de

los ultrasonidos y de los parámetros estudiados en el proceso.

Por último, se incluyen los planos dimensionales de la herramienta utilizada y un estudio económico

de los costes de dicho ensayo.


ABSTRACT

This final degree project is a study of a ball burnishing tool assisted by ultrasonic vibration. This

analysis searches the improvement of the prototype manufactured by the investigation group DEFAM,

which is made up with professors from the Mechanical Engineering Department and the Materials

Science Department of the EUETIB (Escola Universitària d'Enginyeria Tècnica Industrial de

Barcelona) and defining the influence of the different parameters during the operation.

With this aim, indentations tests are executed with the burnishing tool, and an assessment of the

burnishing tool by using the calculus software Matlab is performed to study the rigidity of the tool to

determine the critical zones and redesign it. Then, the preparation of samples of different materials

(aluminium, steel, stainless steel and titanium) typified is done to prove the tool. The characterization

of the samples includes micro-hardness assays and metallographic tests to observe structural

properties of the materials.

Roughness values are obtained for each material before and after the burnishing process, as well as

the value of superficial hardness after the operation with the purpose of analyse the tool, the ultrasonic

vibration and the parameters efficiency.

Finally, the dimensional drawings of the tool used and an economic study of the costs of the assay are

included.


AGRADECIMIENTOS

Nos gustaría agradecer, en primer lugar, al tutor del proyecto Ramón Jerez Mesa, sus horas

de dedicación, total disposición y su capacidad de transmitir la motivación necesaria en los

momentos más duros de la realización del proyecto.

En segundo lugar, agradecer la ayuda incondicional del Dpto de materiales y del Dpto. de

ingeniería mecánica; Jordi Llumà, Jordi Jorba, José Antonio Travieso y Giovanni Gómez. Sin

vosotros nada de esto habría sido posible.

En tercer lugar, cabe destacar la ayuda de la profesora Gemma Fargas y del Centro de

Investigación en Nanoingeniería.

Finalmente, pero no menos importante, agradecer a esos familiares que nos han apoyado

siempre, a pesar de todas las adversidades y vicisitudes.

Nota de autores:

Este proyecto ha sido realizado de igual forma por ambos autores, siendo conocedores en todo momento de todo

su contenido. Sin embargo, existen apartados cuya responsabilidad quedaría dividida de la siguiente manera:

Carla Iserte Ventura: Medición de durezas y rugosidades, y estudio del rediseño.

Aimar Martin Rubio: Estudio del prototipo, planos y presupuesto

Los ensayos de indentaciones y bruñido, así como la perfilometría, el análisis de resultados y la realización de

los documentos escritos ha sido llevada a cabo de forma conjunta.

“En principio la investigación necesita más cabezas que medios”, Severo Ochoa (España)

Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16

1

CAPÍTULO 1:

INTRODUCCIÓN

Desde hace años existe una búsqueda, desde los departamentos de ingeniería, de mejorar

la calidad en las piezas industriales de altas prestaciones. La calidad superficial de este tipo

de piezas es un factor importante ya que de ella depende el comportamiento tribológico y

aspectos como la fricción, la estanqueidad entre piezas con ajuste y la dureza,

características que se ven reflejadas en la vida de los componentes.

El bruñido es un proceso que permite conseguir una rugosidad menor, mejorando la dureza

superficial y obteniendo mejores servicios, mientras que respeta las tolerancias geométricas

de fabricación obtenidas con el proceso previo [1]. La peculiaridad de este proceso reside en

que no hay una pérdida de material, ya que mediante esta técnica se deforma el material

aplastando la superficie mediante un rodillo o una bola con una dureza suficiente como para

deformar dicha superficie (Figura 1).

Figura 1: Esquema del proceso de bruñido [2]

1.1 Objeto

Objetivo principal

Evaluar la efectividad de un bruñidor con bola asistido por vibraciones de ultrasonidos,

caracterizando el comportamiento del proceso de bruñido en diferentes materiales y bajo

diferentes condiciones tecnológicas.

Objetivos secundarios

• Analizar la rigidez y el comportamiento mecánico de la herramienta de bruñido con

bola diseñada para este proyecto.


2

• Efectuar el rediseño de la herramienta a partir de las conclusiones extraídas de la

evaluación anterior.

• Caracterizar los materiales a emplear para este proyecto, analizando sus durezas

previas y la metalografía superficial de las mismas.

• Caracterizar el proceso de bruñido con vibraciones ultrasónicas en diferentes

materiales para estudiar el fenómeno de deformación plástica local.

• Evaluar los resultados del proceso de bruñido asistido con vibraciones ultrasónicas

sobre los diferentes materiales en función de la fuerza, el número de pasadas y la

amplitud de la vibración.

1.2 Alcance

Debido al desconocimiento técnico y formal del proceso de bruñido asistido, y del amplio

abanico de posibilidades susceptibles de estudio en términos de resultados, es necesario

acotar el alcance de este proyecto y definir los aspectos que se trataran para explicar y

caracterizar los resultados del proceso. Así para evaluar la calidad y la efectividad del

proceso, se han escogido las siguientes magnitudes como objeto de evaluación:

• Comparación de la rugosidad inicial y rugosidad después del proceso de bruñido de

probetas de ensayo de diferentes materiales.

• Dureza final de los materiales bruñidos.

• Perfilometría y caracterización geométrica de las indentaciones.

En cuanto al estudio para la mejora del prototipo, se estudiarán los siguientes aspectos

constructivos de la herramienta:

• Juego entre las diferentes secciones.

• La constante elástica y la geometría del muelle.


3

1.3 Conceptos previos

1.3.1 Rugosidad superficial

La rugosidad superficial de una pieza industrial dependerá de la función que han de realizar.

Este acabado final y textura de la superficie marcará en gran medida la resistencia al

desgaste, lubricación, resistencia a la fatiga y en general, durabilidad. Por lo tanto, la

rugosidad es un factor importante a tener en cuenta en el diseño y fabricación de una pieza.

La rugosidad superficial es el conjunto de irregularidades de la superficie real, definidas

convencionalmente en una sección donde los errores de forma y las ondulaciones han sido

eliminados. En piezas obtenidas a través de procesos de mecanizado, la rugosidad

dependerá, sobre todo, de la geometría de la herramienta de corte que lleve a cabo el

proces, así como del avance del mismo. También puede ser función de irregularidades que

se den durante el proceso de corte, como, por ejemplo, las vibraciones que experimenta la

máquina herramienta debidas al funcionamiento del motor. [3]

Según el grado y forma de la rugosidad consecuencia de los procesos de fabricación, se

define el perfil primario P, el perfil real de la rugosidad, que puede descomponerse en dos

curvas: el perfil de ondulación W y el perfil de rugosidad R (Figura 2). El perfil W es un perfil

en forma de onda que se debe a los desajustes y vibraciones de la máquina, mientras que el

perfil R es más escarpado y se debe a las características e imperfecciones del sistema de

corte. [4]


4

Figura 2: Perfiles de rugosidad (ocw.unican.es) [4]

Por convención, todos los parámetros de rugosidad en un perfil de superficie se definen

mediante una R mayúscula seguida de caracteres adicionales en el subíndice. El subíndice

marcará el método de cálculo que se utilizó para cuantificar la rugosidad. Letras diferentes

implican que la fórmula se aplicó a un perfil diferente. Por ejemplo, Ra es la media aritmética

de los valores absolutos obtenidos en el perfil de rugosidad (Figura 3), y se calcula tal y

como se indica en la ecuación 1. Éste es el parámetro más utilizado para estandarizar la

rugosidad de una pieza y es el que la normativa internacional toma de referencia para

indicar tolerancias superficiales en planos de fabricación.

Figura 3: Representación del parámetro Ra (www.sandvik.coromant.com) [5]

𝑅𝑎 =1

𝐿∫ |𝑦(𝑥)|

𝐿

0𝑑𝑥 [6] (Ecuación 1)

La unidad del Sistema Internacional para cuantificar la rugosidad es la micra.

Sin embargo, a veces puede no ser suficiente definir una superficie mediante este parámetro

ya que Ra indica las irregularidades verticales de la superficie a medir de manera


5

promediada, pero si existen irregularidades horizontales no las considera, por lo que es

posible que superficies con distinto acabado superficial presenten el mismo valor de Ra

(Figura 4).

Figura 4: Superficies con mismo Ra pero distinto acabado superficial [7]

En la actualidad, el rugosímetro es la herramienta más extendida y sencilla de usar que se

utiliza para medir diferentes parámetros de rugosidad. Existen diversos tipos de

rugosímetros según su principio de funcionamiento, como se indica a continuación:

- Rugosímetro inductivo (Figura 5): El desplazamiento de la aguja que está en

contacto con la superficie modifica la distancia del entrehierro del circuito magnético

y de esta forma el flujo de campo, con ello se genera una señal eléctrica que se

registra y transforma en valores de rugosidades.

Figura 5: Rugosímetro inductivo (www.monografías.com) [8]

- Rugosímetro capacitivo (Figura 6): El desplazamiento vertical de la aguja que está en

contacto con la superficie aproxima las dos láminas de un condensador, variando la

capacidad y también la señal eléctrica.


6

Figura 6: Rugosímetro capacitivo (www.monografías.com) [8]

- Rugosímetro piezoeléctrico (Figura 7): El desplazamiento de la aguja deforma

elásticamente un material piezoeléctrico que responde generando una señal

eléctrica.

Figura 7: Rugosímetro piezoeléctrico (www.monografías.com) [8]

La normativa alemana recoge especificaciones en cuanto a rugosidad en las siguientes: DIN

4762, DIN 4768, DIN 4771, DIN 4775. El alcance de la rugosidad de superficies se

encuentra en la norma DIN 4766-1. También existen las normas británica BS, japonesa JIS,

americana ASME, internacional DIN-EN-ISO 4287.

La norma tomada de referencia para este proyecto es la ISO 4288:1998. En ella, se define la

denominada longitud de muestro equivalente, longitud base, de corte o cut-off. Es decir, se

puede usar cualquiera de los términos para referirse a un mismo concepto. La longitud base

o cut-off es la longitud necesaria a partir de la cual se integran las señales y se calculan

algunos parámetros de rugosidad. La norma define una serie de cut-offs concretos, a saber

0,08, 0,25, 0,8 y 2,5 mm. Una vez calibrado el rugosímetro, usualmente se toma una primera

medida de rugosidad y posteriormente se ajusta el cut-off según el resultado obtenido.


7

Por ejemplo, para un valor de Ra entre 0,1 μm y 2 μm se usa una longitud de muestreo

equivalente de 0,8 mm. En cambio, para un valor de Ra entre 2 μm y 10 μm se utiliza una

longitud base de 2,5 mm.

La longitud del cut-off debe ser suficiente para evaluar la rugosidad y debe contener todos

los detalles representativos excluyendo aquellos relacionados con la ondulación. Si la

ondulación no fuese excluida, la forma del perfil de rugosidades tendría una inclinación

distinta para cada muestra tomada (Figura 8)

(a)

(b)

Figura 8: Perfil de rugosidad sin ondulación (a) y con ondulación (b)

(GTM – Grupo tecnología mecánica, procesos de fabricación – rugosidad superficial) [6]

Por ello, un cut-off demasiado pequeño o grande para una rugosidad dada, no sería

representativo, ya que incluiría valores de perfil de ondulación que afectaría al resultado de

la medición de la rugosidad. Por lo tanto, el cut-off actúa como un filtro para evitar la

ondulación. [6]

A efectos prácticos, la fijación de la longitud de evaluación se traduce en la distancia que el

palpador del rugosímetro recorre para muestrear, que es un parámetro estrechamente

ligado a la longitud base, ya que se trata de la longitud de cut-off multiplicada por un número

entre 1 y 5 (Figura 9)

Figura 9: Representación longitud de evaluación y longitud de corte.

(Escuela Técnica Superior de Bilbao. Dpto. de Ingeniería Mecánica) [9]


8

El parámetro Ra, como se ha mencionado anteriormente, es la media aritmética de los

valores absolutos obtenidos en el perfil de rugosidad. Es decir, la rugosidad Ra se define a

partir de la longitud de evaluación, ya que es el resultado de la media de los valores de cada

una de las diversas longitudes base.

1.3.2 Dureza

Se entiende por dureza la oposición que ofrece un material a sufrir alteraciones como la

penetración, el rayado, la abrasión u otras deformaciones permanentes en su superficie.

Existen diversas escalas o formas de cuantificar la dureza de un material, éstas dependerán

del instrumento utilizado para realizar el ensayo y de los parámetros del mismo. [10]

Por ejemplo, para el caso de ensayos de penetración, el ensayo Brinell se realiza mediante

una bola esférica de acero o de carburo de wolframio mientras que el ensayo Vickers utiliza

como penetrador un diamante en forma de pirámide regular de base cuadrada. Cada ensayo

tiene sus limitaciones y por ello según el material a ensayar y el grosor, se utiliza un método

u otro. En estos ensayos se mide la profundidad o tamaño de la huella resultante, lo cual se

relaciona con un valor de dureza; cuanto más blando es el material mayor y más profunda

es la huella y menor el valor de dureza y viceversa. Las durezas tienen un significado

relativo y es necesario tener precaución al comparar durezas obtenidas por técnicas

distintas. [11]

Al aparato utilizado para realizar los ensayos por penetración para medir la dureza de un

material se le denomina durómetro. Éste es básicamente una prensa que realiza una fuerza

normalizada mediante un penetrador, también normalizado, sobre la superficie del material

del que se quiere conocer la dureza. En general, el fundamento de estos ensayos es la

medición de la huella dejada por el penetrador. Ésta es medida con un microscopio (a veces

instalado en el propio aparato) y, finalmente, mediante una expresión matemática se calcula

el valor de dureza.

En los ensayos de dureza Vickers, un penetrador de diamante muy pequeño con forma

piramidal es forzado en la superficie de la muestra aplicando una carga de valor

comprendido entre 1 y 1000 g. La marca resultante se observa en el microscopio y se miden

las diagonales para convertir los datos en dureza, tal y como se expone en profundidad en el

apartado 2.4.2. La superficie de la muestra debe ser preparada mediante desbaste y pulido

para asegurar una huella que pueda medirse con exactitud. [11]


9

1.3.3 Metalografía

Las técnicas metalográficas se utilizan para identificar las aleaciones, fases y micro-

estructura de los materiales mediante observación por microscopía para así poder explicar

el proceso de su formación. Estas técnicas pueden utilizarse en todo tipo de materiales

como por ejemplo plásticos, fibras, cementos, metales o aleaciones entre otros. [12]

Para ensayar una metalografía en cualquier pieza o material es menester hacerlo en una

superficie especular, es decir, debe ser plana y perfectamente pulida. La planicidad es

importante en cuanto a la observación microscópica ya que los sistemas ópticos carecen de

profundidad de foco y eso no permite enfocar dos superficies en distintos niveles de planos.

Además, la superficie debe estar perfectamente pulida para poder apreciar los detalles de la

estructura en lugar de elementos ajenos producidos durante la preparación metalográfica.

El proceso de pulido consta de dos operaciones: desbaste y pulido final. Con el desbaste se

pretende la reducción de la rugosidad superficial mientras que con el pulido se busca reducir

las marcas dejadas durante el proceso de desbaste. Ambas operaciones se llevan a cabo

mediante varias etapas consecutivas en las que se utilizan abrasivos de tamaño de grano

menor sucesivamente. [12]

El desbaste se realiza con material abrasivo en forma de papel esmeril, siendo el abrasivo

más utilizado el carburo de silicio (SiC). El tamaño de grano de dichos papeles viene dado

por los grados mesh, los cuales corresponden al número de hilos por pulgada cuadrada que

hay en un cedazo, por tanto, cuanto mayor sea el tamaño de grano, menor será el índice

mesh. El proceso de desbaste consiste en frotar la superficie de la muestra contra el

abrasivo hasta que sólo puedan observase las marcas causadas por el tamaño de grano

utilizado, y su resultado depende de la experiencia del operario, así como de la observación

a efectuar: tipo de material, microestructura, etc. Es importante la lubricación para evitar

fricción y para limpiar por arrastre los granos arrancados del abrasivo, así como las virutas

de material de la muestra. [12] La probeta a ensayar se frota moviéndola en una dirección

hasta que se observen sólo marcas de desbaste correspondientes al papel utilizado y, al

pasar al siguiente papel de desbaste, la dirección de desbaste se gira 90 grados.

En el pulido se utiliza abrasivos en forma de polvo, pasta o suspensión sobre un disco de

tejido que puede girar entre 125 y 100 rpm. El paño de pulido debe retener el abrasivo en el

entramado de la tela, por lo que se utiliza un lubricante adecuado según el abrasivo, en

lugar de agua corriente para así evitar perder las partículas de abrasivo atrapadas en el


10

tejido. La probeta debe apoyarse suavemente sobre el disco de pulido y debe moverse

describiendo círculos en sentido contrario al del plato, en el caso de que éste también gire.

Los abrasivos más utilizados en el pulido son:

Diamante: es el más utilizado y se suele usar en forma de aerosol mezclado con

excipiente. Se suele comercializar en tamaños de grano de 9 μm, 6 μm, 3 μm, 1 μm y

0,25 μm; por otra parte, se lubrica con una mezcla de alcoholes y es apto para todos

los materiales.

Alúmina (Al2O3): se presenta en polvo y se prepara mezclándola con agua para

formar una pasta. Se suele comercializar en tamaños de grano de 15 μm, 7,5 μm,

3,25 μm, 1 μm y 0,3 μm. Se emplea en materiales con base de hierro y magnesio.

Óxido de cerio (Ce2O3): se comercializa como una suspensión y se utiliza para el

pulido de aleaciones de aluminio y magnesio.

Óxido de magnesio (MgO): también se comercializa como una suspensión y se utiliza

para el pulido de aleaciones de aluminio y magnesio.

Sílice coloidal (SiO2): se utiliza para el pulido final de materiales en base hierro.

Después de cada operación de desbaste y pulido se recomienda lavar la muestra con agua

jabonosa y enjuagar bajo un chorro de agua abundante para eliminar residuos de abrasivos

o de virutas y así evitar la contaminación de los platos o paños siguientes y para permitir una

correcta inspección en el microscopio. En algunos casos es necesaria la utilización de etanol

y ultrasonidos para completar correctamente la limpieza de la superficie. Al acabar con el

proceso de limpieza se debe secar la misma con una corriente de aire que desplace sin

romper la película de agua o etanol hacia un extremo para así evitar manchas en la

superficie debido a residuos.

La orientación de la muestra es muy importante en aquellos materiales que presenten

anisotropía por laminación, deformación en frío u otras causas (Figura 10). Es decir,

aquellos materiales que posean propiedades físicas distintas según la dirección en que se

mide. En estos casos será necesario obtener varias muestras en distintas posiciones y

orientaciones del material.


11

Figura 10: Ejemplos de estructuras anisotrópicas (www.ebah.com.br) [13]

En el caso de que el material sea isotrópico bastará con obtener una muestra en un lugar

determinado (Figura 11). Según el problema a estudiar, se decidirá emplear un determinado

número de muestras y la zona del material a estudiar.

Figura 11: Ejemplos de estructuras isotrópicas (www.ebah.com.br) [13]

En la mayoría de los casos, el último paso que se contempla en las metalografías es el

ataque químico para así poder distinguir con claridad la microestructura. De todos modos,

una superficie pulida ya puede revelar datos interesantes como posibles grietas, inclusiones,

poros, etc. Sin embargo, las probetas hay que atacarlas con reactivos que actúen de forma

selectiva sobre las estructuras del material estudiado (fases, límites de grano, impurezas,

etc.). Antes de atacar una probeta, se debe desengrasar y limpiar, especialmente aquellas

que hayan sido pulidas con pasta de diamante ya que el medio y lubricante son grasos.

El ataque se realiza con diferentes reactivos según el material y la fase o microestructura a

revelar. Algunos de los reactivos utilizados según la base del compuesto de los materiales a

ensayar son:

Materiales con base de hierro (Fe): se atacan con nitral, un compuesto de ácido

nítrico (HNO3) y alcohol etílico (etanol, CH3-CH2OH) del 2 al 5% de HNO3.

Aceros inoxidables: se atacan en muchas ocasiones con agua regia, una solución de

ácido nítrico (HNO3), ácido clorhídrico (HCl) y glicerina (C3H8O3), o bien con una

solución de cloruro de cúprico (CuCl2), ácido clorhídrico (HCl) y etanol (C2H5OH).


12

Materiales con base de aluminio (Al): se atacan con un compuesto de ácido

fluorhídrico (0,5%HF) y agua (H2O).

Materiales con base de cobre (Cu): se atacan con una solución de cloruro férrico

(FeCl3) y agua (H2O).

Materiales con base de titanio (Ti): suelen ser atacados con soluciones de base

acuosa con ácido clorhídrico (HCl), ácido fluorhídrico (HF) o ácido nítrico (HNO3).

En el ataque por inmersión se debe introducir la probeta con la cara pulida hacia arriba para

observar el proceso y hacer un seguimiento de la evolución, y conviene agitar suavemente

el reactivo para renovar el que esté en contacto con la superficie atacada. El tiempo de

ataque es muy variable y sólo la práctica y observación puede indicar la finalización del

proceso. Después del ataque se debe lavar la probeta con abundante agua corriente y secar

de nuevo la superficie como se ha indicado.

1.3.4 El bruñido

El bruñido es un proceso de superacabado (Figura 12) que consiste en la deformación

plástica de las irregularidades de una superficie para mejorar el acabado de la misma. La

deformación plástica viene dada por la acción de la fuerza ejercida por la bola o rodillos de

la herramienta utilizada o bruñidor, que deforma las crestas de la superficie para que ocupen

la parte vacía remanente en los valles. Puede ser llevado a cabo en cualquier superficie

siempre que la tensión de contacto supere el límite de elasticidad del material.

Figura 12: Esquema de la operación de bruñido por bola [14]

El proceso de bruñido se utiliza para incrementar la dureza superficial y reducir la rugosidad,

permite mejorar la resistencia a la fatiga, previene la corrosión y crea tensiones residuales

compresivas en la superficie [1].


13

Para llevar a cabo el proceso de bruñido es necesario tener en cuenta algunos factores,

como, por ejemplo:

Comportamiento y características del material.

Forma o geometría de la pieza.

Tipo de herramienta y la geometría de contacto (indentador).

Los parámetros de bruñido: avance, número de pasadas, fuerza y dirección de

bruñido.

Es común realizar, previo al bruñido y con tal de caracterizar el proceso sobre un cierto

material, diferentes pasadas individuales con la herramienta variando los parámetros de

estudio para caracterizar geométricamente el perfil perpendicular a la dirección de avance

de la herramienta, observable a nivel microscópico. Como se explicará más adelante, estas

huellas o surcos se conocen como indentaciones en correlación con el indentador, que es la

parte del bruñidor que entra en contacto con el material.

1.4 Estado del arte

A día de hoy existe una línea de investigación abierta en la que se utiliza vibración a alta

frecuencia para asistir al proceso de bruñido con bola. Según se ha visto en los estudios

realizados hasta la fecha (algunos de los cuales estudiados en detalle a continuación),

dichas vibraciones dan lugar a una serie de fenómenos dinámicos, con efectos beneficiosos

para la superficie de trabajo y permiten reducir la rugosidad superficial obtenida. [15]

En este apartado se recopilan diversos artículos que versan sobre el bruñido y las

indentaciones en diferentes materiales. De esta manera se pretende ver la evolución de las

investigaciones alrededor de este tema y poder tener en cuenta las problemáticas y

soluciones estudiadas por distintos investigadores.

1.4.1 Bruñido con bola

Según Prafulla Chaudhari y Anand Nilewar (2015) [16], la mejora relativa de la rugosidad

superficial a través de un proceso de bruñido se encuentra entre el 40% y el 90%. Además,

estudian los efectos de los parámetros de bruñido en un acero al carbono (0,18%C) y la

rugosidad superficial se ve mejorada a medida que aumenta el avance hasta los


14

0,11mm/rev, que combinado con una fuerza de bruñido de 150 N consigue la mínima

rugosidad.

En cuanto a la velocidad de bruñido, tiene una relación inversa con el acabado final,

obteniéndose menores rugosidades medias con velocidades más bajas, siendo una

velocidad de 60,3 m/min una buena combinación con los parámetros anteriores.

En otro artículo, Prafulla Chaudhari et al. (2015) [17], estudian la operación de bruñido en

aluminio 6061. Como resultados obtienen que con un avance mayor la dureza superficial

incrementa y el mismo efecto deriva de un aumento de velocidad de bruñido. También se

puede incrementar la dureza con un mayor número de pasadas

Goutam D. Revankar et al. (2014) [18], en su estudio de la mejora de la rugosidad y la

dureza del titanio Ti-6Al-4V mediante un diseño de experimento Taguchi y un bruñido con

bola de 8mm de diámetro, afirman que el avance y la velocidad de bruñido tienen un efecto

significante en la rugosidad de 40,13% y 31,49% respectivamente, mientras que el número

de pasadas y la fuerza de bruñido afectan en el endurecimiento superficial en un 48,95% y

un 19,80% respectivamente.

En la Tabla 1 en la que figuran los parámetros óptimos para minimizar la rugosidad y

maximizar la dureza superficial según Goutam D. Revankar et al. (2014) [18].

Resultado Configuración óptima de los parámetros de proceso Valor

óptimo

Velocidad de

bruñido (m/min) Avance de bruñido

(mm/rev) Fuerza de

bruñido (N) Número de

pasadas

Rugosidad superficial

45

0,05

200 3 0,10 μm

Dureza 30

0,15

350 5 416 HV

Tabla 1: Valores óptimos para minimizar rugosidad y maximizar dureza superficial

Los autores conluyen que la rugosidad superficial disminuye cuanto mayor es el número de

pasadas durante el bruñido hasta un máximo de tres pasadas, ya que con más pasadas el

material sufre un sobre endurecimiento que provoca un empeoramiento del estado

superficial final (Figura 13). Por otro lado, también se comenta que la dureza superficial

mejora con avances y velocidades de bruñido bajas, así como con una fuerza de bruñido

entre 150 y 300 N y un mayor número de pasadas (Figura 14).


15

Figura 13: Efecto de los parámetros de bruñido en la rugosidad superficial

Figura 14: Efecto de los parámetros de bruñido en la dureza superficial

Por lo tanto, como conclusión, se extrae que una velocidad de bruñido media, un avance

pequeño, fuerza alta de bruñido (teniendo en cuenta que a partir de un valor umbral los

resultados comienzan a empeorar) y tres pasadas, es la mejor combinación para reducir la

rugosidad superficial; mientras que una velocidad y un avance medios, fuerza elevada y

mayor número de pasadas mejoran la dureza superficial. Además, la optimización Taguchi

muestra una mejora del acabado superficial del 77% y del 17% para la dureza.


16

1.4.2 Bruñido con bola asistido con vibraciones

Travieso Rodríguez, J. A., et al. (2015) [19] estudiaron en un acero G10380 con dureza de

150 HB el efecto de las vibraciones (frecuencia nominal de 2500 Hz, amplitud 1,3 μm)

durante el bruñido comparando la efectividad del proceso con el realizado con un bruñidor

convencional. La fuerza de bruñido se controla mediante un muelle y además se le añade

una fuerza oscilatoria en la bola de diámetro 10 mm, el paso lateral es de 0,08 mm.

Realizaron un diseño de experimento con 23 combinaciones de los diferentes parámetros de

bruñido, 8 combinaciones con 2 réplicas y 4 puntos centrales que resultaron un total de 20

superficies bruñidas en cada probeta. El bruñido sin vibración mejora la rugosidad (Ra)

disminuyéndola en un 33% en dirección paralela al bruñido y un 77% en dirección

perpendicular, mientras que el bruñido con vibración la disminuye en un 52% en la dirección

paralela y un 80% en la perpendicular, por lo que en este aspecto el bruñido con vibraciones

consigue un mejor resultado. Según Travieso Rodríguez, J. A., et al. (2015) [19], los

parámetros más significativos en la mejora de la rugosidad (Ra) son la fuerza y el número de

pasadas. Además, determinan que una pasada con vibraciones equivale a cinco sin

vibraciones y que el paso que ofrece menor tiempo de mecanizado es de 600 mm/min,

aunque no resulta un parámetro de vital importancia. En cuanto a la dureza, las vibraciones

consiguen aumentarla únicamente en las capas superficiales un 5%, en cambio el bruñido

sin vibraciones la mejora un 4%.

En otro estudio realizado por Travieso Rodríguez et al. (2015) [20] se ensayó, con la misma

herramienta, la efectividad de las vibraciones en unas muestras de aluminio 2017-T4. Se

observó que la operación de bruñido sin vibraciones mejoró la rugosidad (Ra) un 54% en

dirección paralela y un 57% perpendicularmente, mientras que la operación con vibraciones

la mejoró un 64% en dirección paralela y un 92% en la perpendicular. En este caso se

vuelve a coincidir en que los parámetros de número de pasadas y fuerza compresiva son los

más importantes en cuanto a la mejora de la rugosidad y que en el caso de operar con

vibraciones es necesario un menor número de pasadas para conseguir el mismo resultado.

En cuanto a la dureza superficial, incrementa con el número de pasadas en presencia de las

vibraciones, pero no causa cambios significativos en la mayoría de condiciones ensayadas.


17

1.4.3 Indentaciones

No todos los materiales se comportan de la misma manera al ser bruñidos. Uno de los

efectos que se produce durante la operación es la fluencia de material a los lados de la línea

de bruñido (apilamiento del material) (Figura 15), que depende de los parámetros de bruñido

y del coeficiente de autoendurecimiento del material [21]. El bruñido consiste en pasadas

consecutivas y paralelas por toda la superficie que se desee tratar, por lo que es importante

controlar el paso intermedio entre dos pasadas consecutivas, lo que se define como el

ancho del paso lateral. Gómez Gras, G., et al. (2015) [21], para asegurar una mejora de la

superficie final y compensar la creación de estos apilamientos, para que no empeoren la

rugosidad media final.

Figura 15: Esquema de un posible perfil de indentación

Existe una línea de investigación acerca de la influencia del ancho del paso lateral en el

resultado del bruñido, pues dependiendo del valor de este parámetro, los resultados de

acabado superficial pueden verse afectados de manera negativa. Si el ancho del paso

lateral es menor que el ancho de la superficie de contacto efectiva de la bola con la

superficie, no afectará al resultado del proceso, por lo contrario, cada paso actuará

parcialmente en zonas del material ya endurecidas debido a la deformación plástica previa.

De esta forma, el valor del paso lateral puede afectar al proceso de bruñido. Por otro lado, el

ancho de pasada será importante en cuanto a la productividad, ya que se consigue mayor

productividad cuando la distancia del ancho de paso coincide con la distancia entre el pico

del apilamiento y el valle, ya que se ahorran pasadas innecesarias [21].

Gómez Gras, G., et al. (2015) [21] estudiaron el paso lateral en dos muestras de aluminio

2007, una de ellas ensayada mediante el uso de vibraciones. Como resultado se obtuvo que

la rugosidad mejora cuando la distancia entre pasadas de bruñido coincide con la distancia

entre el pico del apilamiento y el valle efectuado por el bruñido. Además, se detecta una

diferencia entre el bruñido con y sin vibraciones, ya que la rugosidad obtenida con una

pasada asistida con vibraciones es igual a la obtenida con cinco pasadas sin vibraciones.

Estos dos aspectos afectan al tiempo del proceso y a la productividad.


18

1.5 Primer prototipo bruñidor

Tal y como se mencionaba con anterioridad en este proyecto se ha probado y desarrollado

la herramienta fabricada por el grupo de investigación. A continuación, se detalla el primer

prototipo con el que se han llevado a cabo las pruebas. La herramienta fabricada es un

bruñidor con bola asistida por vibraciones ultrasónicas. Las vibraciones son incorporadas al

sistema mediante un conjunto de materiales cerámicos piezoeléctricos que, excitados

mediante un generador externo, resuenan hasta 40 kHz de frecuencia nominal.

Para referirse a la herramienta y a las posibles variaciones que se realicen en el futuro se

propone la siguiente codificación (Tabla 2).

Tabla 2: Esquema de codificación de herramientas de bruñido asistidas con vibraciones

El código incorpora los tres aspectos clave que caracterizan una herramienta de bruñido. La

primera parte hace referencia al tipo de indentador que ejerce la fuerza, seguido de la

caracterización del módulo de transmisión de vibraciones. Por último, se recoge el método

en que se transmite la fuerza, considerando la existencia de herramientas hidrostáticas.

Bajo esta codificación, la herramienta con la que se han realizado los primeros experimentos

de este proyecto es la B10PZ40k11. Su esquema funcional básico en forma de vista

explosionada se muestra en la Figura 16, donde se aprecian los tres módulos a los que ya

se ha hecho referencia anteriormente: el módulo de regulación de la fuerza, módulo de

transmisión de vibraciones y el tercero, de transmisión de la fuerza. De estas tres partes, las

dos últimas están montadas a través de uniones atornilladas, mientras que la primera (el

sistema del muelle), está acoplada mediante una unión roscada manualmente.


19

Figura 16: Vista explosionada del prototipo de herramienta B10PZ40k11

El montaje de la herramienta y el hecho de que la fuerza de bruñido se regule a través de la

compresión de un muelle, supone que se deba realizar una curva de calibración previa

cuando se desee emplearla (Figura 17). En su estado inicial, la herramienta está dividida en

dos partes diferenciadas que se unen por la rosca manual. En este proceso de unión, y en

función de lo que se apriete esta rosca, el pretensado del muelle poseerá un valor u otro.


20

Además de tener que conocer el valor del pretensado, existe un segundo motivo que

justifica la necesidad de una curva de calibración, y es poder identificar la constante elástica

de la herramienta, esto es, la del muelle modificada por sus características de alojamiento

en el conjunto.

La curva de calibración no sólo permite caracterizar la herramienta, sino que además

permite establecer una relación entre la fuerza ejercida durante el bruñido, en función de lo

que se haya desplazado la herramienta en Z respecto de un origen previo establecido por

contacto de la herramienta con la superficie a tratar (Figura 17). De esta manera, la fuerza

de bruñido puede ser controlada desde el cuadro de mando de la máquina CNC desde la

que se vaya a trabajar.

Figura 17: Curva de calibración del prototipo B10PZ40k11, empleada en el primer ensayo

Carla Iserte & Aimar Martin Desarrollo y metodología 2015/16

21

CAPÍTULO 2:

DESARROLLO Y METODOLOGÍA

2.1 Solución adoptada y estudio realizado

En este proyecto se han llevado a cabo una serie de ensayos con tal de evaluar el bruñidor

diseñado y fabricado por el grupo de investigación DEFAM, integrado por profesores del

dpto. de Ingeniería Mecánica y del dpto. de Materiales.

En primer lugar, se han caracterizado probetas de diferentes materiales, midiendo la dureza

y examinando el estado metalográfico de éstas. Estas probetas han sido utilizadas para

realizarles indentaciones mientras que otras probetas, de geometría más grande, han sido

utilizadas para medir valores de rugosidad y dureza antes y después de bruñirlas variando

diferentes parámetros según un experimento Taguchi.

2.2 Planificación de actividades - GANTT

En este apartado se muestra la planificación temporal y organización de las distintas

actividades, en formato de diagrama de GANTT, que componen el estudio realizado, así

como los diferentes apartados del documento llevado a cabo durante el proyecto. Las

principales tareas realizadas son:

- Fresado de probetas

- Obtención de rugosidades

- Obtención de durezas

- Metalografías

- Bruñido

- Indentaciones

- Realización de la memoria

- Estado del arte

- Desarrollo de los ensayos

- Análisis de los vídeos

- Conclusiones

- Planos

- Presupuesto

- Anexos


22

Diagrama de GANTT

Actividades Inicio Duración Final

Organización y planificación del proyecto 10/12/2015 12 22/12/2015

Evaluación del primer prototipo 19/12/2015 53 10/02/2016

Análisis de la herramienta durante bruñido 12/01/2016 29 10/02/2016

Rediseño de la herramienta 14/03/2016 42 25/04/2016

Preparación y ensayo de probetas 15/12/2015 143 06/05/2016

Fresado de probetas 15/12/2015 6 21/12/2015

Obtención de rugosidades I 26/01/2016 5 31/01/2016

Protocolo de longitud 28/01/2016 8 05/02/2016

Protocolo de carga 04/02/2016 14 18/02/2016

Obtención de durezas I 15/02/2016 3 18/02/2016

Metalografías 07/03/2016 49 25/04/2016

Calibración de la herramienta 27/04/2016 0,5 27/04/2016

Bruñido e indentaciones 29/04/2016 2 01/05/2016

Obtención de rugosidades II 02/05/2016 2 04/05/2016

Obtención de durezas II 02/05/2016 3 05/05/2016

Grabación del segundo prototipo 29/04/2016 0,5 29/04/2016

Perfilometría 06/05/2016 1 06/05/2016

Memoria 27/02/2016 97 03/06/2016

Documento principal 27/02/2016 97 03/06/2016

Estado del arte 02/03/2016 15 13/03/2016

Desarrollo del contenido 12/03/2016 43 24/04/2016

Estudio del juego del segundo prototipo 09/05/2016 2 11/05/2016

Tratamiento y análisis de los resultados 09/05/2016 7 16/05/2016

Conclusiones 31/05/2016 3 03/06/2016

Planos 18/04/2016 7 25/04/2016

Presupuesto 17/05/2016 14 31/05/2016

Revisión 25/05/2016 10 04/06/2016

Entrega 08/06/2016 0,5 08/06/2016

Preparación de la defensa 08/06/2016 11 19/06/2016

Defensa 20/06/2016 3 23/06/2016


23


24

2.3 Método de ejecución

En los siguientes apartados se detallará el proceso seguido en la ejecución de los diferentes

ensayos realizados con tal de probar el bruñidor, así como los parámetros utilizados en el

proceso del mismo.

2.3.1 Numeración de probetas

Las diferentes probetas utilizadas en el proyecto han sido entregadas por el dpto. de

Ingeniería Mecánica de la EUETIB con esta finalidad. Éstas provienen de estudios

realizados anteriormente.

Se desconoce con exactitud qué material es cada probeta en concreto, pero se sabe cuál es

la base de las aleaciones. La caracterización de las probetas busca en primer lugar,

precisamente, la asignación y determinación de los distintos materiales. Con tal de seguir un

orden en los distintos ensayos y seguir la pista con facilidad a todas las probetas en todo

momento se lleva a cabo una numeración que permita clasificar dichas probetas de forma

rápida e intuitiva.

Las probetas entregadas por el departamento son de aluminio, acero y titanio. La

numeración desarrollada está formada por dos letras que corresponden a las iniciales del

material en cuestión siendo Al para aluminio, Ac para acero y Ti para titanio, seguidas por 2

números que corresponden a la serie de la probeta y al número de la misma.

Existen tantas series de un mismo material como grupos de probetas fueron entregados por

el departamento. Se ha seguido este procedimiento para evitar mezclar probetas que el

departamento había clasificado o separado con anterioridad, pero cabe la posibilidad de que

probetas provenientes de diferentes series correspondan al mismo material. Otra posibilidad

contemplada es que existan probetas del mismo material, pero con distintos tratamientos

térmicos.

A modo de ejemplo, si se hace referencia a la probeta Ac32 querrá decir que se trata de una

probeta de acero de la serie 3 y enumerada como la 2 de esa misma serie.

A continuación, se detalla la designación para cada probeta según el material.


25

Aluminio

Fueron entregadas 2 probetas de Al 6351 según norma UNE-EN 515:1994. En la Tabla 3 se

detalla la geometría antes del mecanizado y la designación de cada probeta.

Serie Numeración Geometría Material

1 Al11 y Al12

6351

Tabla 3: Designación probetas de aluminio

Acero

El departamento hizo entrega de un total de 20 probetas de acero, éstas podían ser de

X2CrNiMo17-12-2, X5CrNi18-10, 30CrNiMo8 o C45E, según designación UNE-EN 10027-

1:2006.

En este caso se sabía previamente que las 2 probetas con geometría cóncava-convexa eran

de X2CrNiMo17-12-2, pero las 18 probetas restantes podían ser de X5CrNi18-10,

30CrNiMo8 o C45E. Para poder desarrollar la Tabla 4 que se muestra a continuación fueron

necesarias las inspecciones metalográficas que se llevaron a cabo tal y como se detalla en

el apartado 2.3.4.


1 Ac11 y Ac12

X2CrNiMo17-12-2

2 Ac21, Ac22 y Ac23

X5CrNi18-10

3 Ac31, Ac32, y Ac33

30CrNiMo8

4 Ac41, Ac42, Ac43, Ac44, Ac45

y Ac46 C45E

5 Ac51, Ac52, Ac53 y Ac54

30CrNiMo8

6 Ac61

30CrNiMo8

7 Ac71

X5CrNi18-10

Tabla 4: Designación de las probetas de acero


26

Titanio

Se disponía de Ti-6Al-4V designado según norma UNE-EN ISO 5832-3:2012. Éste era

cilíndrico y tenía un extremo vaciado mediante mecanizado de interior (Figura 18). Con tal

de tener una superficie plana mayor para poder realizar las indentaciones considerando

diversos parámetros se procedió a cortar el cilindro en 4 probetas mediante electroerosión

por hilo.

Figura 18: Esquema de la geometría de la probeta de titanio

Finalmente se tienen 4 probetas de este material representadas según la Tabla 5:


1 Ti11, Ti12, Ti13 y Ti14

Ti-6Al-4V

Tabla 5: Designación probetas de titanio

2.3.2 Preparación de las superficies a ensayar

Tal y como se ha mencionado con anterioridad se dispone de probetas pequeñas cilíndricas

y de probetas más grandes rectangulares.

Es importante diferenciar las diversas probetas según para qué ensayo se han destinado y

de esta forma entender la preparación que se ha llevado a cabo en éstas. En la siguiente

tabla se aprecia esta clasificación (Tabla 6).


27

Proceso

Material Indentaciones Bruñido

Aluminio - Al11

Acero Ac23, Ac31, Ac41, Ac54, Ac61, Ac71 Ac11

Titanio Ti11 -

Tabla 6: Clasificación probetas según proceso realizado

Como se observa, el proceso de bruñido se realiza únicamente en las probetas de mayor

superficie y por este motivo se podrá llevar a cabo un experimento factorial completo,

variando más parámetros que en el ensayo realizado para las indentaciones, donde sólo la

amplitud de la vibración es empleada como factor de estudio para los aceros, aunque

también lo es el número de pasadas y la fuerza para el titanio (ver apartado 2.3.6 y 2.3.7).

La probeta de aluminio destinada a ser bruñida se prepara mediante un fresado para tener

una superficie plana y con valores de rugosidades controlados que posteriormente serán

comparados con los obtenidos después del bruñido. A continuación (Tabla 7), se muestran

los parámetros de corte utilizados en el fresado de esta probeta. Dicho fresado se llevó a

cabo plaquitas de corte de radio 0,4 mm.

Al 6351

Parámetros Desbaste Acabado

Vc (m/min) 201,06 402,12

n (rpm) 800 1600

p (mm) 0,5 0,2

a t (mm/rev) 0,0125 0,0125

Ra t (μm) 0,0125 0,0125

Tabla 7: Condiciones de corte para la probeta de aluminio Al 6351

Las probetas de acero X2CrNiMo17-12-2 no han sido fresadas ya que fueron entregadas

con una rugosidad superficial más buena que la que se pudiera conseguir con el fresado. En

cuanto a las probetas de titanio tampoco han sido fresadas, sino que se ha trabajado con

ellas directamente sobre las superficies obtenidas mediante el corte de electroerosión por

hilo.


28

Aquellas probetas de acero y acero inoxidable destinadas únicamente a los ensayos de

indentaciones se preparan mediante un pulido de desbaste con papel P1200. Las

indentaciones realizadas en probetas que también son utilizadas para ser bruñidas se

realizan, sin embargo, directamente sobre la superficie fresada.

2.3.3 Rugosidades

El objetivo principal de este proyecto, como se ha comentado con anterioridad, es la

evaluación del bruñidor fabricado por el grupo de investigación. Para ello es necesario

comparar valores de rugosidad pre- y post-proceso.

Estos valores fueron recogidos utilizando un rugosímetro modelo SJ-201 de la marca

Mitutoyo. Con tal de evitar vibraciones durante la recogida de datos, las probetas fueron

colocadas encima de la bancada de verificación y el rugosímetro se fijó a la columna

perpendicular (Figura 19).

Figura 19: Esquema del montaje de obtención de rugosidades

El rugosímetro ha sido calibrado mediante el patrón de 3 μm de Ra antes de obtener los

valores de rugosidad de las probetas.

El rugosímetro ha sido configurado con un cut off de 0,8 x 5 ya que todas las rugosidades

obtenidas tienen un valor de 0,1 μm < Ra < 2 μm siguiendo la norma ISO 4288:1998.

Durante este ensayo se han recogido 10 valores de rugosidad de cada una de las probetas

mecanizadas. Éstos han sido obtenidos siguiendo las recomendaciones del departamento

para calcular el promedio y siempre teniendo en cuenta que el error no superase el 3%. De

hecho, en ningún caso se ha obtenido un error mayor al 1%.


29

Concretamente se han obtenido valores de rugosidad de las siguientes probetas: Al11 y

Ac11. Las rugosidades han sido medidas en el sentido perpendicular y en el sentido paralelo

a las marcas de fresado y a la dirección del bruñido Los datos obtenidos se pueden ver en el

apartado de resultados de este mismo documento. (ver capítulo 5)

2.3.4 Metalografías

Ha sido necesario llevar a cabo diversas inspecciones metalográficas con tal de esclarecer

la estructura de las diferentes probetas utilizadas. Para llevar a cabo dichas inspecciones se

ha seguido el procedimiento estándar; pulido, ataque químico e inspección en el

microscopio.

Las probetas que han sido inspeccionadas metalográficamente son:

Acero: Ac31, Ac41, Ac54 y Ac61

Titanio: Ti11

Las probetas de acero inspeccionadas fueron utilizadas para realizarles el ensayo de las

indentaciones que se detalla en al apartado 2.3.6 de este mismo documento.

A continuación, se detallan las diferentes fases seguidas durante la inspección:

2.3.4.1 Procedimiento del pulido

El pulido de las probetas fue ejecutado utilizando una pulidora modelo LaboPol-5 de la

marca Struers, la cual permite un rápido intercambio de los platos de pulido ya que estos se

fijan de forma magnética a la máquina.

El proceso de pulido metalográfico se separa en dos tipos de operación: desbaste y

acabado.


30

El desbaste se lleva a cabo utilizando papeles de granos de carburo de silicio. Se usan

cuatro papeles con distintas medidas de grano mesh designados según la FEPA (Federation

of European Producers of Abrasive) como P320, P400, P600, P1200. Con tamaño de grano

46 μm, 35 μm, 26 μm y 15 μm respectivamente.

El acabado se realiza utilizando paños para pulido diamantado y un compuesto de

suspensión diamantada con distintas medidas de partículas: 9 μm, 6 μm y 1 μm. Cada plato

se utiliza con su correspondiente compuesto para no contaminar los distintos platos con

partículas de mayor medida que provoquen ralladuras en la superficie pulida.

En ambas operaciones, desbaste y acabado, se empieza el pulido metalográfico de la

probeta con los papeles o paños que contengan mayor tamaño de grano o partículas y se va

descendiendo a medida que se eliminan las crestas o marcas dejadas por las anteriores

partículas.

Las probetas han sido pulidas alternando cada minuto la zona del plato en la que se

situaban, tal y como muestra la Figura 20. Con este procedimiento se ha intentado evitar un

posible desnivel en la superficie pulida debido a que a medida que el radio del plato

disminuye también lo hace la velocidad y por lo tanto la abrasión es menor.

Figura 20: Procedimiento de pulido

De esta forma se evita un desgate focalizado que cree superficies en pendiente cerca de las

aristas de la probeta y además así se mantiene la dirección de las marcas de pulido que

dejan los granos del plato en el metal.

Es importante mantener la dirección de pulido mientras se usa un mismo plato para que al

pasar al siguiente plato de grano más fino puedan diferenciarse las marcas de ambos platos

y se pueda saber cuándo se ha pulido por completo la superficie hasta haber llegado a los

valles de las marcas del plato anterior. Esto es posible ya que al cambiar de plato se gira la

probeta 90º y de esta manera las nuevas marcas son perpendiculares a las que había

dejado el plato anterior.


31

2.3.4.2 Ataque químico e inspección en microscopio

A pesar de haber seguido el procedimiento habitual en el ataque químico, en los próximos

párrafos se detallará el tipo de ataque químico utilizado para cada una de las probetas

inspeccionadas a la vez que se mostrarán las fotografías realizadas desde el microscopio

para explicar los resultados de la inspección.

En primer lugar, se muestran las diferentes fotografías (Figura 21, Figura 22, Figura 23,

Figura 24) realizadas al patrón para poder extraer dimensiones de las fotos llevadas a cabo

en las probetas.

Figura 21: Patrón 1 mm, aumento x05, 2048x1536 pxs

Figura 22: Patrón 1 mm, aumento x10, 2048x1536 pxs


32

Figura 23: Patrón 1mm, aumento x20, 2048x1536 pxs

Figura 24: Patrón 1mm, aumento x40, 2048x1536 pxs


33

Ac31:

Una vez acabado el pulido de la probeta 31 se inspecciona en el microscopio antes de

atacar la superficie con el reactivo.

Figura 25: Ac31, aumento x40, 2048x1536 pxs, antes del ataque

En la imagen tomada (Figura 25) se puede ver un punteado de color gris, estos puntos son

una concentración de sulfuro de manganeso. Si se cortase la probeta por la mitad y se

repitiera el proceso de pulido y de inspección se podría ver que el sulfuro de manganeso

toma una forma alargada. Al tratarse de una probeta cilíndrica deformada en caliente es

normal que el sulfuro de manganeso siga la dirección longitudinal de la probeta.

Allí donde los puntos se vuelven de un color negro es debido a que durante el pulido se han

arrancado dichas concentraciones de sulfuros.

Llegados a este punto se cree que la probeta es C45 y se usa nital como reactivo ya que la

base del material es hierro. El nital es un compuesto de ácido nítrico y etanol que suele ser

utilizado con una concentración al 3% o al 5% de ácido, en este caso al 5%. El ataque se

lleva a cabo sumergiendo la probeta durante unos 2 segundos en la disolución dentro de un

vaso de precipitados.


34

Figura 26: Ac31, aumento x10, 2048x1536 pxs



35


En la Figura 26 y la Figura 27, allí donde se mencionó había puntos grises de sulfuro de

manganeso, ahora pueden verse puntos negros que son agujeros donde antes estaba el

compuesto. Esto es debido a que el ataque químico se ha llevado la capa más superficial

del compuesto dejando huecos. Alrededor de dichos agujeros, la superficie de la probeta

toma diferentes colores como rojo, verde y amarillo. Esto se debe a que la velocidad y el

modo en que el ácido ha atacado la superficie no es la misma. El resto de la superficie ha

tomado un color paja y se pueden ver distintas clapas, lo cual nos indica que se trata de

estructura martensita.

Los extremos o márgenes de las láminas se ven oscuros, de color negro, medio

desenfocados, ya que hay carburo de hierro que se ha tenido que formar después de un

temple, durante el revenido. Si se usa un objetivo de mayor aumento puede verse que hay

sulfuro de manganeso que no ha sido destruido por el reactivo, ya que el color de los puntos

sigue siendo de color grisáceo. En los márgenes de las láminas, la línea de contorno se

observa una especia de estructura formada por "puntos" o esferas, como si fuera un rosario.

Esto es debido al carburo de hierro formado en el revenido.

En la Figura 28 se pueden apreciar algunos de los límites de los granos de lo que podría

haber sido la austenita precursora del material.


36

Ac41:

Esta probeta, después del pulido con suspensión de diamante de 1μm, se ha pulido con una

suspensión sílica de 0,05 μm para conseguir una superficie casi totalmente especular ideal

para la metalografía. Se usa Nital (5%) como reactivo para el ataque químico.

Después del ataque se observa la probeta en el microscopio (Figura 29-31) y se identifica

una estructura claramente ferrito-perlítica. Se pueden ver láminas de perlita fina, lo cual

indica que el material ha sufrido un enfriamiento rápido, por lo que se le ha sometido a un

proceso de normalizado.



37

Figura 30: Ac41, x20 aumentos, 2048x1536 píxeles



38

Ac54:

La probeta 54 también ha sido pulida con suspensión sílica después del pulido con

suspensión de diamante de 1μm y se ha usado nital (5%) como reactivo para el ataque

químico.

Una vez atacada se observa (ver Figura 32-35) el material y se diferencian placas de

martensita un poco desdibujadas. Se ha hecho un temple y posterior revenido para

conseguir esa estructura. En referencia al revenido, a cuanta más temperatura y tiempo de

tratamiento, más desdibuja la estructura de martensita, por lo que será necesario hacer un

ensayo de durezas para determinar el tipo de revenido (alto o bajo) que se le ha hecho al

material.


Figura 33: Detalle fotografía 12, 662x768


39




40

Ac61:

Después del último proceso de pulido con suspensión de diamante de 1μm se procede a

atacar la probeta con nital al 5%.

En las Figura 36-38 se observa una pieza homogénea, por lo que se descarta que se trate

de un acero de fundición. No se puede asegurar si ha habida deformación en caliente.

No se ve una estructura definida característica como la de ferrito-perlita, se trata de una

estructura de martensita, por lo que el acero ha sido sometido a un temple. Por eso el

carbono de la austenita no ha podido salir y la pieza es homogénea. Durante el proceso el

material se dobla formado un doblamiento de placas (doblado hacia afuera) o formando

estructuras de agujas (doblado lateral).

Después de un templado se realiza un revenido para que la martensita se endurezca.

Aunque se observa que hay carburos entre placas, lo cual se debe a un proceso a alta

temperatura y largo tiempo, se debe confirmar mediante un ensayo de microdurezas si se

trata de un revenido alto o bajo.



41


Figura 38: Detalle fotografía 17, 1126x1124 pxs


42

Titanio

Para caracterizar el material se ha llevado a cabo la inspección metalográfica en la dirección

longitudinal del cilindro y de forma perpendicular a la misma. Para ello, se han cortado dos

muestras y se han trabajado siguiendo el procedimiento habitual de pulido de desbaste y de

acabado.

Una vez realizado del último proceso de pulido con suspensión de diamante de 0,5 μm se

procede a atacar las probetas con una mezcla de ácidos, concretamente: 2 ml HF, 10 ml

HNO3 y 88 ml H2O.

En las Figura 39-41 se puede ver que se trata de un material homogéneo con dos fases, alfa

(α) y beta (β), la primera corresponde a las zonas claras mientras que la segunda es la

oscura.

En la Figura 39 se aprecian límites de grano, éstos son ligeramente alargados por lo que se

confirma que la pieza proviene de un proceso de laminación, pero se cree que posiblemente

se le haya hecho un tratamiento térmico posterior, ya que de no ser así los granos serían

más alargados.

Figura 39: Ti11, sentido laminación, x5 aumentos, 2048x1536 píxeles


43

Figura 40: Ti11, sentido laminación, x10 aumentos, 2048x1536 píxeles

Figura 41: Ti11, transversal a laminación, x5 aumentos, 2048x1536 píxeles


44

2.3.5 Micro-durezas

El proyecto contempla el conocimiento de la dureza superficial antes y después del proceso

de bruñido para evaluar el efecto del bruñido en los distintos materiales. Para ello es

necesario comparar valores de dureza pre- y post-proceso con cargas pequeñas en la

superficie bruñida. De forma paralela, también se ensayan las probetas utilizadas para las

indentaciones para así complementar las metalografías y caracterizar mejor el material

Las durezas fueron realizadas con un durómetro modelo Buehler 5114, este durómetro tiene

un indentador Vickers por lo que las huellas son romboidales. El durómetro permite indentar

la probeta con cargas de 1 g hasta 2 kg. En el caso de las probetas para bruñir se han

indentado con cargas grandes (2 kg) para penetrar el material y conocer su dureza y, tras el

bruñido, se indentan con cargas pequeñas (5 g) para penetrar el material solamente de

forma superficial donde el efecto del bruñido es presente (ver Figura 42).

Figura 42: Profundidad de penetración del durómetro según la carga

Por otro lado, las probetas para indentar serán penetradas únicamente con cargas grandes

(2 kg) para conocer la dureza en la zona interna del material, ya que, en este caso al no

realizarse un bruñido en la superficie, no es necesario aplicar carga pequeña.

Antes de empezar con el ensayo fue necesario realizar tres protocolos para así aprender el

procedimiento del ensayo de micro-durezas. El primer protocolo es el de "Corrección de la

medida de longitud que hace un usuario", el segundo "Determinación de durezas con un

micro-durómetro Buehler 5100" y el último "Protocolo de la verificación de la carga del micro-

durómetro Buehler 5114", los tres del departamento de CMEM de la EUETIB.

Por último, se debe tener en cuenta que la marca que deja la indentación es muy pequeña,

por lo que si se realiza sobre una superficie con mal acabado superficial se presenta

demasiado deformada y no es representativa. Por ello es necesario realizar el ensayo sobre

una superficie con una rugosidad baja.


45

2.3.6 Indentaciones

Tanto las indentaciones como el proceso de bruñido se realizan con la herramienta

rediseñada B10PZ40k84 (capítulo 4) en la fresadora de control numérico (Figura 43).

Figura 43: Herramienta instalada en la fresadora Lagun y zona de trabajo

Las indentaciones se ensayan en las probetas de acero de la serie 2, 3, 4, 5, 6 y 7, así como

en las probetas de titanio (serie 1). Este ensayo se realiza con la herramienta de bruñido y

se trabaja con tres parámetros: fuerza, número de pasadas y amplitud de vibración.

Para llevar a cabo una indentación se hace una pasada con el bruñidor y, según el material

y las condiciones de trabajo, el perfil de la indentación resulta de una manera u otra

produciendo mayor o menor apilamiento al paso de la bola y presentando mayor o menor

profundidad.

En la Tabla 8 se presenta el diseño de experimento seguido para las indentaciones del

acero al carbono y los aceros inoxidables. Se ha ensayado con un nivel de fuerza, un nivel

de número de pasadas y tres niveles de amplitud de vibración. Las vibraciones ultrasónicas

son generadas el módulo que contiene el piezoeléctrico de la herramienta a través de un

generador de frecuencia (ver Figura 44). En total resultan 3 indentaciones por probeta

(Tabla 8).


46

F (N) n (#) A (%)

220 1

0

50

100

Tabla 8: Niveles del diseño de experimento para las indentaciones en aceros.

Figura 44: Generador de ultrasonidos

Para codificar las huellas de las indentaciones de cada probeta se ha seguido el orden de la

Figura 45: Orden indentaciones probetas de acero y acero inox.. Así, por ejemplo, la

huella número 1 de la probeta Ac31 correspondería a 220N, n=1 y A = 0%.

Figura 45: Orden indentaciones probetas de acero y acero inox.

En el diseño de experimento seguido para las indentaciones en el titanio se ha ensayado

dos niveles de fuerzas (300 y 450 N), tres de número de pasadas (1, 3 y 5 pasadas) y dos

para la amplitud de vibración (0% y 100%). En total resultan 12 ensayos de indentaciones

con distintos parámetros para el titanio (Tabla 9).

F (N) n (#) A (%) F (N) n (#) A (%)

300 1 0 450 1 0

300 3 100 250 3 100

300 5 0 450 5 0

300 1 100 450 1 100

300 3 0 450 3 0

300 5 100 450 5 100

Tabla 9: Diseño de experimento para las indentaciones en el titanio


47

En cuanto al montaje (Figura 46) de las probetas en la fresadora, se ha seguido el mismo

procedimiento tanto para las probetas de acero como para la de titanio. Dado que las

probetas son de geometría cilíndrica y con una altura pequeña, ha sido preciso el uso de

calzos en "V" para fijar correctamente las piezas, así como reglés para conseguir que las

probetas quedaran sobresaliendo por encima de la mordaza.

Figura 46: Montaje para la ejecución de las indentaciones

Los programas de control numérico utilizados para realizar las indentaciones están

recogidos en el documento de adjunto de anexos.

2.3.7 Bruñido

El ensayo de bruñido se lleva a cabo en las probetas de la serie 1 tanto de aluminio como de

acero. De igual modo, en este ensayo se trabaja con tres parámetros: fuerza, número de

pasadas y amplitud de vibración.

En la siguiente tabla se presenta el diseño de experimento seguido, se observa que para la

fuerza existen dos niveles, así como para el número de pasadas, en cambio, para la

amplitud de resonancia, se siguen ensayando tres niveles. En total resultan 12

combinaciones por probeta, tal y como se observa en la Tabla 10.


48

Aluminio [6351] Acero [X2CrNiMo17-12-2]

F (N) n (#) A (%) F (N) n (#) A (%)

80 1 0 120 1 0

80 1 50 120 1 50

80 1 100 120 1 100

80 5 0 120 5 0

80 5 50 120 5 50

80 5 100 120 5 100

110 1 0 220 1 0

110 1 50 220 1 50

110 1 100 220 1 100

110 5 0 220 5 0

110 5 50 220 5 50

110 5 100 220 5 100

Tabla 10: Niveles del diseño de experimento para el bruñido

Además, es importante tener en cuenta que el paso lateral utilizado en el bruñido del

aluminio y del acero es distinto, ya que en el primero es de 0,25 mm mientras que para el

segundo es de 0,30 mm.

En la Figura 47 se puede ver el montaje seguido para llevar a cabo la operación de bruñido.

En este caso concreto, la probeta en la que se está trabajando es la de aluminio.

Figura 47: Montaje y operación de bruñido


49

Para poder trabajar y tomar mediciones sobre las diferentes zonas bruñidas con mayor

facilidad se ha seguida el siguiente orden al bruñir (Figura 48).

Figura 48: Representación de las 12 muestras bruñidas en acero y aluminio

2.4 Métodos de cálculo

Durante la exposición de este proyecto se han realizado alusiones al parámetro Ra y a la

dureza Vickers, en este apartado se procede a mostrar las expresiones teóricas utilizadas

en su cálculo.

2.4.1 Rugosidades

La rugosidad teórica (Ra) calculada antes del proceso de mecanizado de las probetas (ver

apartado 2.3.2.) se obtuvo según la fórmula:

𝑅𝑎[𝜇𝑚] =0,0321·𝑎𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

2 [𝑚𝑚

𝑟𝑒𝑣]

𝑟 [𝑚𝑚]· 103 [3] (Ecuación 2)

donde 𝑎𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜2 [

𝑚𝑚

𝑟𝑒𝑣] es el avance teórico de la herramienta en milímetros por revolución y 𝑟

es el radio de la herramienta en milímetros, en este caso se trata del radio de las plaquitas

utilizadas para el fresado.


50

2.4.2 Durezas

A partir de la huella dejada por el indentador (Figura 49) puede determinarse la dureza del

material. Al tratarse de un ensayo de dureza Vickers (HV) el indentador tiene forma

piramidal, por lo que se pueden medir dos diagonales cuya magnitud sirve para el cálculo de

la dureza. Para ello se ha seguido la expresión dada en el protocolo de ‘Determinació de

dureses amb un microduròmetre Buehler 5100 Series’ del departamento de CMEM de la

EUETIB:

Figura 49: Diagonales de la huella dejada por el indentador de dureza Vickers [22]

𝐻𝑉 =2𝑃·sin(

𝛼

2)

𝑑2 =0,18909·𝑃

𝑑2 [22] (Ecuación 3)

donde P es la carga aplicada en Newtons, d es la media de las diagonales medidas (𝐷1+𝐷2

2)

y 𝛼 es el ángulo formado por las caras del penetrador de diamante, que equivale a 136˚.

2.5 Normativas

Rugosidad ISO 4288:1998.

Designación aluminio: UNE-EN 515:1994

Designación aceros: UNE-EN 10027-1:2006

Designación titanio: UNE-EN ISO 5832-3:2012

Carla Iserte & Aimar Martin Impacto ambiental 2015/16

51

CAPÍTULO 3:

IMPACTO AMBIENTAL

Actualmente estamos inmersos en una crisis medioambiental, por eso cada vez más, se

hace necesaria la promoción de tecnologías limpias y amigables con el medioambiente. Por

ello, y con el fin de preservar y proteger los recursos naturales, que no son ilimitados, así

como el medioambiente, se pretende valorar el efecto que causa la ejecución de este

proyecto.

Para facilitar el análisis, se divide en dos bloques las actividades llevadas a cabo durante el

desarrollo del proyecto. Por un lado, se contempla el impacto de las actividades en relación

a la evaluación de la herramienta de bruñido, y por otro el impacto de la actividad de

bruñido.

Impacto de las actividades:

1. Análisis de la herramienta:

Durante la preparación de las probetas (mecanizado y metalografías) se identifican los

siguientes aspectos negativos para el medioambiente:

Uso de ácidos y abrasivos en pequeñas cantidades, aunque sin tratamiento para su

deshecho.

Partículas de material, en muy pequeña cantidad, desechadas sin ningún tipo de

tratamiento.

Uso de taladrina.

Consumo energético de la maquinaria.

Generación de ruido perjudicial para el operario y el entorno.

Fabricación de la maquinaria, útiles y químicos que implican consumo de recursos y

de energía.

Carla Iserte & Aimar Martin Impacto ambiental 2015/16

52

2. Proceso de bruñido

Durante el proceso de bruñido se identifican los siguientes aspectos negativos para el

medioambiente:

Fabricación de la herramienta y útiles para el bruñido, lo que implica consumo de

recursos y de energía.

Consumo energético de la máquina de fresado.

Generación de ruido perjudicial para el operario y el entorno.

Sin embargo, el bruñido es un proceso de acabado que presenta muchas características

ventajosas y afables con el medioambiente como son:

Acabado sin arranque de viruta. No produce residuos.

No utilización de aceites de corte.

Por otro lado, un aspecto positivo desde un punto de vista socioeconómico que engloba las

dos actividades, es la investigación tecnológica del proceso de bruñido, que arroja mayor

conocimiento científico-tecnológico alrededor de la temática.

Acciones de contingencia:

Como puede observarse, existe una mayor cantidad de aspectos negativos en cuanto al

impacto ambiental de las actividades que se han llevado a cabo, por eso se plantean

algunas alternativas o actividades de contingencia para mitigar la huella dejada en el

medioambiente y conseguir tecnologías más limpias.

Tratamiento de desechos químicos.

Captación de residuos de material y abrasivos mediante el uso de filtros.

Minimización del uso de materiales.

Protección del operario (mitigación de riesgos laborales).

Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de la herramienta 2015/16

53

CAPÍTULO 4:

ANÁLISIS DE LA HERRAMIENTA EN EL PROCESO DE BRUÑIDO

4.1 Primer prototipo

Durante las primeras pruebas, en diciembre del 2015, realizadas con el bruñidor fabricado

por el grupo de investigación DEFAM y objeto de estudio de este proyecto, se observó el

fenómeno de flexión en la herramienta.

Con tal de analizar esta flexión o desajuste entre las diferentes secciones de la herramienta,

lo cual puede afectar a la calidad del resultado del proceso, y ver qué zona era más

susceptible a dicho fenómeno, se procedió a grabar en diversos vídeos el comportamiento

durante el bruñido.

El primer vídeo seleccionado tiene una duración de 3 segundos y en él se grabó el

movimiento de flexión completo, un movimiento de oscilación, es decir hacia abajo y vuelta a

la posición inicial, tal y como puede verse en la Figura 50. Este vídeo se descompuso en

240 fotogramas para analizarlos mediante el software de cálculo Matlab.

Figura 50: Detalle de la flexión de la herramienta durante el bruñido

Este análisis ha sido realizado siguiendo las funciones básicas descritas en el protocolo de

"procesado de video para probetas de micro tracción" del departamento de CMEM de la

EUETIB. En este proyecto, sin embargo, se busca el análisis de la flexión o del juego entre

las diferentes secciones de la herramienta, por ello ha sido necesario el desarrollo de una

técnica propia para llevar a cabo el análisis. Básicamente, este proceso emplea funciones

de análisis de imágenes para detectar movimientos relativos a nivel micro de los diferentes

componentes representados en la imagen.


54

Para poder observar la flexión o los juegos se trazan 4 mallas con forma rectangular, una

para cada zona de la herramienta, en el primer fotograma. Matlab es capaz de seguir los

puntos que forman la malla en cada uno de los 239 fotogramas siguientes y de ahí se puede

observar la variación de la posición (en píxeles) de dichos puntos.

Es necesario tratar y graficar la variación de posición de los diferentes puntos mediante

Excel para obtener conclusiones del estudio, tal y como se muestra en la Figura 51.

Figura 51: Mallas creadas con Matlab para el análisis del vídeo

El rectángulo número 1 está formado por 15 nodos, es decir, 3 nodos por 5 filas.




En total se analiza el desplazamiento de 237 puntos durante 240 fotogramas.

Mediante la función "automate_image_mp_2014b" y "displacement" se obtienen las

coordenadas x e y de los diferentes puntos en cada uno de los 240 fotogramas. En este

caso se ha realizado el análisis por separado, estudiando cada uno de los cuatro tramos de

la herramienta de forma independiente. De esta forma se obtienen, pues, dos hojas de datos

Excel para cada tramo. La primera hoja, llamada validx hace referencia a la posición x de los

diferentes puntos (en el caso del primer tramo 15) en cada uno de los fotogramas. La

segunda hoja, validy, son las coordenadas y en cada fotograma.

3

2 4 1


55

El desajuste o juego entre tramos se estudia a partir de los ángulos de desplazamiento de

cada uno de ellos. Para ello se ha seguido el siguiente procedimiento:

En primer lugar, se han ordenado, cuando ha sido necesario, las coordenadas x y/o y

de izquierda a derecha y de abajo arriba, como se muestra en la Figura 52.

Figura 52: Orden puntos malla

Se ha calculado el pendiente de cada una de las rectas que forman los puntos de

cada fila, en cada fotograma. Para el primer tramo han sido calculados 5 pendientes

en 240 fotogramas.

Después, se ha calculado el promedio de los pendientes de cada fila en cada

fotograma. En el primer tramo, por ejemplo, se ha calculado el promedio de los 5

pendientes del primer fotograma, el promedio de los 5 pendientes del segundo

fotograma, etc. De esta forma se han acabado obteniendo tantos promedios de

pendientes como fotogramas analizados, es decir, 240.

Por último, para filtrar los datos obtenidos y reducir los saltos de las rectas obtenidas

se calcula el promedio de cinco valores (dos arriba y dos abajo) y se aplica este filtro

en cada uno de los 240 pendientes, exceptuando los primeros y los últimos valores

porque no tienen datos por abajo o por arriba, a esta nueva media de pendientes se

le llama media refinada.

Ahora ya se pueden graficar estos 240 valores de pendientes que corresponden a

cada uno de los 240 fotogramas y observar que existen claramente 2 tendencias

correspondientes a los pendientes de los dos extremos de la oscilación. (Figura 53)

Al completar una oscilación se definen dos rectas (“r” y “s”), que son las posiciones máximas

de la herramienta en la oscilación. Dichas rectas tienen su pendiente y ambas se posicionan

a un ángulo respecto la horizontal. El objetivo final es conocer el ángulo entre ambas rectas

y compararlo con el ángulo obtenido entre las rectas de cada tramo, para saber si el juego

de esa pieza es mayor o menor.


56

Figura 53: Pendientes del tramo en función del fotograma

Se puede observar la oscilación del movimiento de la herramienta durante el bruñido, los

dos pendientes graficados corresponden a los extremos de dicha oscilación. Para poder

calcular el ángulo entre las dos rectas, es decir, el ángulo de oscilación, se aplica un nuevo

filtro y se seleccionan los pendientes de un tramo más o menos estable para calcular la

media. Por ejemplo, para el tramo 1 se calcula el pendiente promedio entre los fotogramas

60 y 140 y el promedio entre los fotogramas 180 y 220. De igual forma se realizan estos

cálculos para cada una de las zonas estudiadas.

Tal y como muestra la Figura 54, sabiendo que 𝑚 =∆𝑦

∆𝑥= tan 𝜃 → 𝛽 − 𝛼 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛(𝑚𝑠) −

𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛(𝑚𝑟).

Figura 54: Relación entre oscilación, pendiente y ángulo

-0,03

-0,025

-0,02

-0,015

-0,01

-0,005

1E-16

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Pe

nd

ien

te

Fotogramas

Pendientes tramo 1

media

media refinada


57

Tramo 1:

Pendientes

mr [60-140] ms [180-220]

-0,010533 -0,000387

Arco tangentes

arctg(mr) arctg(ms)

-0,010533 -0,000387

Amplitud de oscilación

(rad)

-0,010146

Amplitud de oscilación (˚)

-0,581324

|Media oscilación| (˚)

0,290662

Tramo 2:

Pendientes

mr [60-140] ms [180-220]

-0,009247 -0,000165

Arco tangentes

arctg(mr) arctg(ms)

-0,009247 -0,000165


(rad)

-0,009081


-0,520328


0,260164

Tramo 3:

Pendientes

mr [60-140] ms [180-220]

-0,002690 0,000499

Arco tangentes

arctg(mr) arctg(ms)

-0,002690 0,000499


(rad)

-0,003189


-0,182736


0,091368

Tramo 4:

Pendientes

mr [60-140] ms [180-220]

-0,002772 -0,000210

Arco tangentes

arctg(mr) arctg(ms)

-0,002772 -0,000210


(rad)

-0,002562


-0,146784


0,073392


58

Sin embargo, los ángulos obtenidos son acumulados (Figura 55), es decir, el ángulo que se

observa en el tercer tramo es el que presenta la propia pieza 3 más el resultante de la

flexión del cuarto tramo.

Figura 55: Medias oscilaciones propias y acumuladas

Por lo tanto, no se han obtenido los ángulos directamente sino los acumulados por los

juegos de cada pieza. Para obtener los ángulos propios de cada pieza se debe restar el

ángulo causado por la acción del resto de la herramienta:

𝛼4 = 𝛼4′

𝛼3 = 𝛼3′ − 𝛼4

𝛼2 = 𝛼2′ − 𝛼3′

𝛼1 = 𝛼1′ − 𝛼2′

Ángulo Ángulo acumulado

α4 0,07339217 α4' 0,07339217

α3 0,01797606 α3' 0,09136823

α2 0,16879594 α2' 0,26016417

α1 0,03049762 α1' 0,29066179

Se observa que la unión con mayor juego es la de la segunda pieza con la tercera.

α4 α3'

α3

α2' α1'

α2 α1


59

4.2 Segundo prototipo. Rediseño de la herramienta

Tal y como se ha visto con anterioridad la zona con mayor juego es la sección entre el

módulo piezoeléctrico y el asiento de la bola. Desgraciadamente, no se puede hacer nada

para reducir el juego entre estos dos tramos ya que el módulo piezoeléctrico no es de

fabricación propia.

Por ello, y con tal de mejorar el sistema de control de la fuerza ejercida por la herramienta,

se decidió rediseñar la zona del alojamiento del muelle. Con esto también se esperaba

reducir el juego existente entre las secciones 4 y 3, ya que es el segundo con mayor ángulo.

En la siguiente imagen (Figura 56) se puede ver el esquema del nuevo módulo de

regulación de fuerza.

Figura 56: Módulo regulación de fuerza rediseñado

En el documento de planos se pueden observar con más detalle cada una de las piezas por

separado.

Nº Nombre

1 Tapa superior piezo

2 Vástago guía

3 Envolvente

4 Muelle

5 Prisionero cónico

6 Tuerca apriete

7 Prisionero


60

El muelle utilizado en el rediseño es de mayor diámetro que el inicial y, además, posee una

constante elástica mayor (detalles del muelle utilizado en anexos).

Este nuevo sistema tiene como objetivo mejorar la fijación entre la tapa superior del

piezoeléctrico (componente de terceros) y la envolvente, que es el componente que se

introduce en la pinza de la fresadora para coger la herramienta. Además, mediante el

sistema del vástago guía, prisionero cónico y tuerca de fijación se aplica una precarga al

muelle para garantizar que cualquier desplazamiento en el eje z de la máquina comprime el

muelle y lo hace trabajar en la zona lineal de su curva característica.

De igual forma que sucedía con la herramienta antes del rediseño, es necesario llevar a

cabo una calibración (Figura 57) para conocer con exactitud la constante del muelle. Los

resultados, realizados a una velocidad práctica de 5 mm/min (Tabla 11) que se extraen de la

calibración muestran la constante elástica del muelle en la herramienta y el valor de fuerza

inicial.

De esta forma se puede saber que desplazamiento en el eje z se requiere hacer en función

de la fuerza deseada. En el documento de anexos se detalla el cálculo de las compresiones

en el eje z utilizadas en las indentaciones y en el bruñido.

Figura 57: Recta de calibración. Herramienta rediseñada

v=5mm/min

k 84,16

F0 61,12

Tabla 11: Resultados calibración herramienta rediseñada

0

100

200

300

400

500

600

0 20 40 60 80

Recta de calibraciónF(N) / t(s)


61

Con los resultados obtenidos y teniendo en cuenta la nomenclatura utilizada, la herramienta

nueva se codifica B10PZ40k84.

Con esta herramienta se han llevado a cabo las indentaciones y el bruñido recogidos en los

apartados 2.3.6 y 2.3.7 de este documento.

Para poder analizar el proceso de bruñido con la nueva herramienta se ha grabado un vídeo

y se ha analizado mediante Matlab, igual que se hizo con el prototipo. A continuación, se

muestran los resultados obtenidos y se puede ver con más detalle el procedimiento en el

documento de anexos.

Tramo 1:

Pendientes

mr [250-400] ms [650-800]

-0,005272 0,010167

Arco tangentes

arctg(mr) arctg(ms)

-0,005272 0,010167


(rad)

-0,015439


-0,884579


0,442289

Tramo 2:

Pendientes

mr [300-500] ms [650-800]

-0,010825 0,006283

Arco tangentes

arctg(mr) arctg(ms)

-0,010825 0,006283


(rad)

-0,017108


-0,980205


0,490103

Carla Iserte & Aimar Martin Análisis del proceso de bruñido 2015/16

62

Tramo 3:

Pendientes

mr [1300-1600] ms [900-1050]

-0,007460 -0,002258

Arco tangentes

arctg(mr) arctg(ms)

-0,007460 -0,002258

Amplitud de oscilación (rad)

-0,005202


-0,298059


0,149029

Tramo 4:

Pendientes

mr [1200-1600] ms [700-1000]

0,009350 0,013009

Arco tangentes

arctg(mr) arctg(ms)

0,009350 0,013008

Amplitud de oscilación (rad)

-0,003659


-0,209623


0,104812

Ángulo Ángulo acumulado Ángulo primer

prototipo

α4 0,10481152 α4' 0,10481152 α4 0,07339217

α3 0,04421792 α3' 0,14902944 α3 0,01797606

α2 0,30700574 α2' 0,45603519 α2 0,16879594

α1 0,00612047 α1' 0,46215565 α1 0,03049762

Tal y como se puede observar, la herramienta rediseñada B10PZ40k84 presenta, a priori, un

ángulo mayor en el tramo 4. Se podría pensar que, la herramienta nueva tiene un mayor

juego, pero observando el resto de ángulos se ve que todos son mayores que en el inicio.

Por lo tanto, con los datos presentes, es difícil concluir que la modificación o rediseño del

tramo estudiado haya empeorado el juego que ya existía.

Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16

63

CAPÍTULO 5:

RESULTADOS

A continuación, se presentan los resultados de las diferentes variables de estudio sobre las

que se centra este proyecto. La discusión de estos resultados se desarrolla en el capítulo 6,

por lo que la información contenida en las próximas páginas es meramente visual y para que

el lector pueda consultar de manera directa los resultados derivados de la experimentación.

5.1 Rugosidades

Muestra Media (μm) Parámetro Muestra Media (μm) Parámetro Condiciones

Perpendicular al fresado y al bruñido Paralelo al fresado y al bruñido

Al11 0,75 Ra _/ fresado Al11 0,49 Ra // fresado

Al11_1 0,87 Ra _/ bruñido Al11_1 0,24 Ra // bruñido 0%, F80, n1












Tabla 12: Rugosidades medidas en la probeta Al11


64

Muestra Media (μm) Parámetro Muestra Media (μm) Parámetro Condiciones

Perpendicular al fresado y al bruñido Paralelo al fresado y al bruñido

Ac11 0,10 Ra _/ fresado Ac11 0,05 Ra // fresado

Ac11_1 0,82 Ra _/ bruñido Ac11_1 0,05 Ra // bruñido 0%, F80, n1












Tabla 13: Rugosidades medidas en la probeta Ac11

Figura 58: Gráfica de efectos principales para Ra // en aluminio


65

Figura 59: Gráfica de interacción para Ra // en aluminio

Figura 60: Gráfica de efectos principales para Ra |_ en aluminio

0,250

0,225

0,200

0,175

0,150

100500

0,250

0,225

0,200

0,175

0,150

11080

A (%) * F (N)

A (%) * n

A (%)

F (N) * n

F (N)

80

110

F (N)

1

5

n

Mean

of

Ra//

Interaction Plot for Ra//Fitted Means


66

Figura 61: Gráfica de interacción para Ra |_ en aluminio

Figura 62: Gráfica de efectos principales para Ra // en acero

1,2

1,1

1,0

0,9

0,8

100500

1,2

1,1

1,0

0,9

0,811080

A (%) * F (N)

A (%) * n

A (%)

F (N) * n

F (N)

80

110

F (N)

1

5

n

Med

ia d

e R

a|_

Gráfica de interacción para Ra|_Medias ajustadas


67

Figura 63: Gráfica de interacción para Ra // en acero

Figura 64: Gráfica de efectos principales para Ra |_ en acero

0,056

0,052

0,048

0,044

0,040

100500

0,056

0,052

0,048

0,044

0,040220120

A (%) * F (N)

A (%) * n

A (%)

F (N) * n

F (N)

120

220

F (N)

1

5

n

Med

ia d

e R

a//

Gráfica de interacción para Ra//Medias ajustadas


68

Figura 65: Gráfica de interacción para Ra |_ en acero

5.2 Microdurezas

5.2.1 Materiales indentaciones

Material Probeta Fuerza (g) Objetivo HV

30CrNiMo8 Ac61 2000 x50 354,07

30CrNiMo8 Ac54 2000 x50 385,12

30CrNiMo8 Ac31 2000 x50 378,29

C45E Ac41 2000 x50 230,41

Ti-6Al-4V Ti11 2000 x50 400,08

X5CrNi18-10 Ac23 2000 x50 306,63

X5CrNi18-10 Ac71 2000 x50 260,15

Tabla 14: Durezas probetas indentadas

5.2.2 Materiales bruñido

Material Probeta Fuerza (g) Objetivo HV

6351 Al11 2000 x10 77,82

X2CrNiMo17-12-2 Ac11 2000 x50 210,81

Tabla 15: Dureza media antes del bruñido

1,0

0,9

0,8

0,7

100500

1,0

0,9

0,8

0,7

220120

A (%) * F (N)

A (%) * n

A (%)

F (N) * n

F (N)

120

220

F (N)

1

5

n

Med

ia d

e R

a|_

Gráfica de interacción para Ra|_Medias ajustadas


69

Material Probeta Fuerza (g) Objetivo

6351 Al11 5 x100

Muestra HV Condiciones Muestra HV Condiciones

Al11_1 102,23 0%, F80, n1 Al11_7 117,33 0%, F110, n1

Al11_2 104,73 0%, F80, n5 Al11_8 110,28 0%, F110, n5

Al11_3 105,32 0%, F110, n1 Al11_9 114,59 100%, F80, n1

Al11_4 107,32 0%, F110, n5 Al11_10 113,41 100%, F80, n5

Al11_5 114,46 50%, F80, n1 Al11_11 118,62 100%, F110, n1

Al11_6 121,45 50%, F80, n5 Al11_12 116,69 100%, F110, n5

Tabla 16: Dureza del aluminio después del bruñido

Figura 66: Gráfica de efectos principales para HV en aluminio


70

Figura 67: Gráfica de interacción para HV en aluminio

Material Probeta Fuerza (g) Objetivo

X2CrNiMo17-12-2 Ac11 5 x100

Muestra HV Condiciones Muestra HV Condiciones

Ac11_1 413,76 0%, F120, n1 Ac11_7 509,81 0%, F220, n1

Ac11_2 460,64 0%, F120, n5 Ac11_8 544,41 0%, F220, n5

Ac11_3 482,48 0%, F220, n1 Ac11_9 464,16 100%, F120, n1

Ac11_4 481,75 0%, F220, n5 Ac11_10 490,70 100%, F120, n5

Ac11_5 432,44 50%, F120, n1 Ac11_11 532,20 100%, F220, n1

Ac11_6 490,86 50%, F120, n5 Ac11_12 558,20 100%, F220, n5

Tabla 17: Dureza del acero después del bruñido

120

115

110

105

100500

120

115

110

105

11080

A (%) * F (N)

A (%) * n

A (%)

F (N) * n

F (N)

80

110

F (N)

1

5

n

Med

ia d

e H

V

Gráfica de interacción para HVMedias ajustadas


71

Figura 68: Gráfica de efectos principales para HV en acero

Figura 69: Gráfica de interacción para HV en acero

550

525

500

475

450

100500

550

525

500

475

450

220120

A (%) * F (N)

A (%) * n

A (%)

F (N) * n

F (N)

120

220

F (N)

1

5

n

Mean

of

HV

Interaction Plot for HVFitted Means


72

5.3 Perfilometría de indentaciones

Ac23

Figura 70: Perfilometría Ac23

ha (micras) hh (micras) ah (mm)

Ac23_1 7,94 6,09 0,74

Ac23_2 8,10 7,09 0,80

Ac23_3 5,08 3,62 0,64

Tabla 18: Características perfil huellas Ac23


73

Ac31



Ac31_1 0,99 0,75 0,51

Ac31_2 1,24 0,98 0,48

Ac31_3 1,27 1,06 0,60



74

Ac41



Ac41_1 5,09 4,09 0,65

Ac41_2 5,03 4,04 0,67

Ac41_3 3,29 2,54 0,54



75

Ac54



Ac54_1 0,76 0,56 0,41

Ac54_2 0,50 0,27 0,44

Ac54_3 1,68 1,38 0,51



76

Ac61



Ac61_1 1,49 1,12 0,46

Ac61_2 1,88 1,35 0,59

Ac61_3 1,03 0,72 0,54



77

Ac71



Ac71_1 8,01 6,38 0,70

Ac71_2 8,90 7,06 0,74

Ac71_3 4,86 3,98 0,61



78

Titanio

Figura 76: Perfil de indentación, 450N, n5, 100%

Tabla 24: Características perfil huellas titanio

F (N) A(%) n hh (micras) ah (mm)

1

3

5

1 0,548 0,446

3 1,068 0,524

5 2,325 0,595

1 5,015 0,493

3 6,959 0,609

5 9,589 0,706

1 0,948 0,481

3 4,804 0,654

5 6,175 0,736

No se han apreciado

resultados

100%

450

300

0%

100

0%

Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16

79

CAPÍTULO 6:

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Con el fin de verificar los datos obtenidos de forma experimental, tanto de rugosidades como

de durezas, se analizan estadísticamente mediante el software Minitab17 para ver si se

adaptan a un modelo lineal, así como ver una relación entre los parámetros utilizados en el

bruñido.

6.1 Análisis de los resultados de rugosidades

6.1.1 Rugosidad en dirección paralela al bruñido del aluminio

Factor Levels Values

A (%) 3 0; 50; 100

F (N) 2 80; 110

n 2 1; 5

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value

Model 9 0,021825 0,002425 72,75 0,014

Linear 4 0,004350 0,001087 32,63 0,030

A (%) 2 0,003267 0,001633 49,00 0,020

F (N) 1 0,000675 0,000675 20,25 0,046

n 1 0,000408 0,000408 12,25 0,073

2-Way Interactions 5 0,017475 0,003495 104,85 0,009

A (%)*F (N) 2 0,012200 0,006100 183,00 0,005

A (%)*n 2 0,000867 0,000433 13,00 0,071

F (N)*n 1 0,004408 0,004408 132,25 0,007

Error 2 0,000067 0,000033

Total 11 0,021892

Model Summary

S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)

0,0057735 99,70% 98,33% 89,04%


80

Figura 77: Gráfica de residuos para Ra// en aluminio

Tanto el valor R2 como la distribución normal de los residuos (Figura 77) indican que el

modelo es lineal y se ajusta a los valores tomados en los experimentos. En este caso, el

nivel de significancia se establece en un 0,1, por lo que hay un 5% de probabilidad de que

los resultados no se repitan de igual forma en próximos experimentos.

Viendo la gráfica (Figura 59) de interacción y evaluando los p-valores, se observa

interacción entre la amplitud y la fuerza de bruñido, así como entre la fuerza y el número de

pasadas. Los p-valores, al ser próximos a cero muestra una correlación significativa.

Analizando las gráficas de interacción F(N)*n vs Ra// se observa que la Ra es menor para

una pasada y fuerza grande o cinco pasadas y fuerza pequeña. En el gráfico de interacción

F(N)*A vs Ra se aprecia que cuando se trabaja con una fuerza grande el hecho de aumentar

las vibraciones aumenta la Ra, mientras que, al trabajar con fuerza menor, aumentar las

vibraciones disminuye la Ra.


81

6.1.2 Rugosidad en dirección perpendicular al bruñido del aluminio


A (%) 3 0; 50; 100

F (N) 2 80; 110

n 2 1; 5



Model 9 0,30616 0,03402 2,98 0,277

Linear 4 0,15160 0,03790 3,32 0,245

A (%) 2 0,06794 0,03397 2,97 0,252

F (N) 1 0,06922 0,06922 6,06 0,133

n 1 0,01444 0,01444 1,26 0,378


A (%)*F (N) 2 0,03567 0,01783 1,56 0,391

A (%)*n 2 0,04765 0,02382 2,08 0,324

F (N)*n 1 0,07125 0,07125 6,23 0,130

Error 2 0,02286 0,01143

Total 11 0,32902

Model Summary


0,106915 93,05% 61,78% 0,00%

Figura 78: Gráfica de residuos para Ra |_ en aluminio


82

Los p-valores elevados y el parámetro R2 poco próximo al 100%, indican que el modelo

lineal no explica el efecto de los parámetros de bruñido. Como las rugosidades han sido

tomadas en la dirección débil del bruñido (dirección perpendicular a la dirección de la

herramienta o del proceso), se ha recogido una serie de datos con gran variabilidad que no

permite explicar el fenómeno de forma unívoca. Quizá con una fuerza más elevada y un

mayor número de pasadas, la superficie final obtenida sería menos irregular y se podrían

encontrar valores uniformes que siguieran un modelo lineal capaz de explicar el efecto de

las variables.

6.1.3 Rugosidad en dirección paralela al bruñido del acero


A (%) 3 0; 50; 100

F (N) 2 110; 220

n 2 1; 5



Model 9 0,000254 0,000028 22,19 0,044

Linear 4 0,000194 0,000048 38,07 0,026

A (%) 2 0,000039 0,000020 15,39 0,061

F (N) 1 0,000025 0,000025 20,00 0,047

n 1 0,000129 0,000129 101,50 0,010


A (%)*F (N) 2 0,000000 0,000000 0,11 0,898

A (%)*n 2 0,000059 0,000029 23,09 0,042

F (N)*n 1 0,000001 0,000001 1,06 0,411

Error 2 0,000003 0,000001

Total 11 0,000257

Model Summary


0,0011279 99,01% 94,55% 64,31%


83

Figura 79: Gráfica de residuos para Ra// en acero

En este caso el valor R2, los p-valores y la distribución normal de los residuos, vuelven a

indicar que el modelo es lineal y se ajusta a los valores tomados. Se establece un nivel de

significancia al 0,1. Se observa interacción entre la amplitud de vibración y el número de

pasadas que confirma el p-valor, así como las gráficas de interacción (Figura 63) A(%)*n vs

Ra//. En éstas últimas se aprecia que para una pasada la Ra es ligeramente menor utilizando

50% de vibraciones mientras que cuando se trabaja con cinco pasadas la Ra es mayor que

si se trabaja con el mismo número de pasadas pero aplicando 0% o 100% de vibraciones.

6.1.4 Rugosidad en dirección perpendicular al bruñido del acero


A (%) 3 0; 50; 100

F (N) 2 120; 220

n 2 1; 5



Model 9 0,183724 0,020414 86,50 0,011

Linear 4 0,179780 0,044945 190,45 0,005


84

A (%) 2 0,025682 0,012841 54,41 0,018

F (N) 1 0,000097 0,000097 0,41 0,587

n 1 0,154001 0,154001 652,56 0,002


A (%)*F (N) 2 0,000185 0,000093 0,39 0,718

A (%)*n 2 0,003735 0,001867 7,91 0,112

F (N)*n 1 0,000024 0,000024 0,10 0,781

Error 2 0,000472 0,000236

Total 11 0,184196

Model Summary


0,0153621 99,74% 98,59% 90,78%

Figura 80: Gráfica de residuos para Ra|_ en acero

El valor R2, los p-valores y la distribución normal de los residuos, vuelven a indicar que el

modelo es lineal y se ajusta a los valores tomados. Se establece un nivel de significancia al

0,1, aunque en este caso el p-valor de la fuerza es el que es significativamente mayor que el

de la amplitud y el número de pasadas. Esto puede deberse a que 120 N de fuerza de

bruñido se produce una deformación tal que consigue una superficie suficientemente regular

en la dirección transversal del bruñido, por lo que al aumentar la fuerza no se ve ningún

cambio en el resultado. No se observa interacción entre las variables de forma estadística ni

gráfica.


85

6.2 Análisis de los resultados de durezas

6.2.1 Análisis de los datos obtenidos para el aluminio

Factor Niveles Valores

A (%) 3 0; 50; 100

F (N) 2 80; 110

n 2 1; 5

Análisis de Varianza

Fuente GL SC Ajust. MC Ajust. Valor F Valor p

Modelo 9 387,748 43,083 2,88 0,284

Lineal 4 323,872 80,968 5,41 0,162

A (%) 2 321,945 160,973 10,76 0,085

F (N) 1 1,763 1,763 0,12 0,764

n 1 0,163 0,163 0,01 0,926

Interacciones de 2 términos 5 63,877 12,775 0,85 0,617

A (%)*F (N) 2 37,322 18,661 1,25 0,445

A (%)*n 2 7,302 3,651 0,24 0,804

F (N)*n 1 19,253 19,253 1,29 0,374

Error 2 29,932 14,966

Total 11 417,680

Resumen del modelo

R-cuad. R-cuad.

S R-cuad. (ajustado) (pred)

3,86857 92,83% 60,59% 0,00%

Figura 81: Gráfica de residuos para HV en aluminio


86

No se observa una relación entre las variables del proceso y la dureza, tal y como los p-

valores muestran. Una explicación posible, podría ser la proximidad de las fuerzas

empleadas, sin embargo, la amplitud, con un nivel de significancia del 0,1, demuestra su

eficacia en el aumento de la dureza. El modelo lineal, por otro lado, no se adapta

correctamente para modelizar los datos ya que el parámetro R2 es muy bajo.

6.2.1 Análisis de los datos obtenidos para el acero


A (%) 3 0; 50; 100

F (N) 2 120; 220

n 2 1; 5



Model 9 20261,6 2251,3 16,25 0,059

Linear 4 19190,2 4797,5 34,64 0,028

A (%) 2 5548,9 2774,5 20,03 0,048

F (N) 1 10578,5 10578,5 76,37 0,013

n 1 3062,7 3062,7 22,11 0,042


A (%)*F (N) 2 316,6 158,3 1,14 0,467

A (%)*n 2 323,2 161,6 1,17 0,462

F (N)*n 1 431,6 431,6 3,12 0,220

Error 2 277,0 138,5

Total 11 20538,6

Model Summary


11,7691 98,65% 92,58% 51,44%


87

Figura 82: Gráfica de residuos para HV en acero

Los parámetros R2 próxima al 100% y p-valores menores al 0,05 indican que las variables se

adaptan bien al modelo lineal, hecho que explica que son estadísticamente significativas, lo

que demuestra que son influyentes en el proceso. A pesar de esto, no se observa ninguna

interacción entre las variables según los p-valores.


88

6.3 Análisis de los resultados de indentaciones

6.3.1 Análisis de los datos obtenidos en el acero

Figura 83: Análisis resultados hh en acero

En la Figura 83 se aprecia una disminución de la altura de la huella cuando se trabaja con

100% de vibraciones en las probetas más blandas (Ac41, Ac23 y Ac71). Las indentaciones

en dichos aceros son más profundas que en el otro acero ya que la dureza es menor y por lo

tanto el indentador penetra mejor en la superficie.

También se puede ver que, en el caso de las probetas de 30CrNiMo8 (Ac31, Ac54 y Ac61)

hay muy poca variación de la altura de la huella con la aplicación de las vibraciones.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 50 100

altu

ra h

h (

µm

)

A (%)

Análisis valores hh en acero

hh Ac23

hh Ac31

hh Ac41

hh Ac54

hh Ac61

hh Ac71


89

Figura 84: Análisis resultados ah en acero

En la Figura 84 se observa una disminución del ancho de la huella al aplicar 100% de

vibraciones en los aceros menos duros (Ac23, Ac71 y Ac41) mientras que al trabajar con las

probetas más duras (Ac31, Ac54 y Ac61) no se ve está disminución del ancho de huella. En

cualquier caso, las variaciones en el ancho de las indentaciones son pequeñas y poco

significativas, no se observa una relación con la amplitud de vibraciones.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 50 100

anch

o a

h (

mm

)

A (%)

Análisis valores ah en acero

ah Ac23

ah Ac31

ah Ac41

ah Ac54

ah Ac61

ah Ac71


90

6.3.2 Análisis de los datos obtenidos en el titanio

Figura 85: Análisis resultados hh en titanio

En la Figura 85 se observa que, independientemente de la fuerza aplicada y del uso o no de

las vibraciones, el hecho de aumentar el número de pasadas aumenta la altura de las

huellas en este material.

Además, también se puede ver que las alturas de huella más grandes corresponden al

proceso sin vibraciones y que al aumentar la fuerza ejercida también es mayor la huella en

el material.

0

2

4

6

8

10

12

1 3 5

altu

ra (

µm

)

n

Análisis resultados hh en titanio

altura hh 0% 450 N

altura hh 100% 450 N

altura hh 100% 300 N


91

Figura 86: Análisis resultados ah en titanio

En la Figura 86 se aprecia un aumento del ancho de huella al aumentar el número de

pasadas. En este caso, el aumento del ancho de huella es mayor al trabajar con vibraciones.

De igual forma, se puede ver que las huellas más anchas corresponden al hecho de realizar

el proceso con una fuerza mayor.

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

1 3 5

anch

o (

mm

)

n

Análisis resultados ah en titanio

ancho ah 0% 450 N

ancho ah 100% 450 N

ancho ah 100% 300 N

Carla Iserte & Aimar Martin Conclusiones 2015/16

92

CAPÍTULO 7:

CONCLUSIONES

1. No se puede decir que el rediseño haya mejorado o empeorado el juego que ya

existía en el prototipo. Sin embargo, el nuevo diseño permite regular la fuerza de

manera más uniforme por las características constructivas de la herramienta.

2. Los valores más bajos de Ra en la dirección del bruñido (Ra//) se obtienen con el uso

combinado de 5 pasadas, amplitud de la vibración al 100% y mayor nivel de fuerza

para el acero inoxidable X2CrNiMo17-12-2 y en el Al 6351. Para este último material,

se observa la singularidad de que la Ra es mayor al aplicar el 50% de amplitud de la

vibración. De esta forma se tienen mejoras de hasta el 70%.

3. El comportamiento de la rugosidad media medida en el sentido perpendicular al

bruñido (Ra_|) es opuesto a la medida en el sentido paralelo. Sin embargo, estos

resultados muestran una mayor variabilidad por no ser la dirección prioritaria del

proceso.

4. La acción de las vibraciones repercute significativamente en ambos materiales

ensayados en cuanto al incremento de la dureza superficial. En el caso del acero

también se observa que el incremento del resto de parámetros da lugar a una dureza

mayor, llegando a una tasa de mejora del 35%. En el caso del aluminio el incremento

de la dureza es estadísticamente menos significativo, por lo que deberían ensayarse

en el futuro un mayor número de niveles de la amplitud de la vibración.

5. El perfil de la huella de indentación efectuada sobre el Ti-6Al-4V adquiere sus

mayores dimensiones al aplicar 450 N de fuerza y efectuar 5 pasadas del proceso.

Sin embargo, la mayor altura de huella se obtiene para el proceso sin vibraciones,

mientras que el mayor ancho se obtiene con el proceso asistido al 100% de amplitud.

Por consiguiente, esta combinación de variables permite bruñir el material a una tasa

de productividad mayor, al reducir el número de pasadas necesarias para cubrir una

misma superficie. El ancho de pasada lateral recomendado para estas condiciones

es de 0,37 mm.

Carla Iserte & Aimar Martin Conclusiones 2015/16

93

6. En el Ti-6Al-4V, un aumento del número de pasadas deriva en una mayor diferencia

de las características topológicas de la huella.

7. Al aumentar la amplitud de la vibración hasta el 100% se observa una disminución

del tamaño de la huella y la altura de los apilamientos en todos los aceros

ensayados. Esto puede deberse al fenómeno de endurecimiento del material, por

efecto de las vibraciones, como se describía en el resultado #4. Así, una mayor

amplitud de las vibraciones parece dar lugar a mejores resultados a nivel de

rugosidad y dureza, pero podría provocar un descenso de la productividad del

proceso.

8. La asistencia del proceso con vibraciones afecta en menor medida a los materiales

más duros, en tanto que generan huellas de indentación de menor tamaño. De

manera análoga, los materiales ensayados, que muestran un comportamiento típico

de materiales de bajo autoendurecimiento en el proceso sin vibraciones o asistido al

50%, evolucionan hacia comportamientos más típicos de materiales duros,

mostrando menores alturas de apilamiento.

9. La altura de huella de mayor valor, en todos los materiales ensayados, se

corresponde a los ensayos con amplitud de vibración al 50% y sin vibraciones. A

partir de este valor se produce un descenso, probablemente provocado, como se ha

descrito, por la oposición del material a ser deformado tras endurecerse por efecto

del bruñido con vibraciones.

Carla Iserte & Aimar Martin Bibliografía 2015/16

94

CAPÍTULO 8:

BIBLIOGRAFÍA 7.1 Referencias bibliográficas

[1] Gómez Gras, G., González Rojas, H.A., Travieso Rodríguez, J.A., Nápoles Alberro, A.E.,

Sánchez Egea, A. J. 2012. Caracterización de la placa de una herramienta de bruñido con

bola asistida por una vibración ultrasónica. Anales de Ingeniería Mecánica: Revista española

de Ingeniería Mecánica; año 18, noviembre 2012 (p. 158). Publicaciones de la Universitat

Jaume I (UJI).

[2] Hassan, Adel Mahmood, and Aiman Sharef Al-Bsharat. "Influence of burnishing process

on surface roughness, hardness, and microstructure of some non-ferrous metals." Wear

199.1 (1996): 1-8.

[3] Singal, R. K., and Mridul Singal. Fundamentals of machining and machine tools. IK

International Pvt Ltd, 2010.

[4] Universidad de Cantabria. Especificación geométrica de productos. Indicación de la

calidad superficial en la documentación técnica de productos. (http://ocw.unican.es/).

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[5] Representación del parámetro Ra. www.sandvik.coromant.com (Consultado en

26/02/2016)

[6] GTM – Grupo tecnología mecánica, procesos de fabricación – rugosidad superficial

http://www3.fi.mdp.edu.ar/tecnologia/archivos/TecFab/10.pdf (Consultado en 28/02/2016)

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superficial en un proceso de torneado sobre aceros de alta resistencia. Prospectiva 12.1

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[8] Moisés Ramón González. Metrología avanzada: Acabados superficiales.

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[9] Universidad del País Vasco – Euskal Herriko Unibertsitate. TEMA 17: Metrología del

acabado superficial. http://www.ehu.eus/manufacturing/docencia/745_ca.pdf (Consultado

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[10] Askeland, D. R. (2001). Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Thomson-Paraninfo.

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introduction (Vol. 7, pp. 665-715). New York: Wiley.

[12] Calvo, F. A. Metalografía práctica. Ed. Alhambra, 1972.

[13] Profesor Rodrigo Rossi. Notas de integridad estructural. http://www.ebah.com.br

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[15] Gómez Gras, D., González Rojas, H. A., Travieso Rodriguez, J. A., Nápoles Alberro, A.,

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asistida por una vibración ultrasónica”. Anales de Ingeniería Mecánica: Revista española de

Ingeniería Mecánica; año 18, noviembre (2012) (p. 158). Publicacions de la Universitat

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combined turning and burnishing operations performed on lathe machine on an aluminium

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[19] Travieso Rodriguez, J. A., Gomez Gras, G., Dessein, G., Carrillo, F., Alexis, J., Jorba

Peiró, J., Aubazac, N. "Effects of a ball-burnishing process assisted by vibrations in G10380

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(2015): 1757-1765.


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[20] Travieso Rodriguez, J. A., Gómez Gras, G., Jorba Peiró, J., Carrillo, F., Dessein, G.,

Alexis, J., González Rojas, H. "Experimental study on the mechanical effects of the vibration-

assisted ball-burnishing process." Materials and Manufacturing Processes 30.12 (2015):

1490-1497.

[21] Gomez Gras, G., Travieso-Rodriguez, J. A., Jerez Mesa, R. "Experimental

Characterization of the Influence of Lateral Pass Width on Results of a Ball Burnishing

Operation." Procedia Engineering 132 (2015): 686-692.

[22] Departamento de CMEM "Determinació de dureses amb un microduròmetre Buehler

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7.2 Bibliografía de consulta

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Ed. Paraninfo. ISBN: 9788428319683

Travieso Rodríguez, J.A., Nápoles Alberro, A. (2011). “Ingeniería de los procesos de

fabricación mediante el arranque de virutas”. Delta Publicaciones. ISBN: 9788492954032

Travieso, J.A., González, H.A., Domínguez, A. 2007. "Estudio del proceso de bruñido con

bola para la mejora de acabado superficial en superficies convexas." XVIII Congreso

Nacional de Ingeniería Mecánica (CNIM) 2010 (Vol. 186, p. 167).

Travieso-Rodríguez, J.A. “Estudio para la mejora del acabado superficial de superficies

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UPC, Barcelona 2010.

Gómez Gras, G. “Estudio del proceso de bruñido con bola asistido por una vibración”. Tesis

doctoral. UPC, Barcelona 2015.


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2012.

Llamazares Navarro, J. "Diseño de la herramienta de bruñido con control de fuerza y presión

hidráulica". Trabajo de final de grado. UPC, Barcelona 2011.

Fabricante del muelle Mefobo. "Catálogo de muelles y resortes 2015 - Anexo matricería."

https://www.steelmefobo.com/muelles-matriceria.html

https://www.steelmefobo.com/muelles-matriceria.html

Planos


DE UNA HERRAMIENTA DE

BRUÑIDO ASISTIDA POR








Departamento de Ingeniería Mecánica (DEM) Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)


ÍNDICE PLANOS

1.1 Tapa superior piezo .............................................................................. 2

1.2 Vástago guía ...................................................................................... 3

1.3 Envolvente ......................................................................................... 4

1.4 Muelle ............................................................................................... 5

1.5 Tuerca apriete ..................................................................................... 6

1.6 Ensamblaje módulo regulación fuerza ........................................................ 7


1

En este documento se recogen (Tabla 1) los planos de fabricación y el ensamblaje del

módulo de regulación de fuerza de la herramienta de bruñido objeto de estudio.

Estos planos son el resultado del rediseño de dicho módulo a partir de los datos obtenidos

del análisis de la herramienta durante el proceso de bruñido.

Número Nombre Formato Escala

1/6 Tapa superior piezo A4 2:1

2/6 Vástago guía A4 2:1

3/6 Envolvente A4 1:1

4/6 Muelle A4 2:1

5/6 Tuerca apriete A4 2:1

6/6 Ensamblaje módulo regulación fuerza A4 1:2

Tabla 1: Resumen planos

40

31

GG

20 g6 --0,0070,020

M3

2 X 45°

6

2

M4

5

10 H7 + 0,0150

1 X 45° 2

2

17

R1

21

SECCIÓN G-GESCALA 2 : 1

0,8

C

D

E

B

F

A

23 14

C

F

E

A

B

D

2 14 3

±0º30'±1º±0,3±0,2±0,1

10÷50<1030÷1206÷300,5÷6

Tolerancias según norma ISO 2768Comentario

Tolerancia

Medida

Tolerancias generales de fabricación

Dibujado:

1/6Núm. plano

Curso: 15-16

EUETIB - UPC Mecánica

Aimar Martin Rubio

Tapa superior piezoPuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido

asistida por vibraciones ultrasónicas

Escala2:1

Revisado:

Material: C45E

23/04/2016

Formato: A4

Ramón Jerez Mesa

18/04/2016

77

10 g6 --0,0050,014

10

M10

6,3

0

0,8

3

6,5

0

Matar aristas

C

D

E

B

F

A

23 14

C

F

E

A

B

D

2 14 3

±0º30'±1º±0,3±0,2±0,1

10÷50<1030÷1206÷300,5÷6


Tolerancia

Medida


Dibujado:

2/6Núm. plano

Curso: 15-16


Aimar Martin Rubio

Vástago guíaPuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido


Escala2:1

Revisado:

Material: C45E

23/04/2016

Formato: A4

Ramón Jerez Mesa

18/04/2016

25

EE 5

5 3

1

20 H7 + 0,0210

10 H8 + 0,0220

SECCIÓN E-EESCALA 1 : 1

0.5

0.2 A

A

C

D

E

B

F

A

23 14

C

F

E

A

B

D

2 14 3

±0º30'±1º±0,3±0,2±0,1

10÷50<1030÷1206÷300,5÷6


Tolerancia

Medida


Dibujado:

3/6Núm. plano

Curso: 15-16


Aimar Martin Rubio

EnvolventePuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido


Escala1:1

Revisado:

Material: C45E

23/04/2016

Formato: A4

Ramón Jerez Mesa

18/04/2016

BB

25,

30

10

18,20

4,10

2,4

0

R0,50 SECCIÓN B-B

Según norma: Sistema americano adaptado ISO 10243

DATOSnº total espiras 6

longitud 25 mm

C

D

E

B

F

A

23 14

C

F

E

A

B

D

2 14 3

±0º30'±1º±0,3±0,2±0,1

10÷50<1030÷1206÷300,5÷6


Tolerancia

Medida


Dibujado:

4/6Núm. plano

Curso: 15-16


Aimar Martin Rubio

MuellePuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido


Escala2:1

Revisado:

Material:

24/04/2016

Formato: A4

Ramón Jerez Mesa

19/04/2016

Acero cromo vanadio trefilado 52 Si Cr Ni 5

17

M10

18,9

8

M3

Modificación de Tuerca DIN 934 A2

C

D

E

B

F

A

23 14

C

F

E

A

B

D

2 14 3

±0º30'±1º±0,3±0,2±0,1

10÷50<1030÷1206÷300,5÷6


Tolerancia

Medida


Dibujado:

5/6Núm. plano

Curso: 15-16


Aimar Martin Rubio

Tuerca aprietePuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido


Escala2:1

Revisado:

Material: DIN 934 A2

25/04/2016

Formato: A4

Ramón Jerez Mesa

20/04/2016

6

2

4 3

1

5

7

N.º Nombre pieza CANT.1 tapa superior piezo 1

2 vástago guía 1

3 envolvente 1

4 muelle 1

5 prisionero cónico [M3 x 10 DIN 914] 16 tuerca apriete [M10 DIN 934 modificada] 1

7 prisionero [M3 x 5 DIN 913] 1

C

D

E

B

F

A

23 14

C

F

E

A

B

D

2 14 3

±0º30'±1º±0,3±0,2±0,1

10÷50<1030÷1206÷300,5÷6


Tolerancia

Medida


Dibujado:

6/6Núm. plano

Curso: 15-16


Aimar Martin Rubio

Ensamblaje módulo regulación fuerzaPuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido


Escala1:2

Revisado:

Material:

25/04/2016Ramón Jerez Mesa

20/04/2016

Formato: A4

Presupuesto













ÍNDICE PRESUPUESTO

CAPÍTULO 1: COSTES DIRECTOS ................................................................ 1

1.1 Mano de obra ...................................................................................... 1

1.2 Coste material ensayado ........................................................................ 2

1.3 Coste material rediseño de la herramienta ................................................... 3

1.4 Coste de fabricación y de máquinas de laboratorio ......................................... 3

CAPÍTULO 2: COSTES INDIRECTOS ............................................................. 6

2.1 Licencias software ................................................................................ 6

CAPÍTULO 3: COSTES TOTALES ................................................................. 7


1

CAPÍTULO 1:

COSTES DIRECTOS

1.1 Mano de obra

Estimando el coste por hora de un ingeniero en 65 euros, considerando 600 horas

empleadas por los autores del presente proyecto y teniendo en cuenta las pertinentes

deducciones, se tienen:

1. Cotización contingencias comunes: 4,70%

2. Cotización formación: 0,10%

3. Cotización desempleo: 1,55%

4. Tributación IRPF: 14%

Por lo que el líquido a percibir queda en: 51,77 €/h

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒𝑠 𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛𝑖𝑒𝑟í𝑎 = 2 · 51,77€

ℎ· 600ℎ = 62124€

Si se considera únicamente el coste del doctor (tutor) del proyecto y no se tienen en cuenta

las horas de dedicación de todos los otros docentes que han ayudado en la realización del

proyecto, estimando el coste por hora de un Doctor en 90 euros, considerando que ha

empleado 150 horas y teniendo en cuenta las pertinentes deducciones, se tienen:





Por lo que el líquido a percibir queda en: 71,69 €/h


2

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑜𝑐𝑡𝑜𝑟 = 71,69€

ℎ· 150ℎ = 10752,75€

Teniendo en cuenta que se ha necesitado un operario de taller, cuyo salario base se estima

en 45€/h, para el mecanizado de probetas, el pulido e inspección metalográfica, medición de

durezas y rugosidades y teniendo en cuenta las deducciones, se tiene que:





Con lo que el líquido a percibir por hora será: 39,89€/h. Estimando necesarias 200h.

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑙𝑙𝑒𝑟 = 39,89€

ℎ· 200ℎ = 7978€

El coste total en mano de obra resulta:

𝐶 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑏𝑟𝑎 = 62124 € + 10752,75 € + 7978 € = 80854,75 € (1)

1.2 Coste material ensayado

X2CrNiMo17-12-2: 800g

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 = 9,95€

𝑘𝑔· 0,8 𝑘𝑔 = 7,96 €

C45E: 150g

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 = 5,25 €

𝑘𝑔· 0,150 𝑘𝑔 = 0,66 €

X5CrNi18-10: 400g


3

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 = 6,75€

𝑘𝑔· 0,4 𝑘𝑔 = 2,7 €

30CrNiMo8: 250

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 = 5,55€

𝑘𝑔· 0,250 𝑘𝑔 = 1,39 €

Aluminio 6351: 500g

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 = 12,60€

𝑘𝑔· 0,5 𝑘𝑔 = 6,30 €

Titanio Ti-6Al-4V: 800g

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 = 24,15€

𝑘𝑔· 0,8 𝑘𝑔 = 19,32 €

𝐶 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑎𝑑𝑜 = 7,96€ + 0,66€ + 2,7€ + 1,39€ + 6,3€ + 19,32€ = 38,33 € (2)

1.3 Coste material rediseño de la herramienta

C45E: 1000g

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 = 5,25 €

𝑘𝑔· 1 𝑘𝑔 = 5,25 €

Muelle: 1,5€ Tuerca y prisioneros: 0,5€

𝐶 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 ℎ𝑒𝑟𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎 = 5,25€ + 1,5€ + 0,5€ = 7,25 € (3)

1.4 Coste de fabricación y de máquinas de laboratorio

Se estima el coste horario de la máquina de control numérico en 60€ -amortización,

herramienta de corte, mantenimiento periódico y consumo energético-. El tiempo total de

mecanizado, bruñido y realización de las indentaciones se estima en 15h. De esta forma se

tiene que:


4

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 = 60€

ℎ· 15ℎ = 900 €

En cuanto al uso de la maquinaria destinada a la caracterización del material, pulidora,

microscopio, durómetro y rugosímetro, se tienen los siguientes costes

Coste horario de la pulidora de 35€ -amortización, mantenimiento y consumo eléctrico

(despreciando consumo de agua)-. Tiempo total de pulido estimado en 90h, por lo que:

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑢𝑙𝑖𝑑𝑜𝑟𝑎 = 35€

ℎ· 90ℎ = 3150 €

El consumo de agua en la pulidora se calcula conociendo el caudal, que es de 100 ml/7s,

por lo que, considerando un coste por metro cúbico de 1,33€ y un uso de 80h, se tiene que:

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 100 𝑚𝑙

7 𝑠·

60 𝑠

1 𝑚𝑖𝑛·

60 𝑚𝑖𝑛

1 ℎ·

1 𝑚3

1 · 106 𝑚𝑙= 0,36

𝑚3

ℎ €

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑝𝑢𝑙𝑖𝑑𝑜𝑟𝑎 = 1,33€

𝑚3·

0,36 𝑚3

ℎ· 80ℎ = 38,30 €

El consumo de los fungibles utilizados en el pulido -papel de pulir, suspensión de diamante,

etc-. Se valora en un total de 25€.

Coste horario del durómetro (valorado en 12000€) de 40€ -amortización, mantenimiento y

consumo eléctrico-. Tiempo total de utilización del durómetro estimado en 40h, por lo que:

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑢𝑟ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 40€

ℎ· 40ℎ = 1600 €

Coste horario del microscopio y de la cámara (valorados en un total de 800€) de 20€ -

amortización, mantenimiento y consumo eléctrico-. Tiempo total de utilización del

microscopio estimado en 10h, por lo que:

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑠𝑐𝑜𝑝𝑖𝑜 = 20€

ℎ· 10ℎ = 200 €

Coste horario del rugosímetro (valorado en 2500€) de 5€ -amortización, mantenimiento y

consumo eléctrico-. Tiempo total de utilización del microscopio estimado en 45h, por lo que:

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑔𝑜𝑠í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 5€

ℎ· 45ℎ = 225 €


5

Finalmente, el coste de la medición de la perfilometría de las indentaciones, que se llevó a

cabo en 2 horas, se estima en 400€.

De esta forma se tiene que los costes totales son:

𝐶 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑓𝑎𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑦 𝑚á𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜 = 900 + 3150 + 38,30 + 25 + 1600 + 200 +

225 + 400 = 6538,3€ (4)

Por lo que los costes directos resultan:

𝐶𝑂𝑆𝑇𝐸𝑆 𝐷𝐼𝑅𝐸𝐶𝑇𝑂𝑆 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝐸𝑆 = 80854,75 + 38,33 + 7,25 + 6538,3€ = 87438,63 €


6

CAPÍTULO 2:

COSTES INDIRECTOS

2.1 Licencias software

Para llevar a cabo este trabajo se han usado una serie de programas informáticos, los

cuales tienen licencias de uso de pago, las que se resumen en:

𝐿𝑖𝑐𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 𝑜𝑓𝑓𝑖𝑐𝑒 = 100€

𝐿𝑖𝑐𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝑖𝑛𝑖𝑡𝑎𝑏 = 1250€

𝐿𝑖𝑐𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑤𝑜𝑟𝑘𝑠 2016 = 8500€

𝐿𝑖𝑐𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝑎𝑡𝑙𝑎𝑏 𝑅2014𝑏 = 6000€

*No se consideran los costes generales de consumo energético, así como del espacio o

local donde se desarrolla el proyecto.

Por lo que, el total de costes indirectos resulta:

𝐶𝑂𝑆𝑇𝐸𝑆 𝐼𝑁𝐷𝐼𝑅𝐸𝐶𝑇𝑂𝑆 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝐸𝑆 = 100 + 1250 + 8500 + 6000€ = 15850 €


7

CAPÍTULO 3:

COSTES TOTALES

Teniendo en cuenta los costes detallados con anterioridad, se resuelve que la realización del

presente proyecto asciendo a un total de:

𝐶𝑂𝑆𝑇𝐸𝑆 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿𝐸𝑆 = 87438,63 € + 15850 € = 103288,63 €

Ciento tres mil doscientos ochenta y ocho euros con sesenta y tres céntimos

Anexos













ÍNDICE ANEXOS

CAPÍTULO 1: CALIBRACIÓN DE LA HERRAMIENTA ......................................... 1

CAPÍTULO 2: PROGRAMAS CNC ................................................................. 2

2.1 Programa indentaciones aceros ................................................................ 2

2.2 Programa indentaciones titanio ................................................................. 3

2.3 Programa bruñido acero ......................................................................... 4

2.4 Programa bruñido aluminio ..................................................................... 8

CAPÍTULO 3: RESULTADOS RUGOSIDADES ................................................ 12

CAPÍTULO 4: RESULTADOS DUREZAS ....................................................... 14

4.1 Probetas indentaciones ........................................................................ 14

4.2 Probeta bruñida aluminio ...................................................................... 21

4.3 Probeta bruñida acero ......................................................................... 33

CAPÍTULO 5: DATOS MATLAB .................................................................. 47

4.1 Prototipo B10PZ40k11 ......................................................................... 47

4.2 Herramienta B10PZ40k84 ..................................................................... 49

CAPÍTULO 6: FICHAS DE MATERIAL DE LA HERRAMIENTA ............................ 52

5.1 Latón .............................................................................................. 52

5.2 Acero .............................................................................................. 53

5.3 Muelle ............................................................................................. 54

CAPÍTULO 7: MATERIAL INFORMÁTICO ...................................................... 55


1

CAPÍTULO 1:

CALIBRACIÓN DE LA HERRAMIENTA

Antes de empezar con los procesos de bruñido e indentaciones fue necesaria la calibración

de la herramienta (Figura 1) para conocer la fuerza ejercida a partir de la compresión del

muelle (Tabla 1).

Figura 1: Recta de calibración de la herramienta

v=5mm/min

k 84,16

F0 61,12

𝛥𝑥 (𝑚𝑚) = (𝐹 − 𝐹0)/𝑘

Titanio

F (N) 350,000

Δx (mm) 3,432

F (N) 250,000

Δx (mm) 2,244

Aceros

F (N) 220,000

Δx (mm) 1,888

F (N) 120,000

Δx (mm) 0,700

Aluminio

F (N) 110,000

Δx (mm) 0,581

F (N) 80,000

Δx (mm) 0,224

Tabla 1: Equivalencia de fuerza (N) y compresión del muelle (mm)

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Recta de calibraciónF(N) / t(s)


2

CAPÍTULO 2:

PROGRAMAS CNC

Los programas de control numérico se han utilizado para las indentaciones y el bruñido en la

fresadora Lagun. Para llevar a cabo el programa, se ha utilizado código Fagor 8055.

2.1 Programa indentaciones aceros

;TFG Aimar Martin & Carla Iserte

;Tutor Ramon Jerez

;Indentaciones probetas acero y acero inox

;Muelle K=84 F=220N

G55 ; Definir Origen en centro de probeta cilindrica, diametro 27

G196 F100

G90

G05

G00 X0 Y0

G01 Z10

G01 X-10 Y-15

G01 Z-1.888

G01 X10 Y-15

; Primera linea terminada - CAMBIAR VIBRACION

M0

G01 Z10

G01 X18.70 Y-5.13

G01 Z-1.888

G01 X8.70 Y17.33

; Segunda linea terminada - CAMBIAR VIBRACION

M0

G01 Z10

G01 X-8.70 Y17.33

G01 Z-1.888

G01 X-18.70 Y-5.13

; Tercera linea terminada - CAMBIAR VIBRACION

M0

G01 G90 Z10

M30


3

2.2 Programa indentaciones titanio

;TFG Aimar Martin & Carla

Iserte

;Tutor Ramon Jerez

;Indentaciones titanio

;Muelle K=84 F=350N -> Z-3.432

F=250N -> Z-2.244

G55 ; Definir Origen en centro

de probeta cilindrica, diametro

54

G196 F100

G90

G05

G00 X0 Y0

G01 Z10

M0

; Vibracion 50%

G01 X-13.5 Y17

G01 Z-3.432

G01 X-13.5 Y2

G01 Z10

; Primera linea terminada

G01 X-4.5 Y17

G01 Z-3.432

G01 X-4.5 Y2

G01 X-4.5 Y17

G01 X-4.5 Y2

G01 X-4.5 Y17

G01 X-4.5 Y2

G01 Z10

; Segunda linea terminada

G01 X4.5 Y17

G01 Z-2.244

G01 X4.5 Y2

G01 Z10

; Tercera linea terminada

G01 X13.5 Y17

G01 Z-2.244

G01 X13.5 Y2

G01 X13.5 Y17

G01 X13.5 Y2

G01 X13.5 Y17

G01 X13.5 Y2

G01 Z10

; Cuarta linea terminada

M0

; Cambio de vibracion 100%

G01 X-13.5 Y-2

G01 Z-3.432

G01 X-13.5 Y-17

G01 Z10

; Quinta linea terminada

G01 X-4.5 Y-2

G01 Z-3.432

G01 X-4.5 Y-17

G01 X-4.5 Y-2

G01 X-4.5 Y-17

G01 X-4.5 Y-2

G01 X-4.5 Y-17

G01 Z10

; Sexta linea terminada

G01 X4.5 Y-2

G01 Z-2.244

G01 X4.5 Y-17

G01 Z10

; Septima linea terminada

G01 X13.5 Y-2

G01 Z-2.244

G01 X13.5 Y-17

G01 X-4.5 Y-2

G01 X-4.5 Y-17

G01 X-4.5 Y-2

G01 X-4.5 Y-17

G01 Z10

; Octava linea terminada

M0

; Cambio de vibracion 0%

G01 X-21.5 Y7.5

G01 Z-3.432

G01 X-21.5 Y-7.5

G01 Z10

; Novena linea terminada

G01 X21.5 Y7.5

G01 Z-3.432

G01 X21.5 Y-7.5

G01 X21.5 Y7.5

G01 X21.5 Y-7.5

G01 X21.5 Y7.5

G01 X21.5 Y-7.5

G01 Z10

; Decima linea terminada

G01 X-7.5 Y22

G01 Z-2.244

G01 X7.5 Y22

G01 Z10

; Undecima linea terminada

G01 X-7.5 Y-22

G01 Z-2.244

G01 X7.5 Y-22

G01 X-7.5 Y-22

G01 X7.5 Y-22

G01 X-7.5 Y-22

G01 X7.5 Y-22

G01 Z10


4

; Duodecima linea terminada

M30

2.3 Programa bruñido acero


Iserte

;Tutor Ramon Jerez

;Indentaciones probetas grandes

100x75 acero

;Muelle K=87 F=120N -> Z-0.700

y F=220 -> Z-1.888

;n1=1 n2=5

;Paso = 0,30 mm

G55 ; Definir Origen en esquina

sup izq

G196 F100

G90

G05

G00 X0 Y0

G01 Z10

; Primera linea - VIBRACIONES

0%

G01 X10 Y-10

G01 Z-0.700

N10: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N20 X0.30

[L#20]

#RPT[N10,[L#20],16]

G01 G90 Z10

; Primer cuadrado terminado

G01 X30

G01 Z-0.700

N30: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N40 X0.30

[L#40]

#RPT[N30,[L#40],16]

; Primera pasada del segundo

cuadrado

G01 X-0.15

N50: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N60 X-0.30

[L#60]

#RPT[N50,[L#60],16]

; Segunda pasada del segundo

cuadrado

G01 X0.15

N70: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N80 X0.30

[L#80]

#RPT[N70,[L#80],16]

; Tercera pasada del segundo

cuadrado

G01 X-0.15

N90: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N100 X-0.30

[L#100]

#RPT[N90,[L#100],16]

; Cuarta pasada del segundo

cuadrado

G01 X0.15

N110: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N120 X0.30

[L#120]

#RPT[N110,[L#120],16]

G01 G90 Z10

; Quinta pasada del segundo

cuadrado

; Segundo cuadrado terminado

G01 X50

G01 Z-1.888

N130: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N140 X0.30

[L#140]

#RPT[N130,[L#140],16]

G01 G90 Z10

; Tercero cuadrado terminado


5

G01 X70

G01 Z-1.888

N150: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N160 X0.30

[L#160]

#RPT[N150,[L#160],16]

; Primera pasada del cuarto

cuadrado

G01 X-0.15

N170: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N180 X-0.30

[L#180]

#RPT[N170,[L#180],16]

; Segunda pasada del cuarto

cuadrado

G01 X0.15

N190: G91 G01 X0 Y-10 F00

X0.30 Y0

X0 Y10

N200 X0.30

[L#200]

#RPT[N190,[L#200],16]

; Tercera pasada del cuarto

cuadrado

G01 X-0.15

N210: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N220 X-0.30

[L#220]

#RPT[N210,[L#220],16]

; Cuarta pasada del cuarto

cuadrado

G01 X0.15

N230: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N240 X0.30

[L#240]

#RPT[N230,[L#240],16]

G01 G90 Z10

; Quinta pasada del cuarto

cuadrado

; Cuarto cuadrado terminado

M0

; Segunda linea - CAMBIO

VIBRACIONES 50%

G01 X10 Y-30

G01 Z-0.700

N250: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N260 X0.30

[L#260]

#RPT[N250,[L#260],16]

G01 G90 Z10


G01 X30

G01 Z-0.700

N270: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N280 X0.30

[L#280]

#RPT[N270,[L#280],16]


cuadrado

G01 X-0.15

N290: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N300 X-0.30

[L#300]

#RPT[N290,[L#300],16]


cuadrado

G01 X0.15

N310: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N320 X0.30

[L#320]

#RPT[N310,[L#320],16]


cuadrado

G01 X-0.15

N330: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N340 X-0.30

[L#340]

#RPT[N330,[L#340],16]


cuadrado


6

G01 X0.15

N350: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N360 X0.30

[L#360]

#RPT[N350,[L#360],16]

G01 G90 Z10


cuadrado


G01 X50

G01 Z-1.888

N370: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N380 X0.30

[L#380]

#RPT[N370,[L#380],16]

G01 G90 Z10


G01 X70

G01 Z-1.888

N390: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N400 X0.30

[L#400]

#RPT[N390,[L#400],16]


cuadrado

G01 X-0.15

N410: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N420 X-0.30

[L#420]

#RPT[N410,[L#420],16]


cuadrado

G01 X0.15

N430: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N440 X0.30

[L#440]

#RPT[N430,[L#440],16]


cuadrado

G01 X-0.15

N450: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N460 X-0.30

[L#460]

#RPT[N450,[L#460],16]


cuadrado

G01 X0.15

N470: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N480 X0.30

[L#480]

#RPT[N470,[L#480],16]

G01 G90 Z10


cuadrado


M0

; Tercera linea - CAMBIO

VIBRACIONES 100%

G01 X10 Y-50

G01 Z-0.700

N490: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N500 X0.30

[L#500]

#RPT[N490,[L#500],16]

G01 G90 Z10


G01 X30

G01 Z-0.700

N510: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N520 X0.30

[L#520]

#RPT[N510,[L#520],16]


cuadrado

G01 X-0.15

N530: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N540 X-0.30

[L#540]


7

#RPT[N530,[L#540],16]


cuadrado

G01 X0.15

N550: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N560 X0.30

[L#560]

#RPT[N550,[L#560],16]


cuadrado

G01 X-0.15

N570: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N580 X-0.30

[L#580]

#RPT[N570,[L#580],16]


cuadrado

G01 X0.15

N590: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N600 X0.30

[L#600]

#RPT[N590,[L#600],16]

G01 G90 Z10


cuadrado


G01 X50

G01 Z-1.888

N610: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N620 X0.30

[L#620]

#RPT[N610,[L#620],16]

G01 G90 Z10


G01 X70

G01 Z-1.888

N630: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N640 X0.30

[L#640]

#RPT[N630,[L#640],16]


cuadrado

G01 X-0.15

N650: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N660 X-0.30

[L#660]

#RPT[N650,[L#660],16]


cuadrado

G01 X0.15

N670: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N680 X0.30

[L#680]

#RPT[N670,[L#680],16]


cuadrado

G01 X-0.15

N690: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.30 Y0

X0 Y10

N700 X-0.30

[L#700]

#RPT[N690,[L#700],16]


cuadrado

G01 X0.15

N710: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.30 Y0

X0 Y10

N720 X0.30

[L#720]

#RPT[N710,[L#720],16]

G01 G90 Z10


cuadrado


M30


8

2.4 Programa bruñido aluminio


Iserte

;Tutor Ramon Jerez

;Indentaciones probetas grandes

100x75 aluminio

;Muelle K=87 F=80N -> Z-0.224 y

F=1100 -> Z-0.581

;n1=1 n2=5

;Paso = 0,25 mm

G55 ; Definir Origen en esquina

sup izq

G196 F100

G90

G05

G00 X0 Y0

G01 Z10

; Primera linea - VIBRACIONES

0%

G01 X10 Y-10

G01 Z-0.224

N10: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N20 X0.25

[L#20]

#RPT[N10,[L#20],19]

G01 G90 Z10


G01 X30

G01 Z-0.224

N30: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N40 X0.25

[L#40]

#RPT[N30,[L#40],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N50: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N60 X-0.25

[L#60]

#RPT[N50,[L#60],19]


cuadrado

G01 X0.125

N70: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N80 X0.25

[L#80]

#RPT[N70,[L#80],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N90: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N100 X-0.25

[L#100]

#RPT[N90,[L#100],19]


cuadrado

G01 X0.125

N110: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N120 X0.25

[L#120]

#RPT[N110,[L#120],19]

G01 G90 Z10


cuadrado


G01 X50

G01 Z-0.581

N130: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N140 X0.25

[L#140]

#RPT[N130,[L#140],19]

G01 G90 Z10


G01 X70

G01 Z-0.581

N150: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N160 X0.25

[L#160]

#RPT[N150,[L#160],19]


9


cuadrado

G01 X-0.125

N170: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N180 X-0.25

[L#180]

#RPT[N170,[L#180],19]


cuadrado

G01 X0.125

N190: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N200 X0.25

[L#200]

#RPT[N190,[L#200],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N210: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N220 X-0.25

[L#220]

#RPT[N210,[L#220],19]


cuadrado

G01 X0.125

N230: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N240 X0.25

[L#240]

#RPT[N230,[L#240],19]

G01 G90 Z10


cuadrado


M0

; Segunda linea - CAMBIO

VIBRACIONES 50%

G01 X24.5 Y-30

G01 Z-0.224

N250: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N260 X0.25

[L#260]

#RPT[N250,[L#260],19]

G01 G90 Z10


G01 X38.5

G01 Z-0.224

N270: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N280 X0.25

[L#280]

#RPT[N270,[L#280],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N290: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N300 X-0.25

[L#300]

#RPT[N290,[L#300],19]


cuadrado

G01 X0.125

N310: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N320 X0.25

[L#320]

#RPT[N310,[L#320],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N330: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N340 X-0.25

[L#340]

#RPT[N330,[L#340],19]


cuadrado

G01 X0.125

N350: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N360 X0.25

[L#360]

#RPT[N350,[L#360],19]

G01 G90 Z10


10


cuadrado


G01 X52.5

G01 Z-0.581

N370: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N380 X0.25

[L#380]

#RPT[N370,[L#380],19]

G01 G90 Z10


G01 X66.5

G01 Z-0.581

N390: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N400 X0.25

[L#400]

#RPT[N390,[L#400],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N410: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N420 X-0.25

[L#420]

#RPT[N410,[L#420],19]


cuadrado

G01 X0.125

N430: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N440 X0.25

[L#440]

#RPT[N430,[L#440],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N450: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N460 X-0.25

[L#460]

#RPT[N450,[L#460],19]


cuadrado

G01 X0.125

N470: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N480 X0.25

[L#480]

#RPT[N470,[L#480],19]

G01 G90 Z10


cuadrado


M0

; Tercera linea - CAMBIO

VIBRACIONES 100%

G01 X10 Y-50

G01 Z-0.224

N490: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N500 X0.25

[L#500]

#RPT[N490,[L#500],19]

G01 G90 Z10


G01 X30

G01 Z-0.224

N510: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N520 X0.25

[L#520]

#RPT[N510,[L#520],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N530: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N540 X-0.25

[L#540]

#RPT[N530,[L#540],19]


cuadrado

G01 X0.125

N550: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N560 X0.25


11

[L#560]

#RPT[N550,[L#560],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N570: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N580 X-0.25

[L#580]

#RPT[N570,[L#580],19]


cuadrado

G01 X0.125

N590: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N600 X0.25

[L#600]

#RPT[N590,[L#600],19]

G01 G90 Z10


cuadrado


G01 X50

G01 Z-0.581

N610: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N620 X0.25

[L#620]

#RPT[N610,[L#620],19]

G01 G90 Z10


G01 X70

G01 Z-0.581

N630: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N640 X0.25

[L#640]

#RPT[N630,[L#640],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N650: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N660 X-0.25

[L#660]

#RPT[N650,[L#660],19]


cuadrado

G01 X0.125

N670: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N680 X0.25

[L#680]

#RPT[N670,[L#680],19]


cuadrado

G01 X-0.125

N690: G91 G01 X0 Y-10 F600

X-0.25 Y0

X0 Y10

N700 X-0.25

[L#700]

#RPT[N690,[L#700],19]


cuadrado

G01 X0.125

N710: G91 G01 X0 Y-10 F600

X0.25 Y0

X0 Y10

N720 X0.25

[L#720]

#RPT[N710,[L#720],19]

G01 G90 Z10


cuadrado


M30


12

CAPÍTULO 3:

RESULTADOS RUGOSIDADES

A continuación, se presenta una tabla con las rugosidades medidas en las probetas

bruñidas, así como las gráficas extraídas al analizar dichos valores.

Se ha tomado valores de rugosidad en dirección paralela y perpendicular a la dirección de

fresado y de bruñido.

Muestra Valores de Rugosidad Valores de Rugosidad Media (μm) Error % Parámetro

Al21 0,70 0,63 0,69 0,95 0,88 0,72 0,73 0,61 0,82 0,79 0,75 0,65 Ra _/ fresado

Al21 0,41 0,55 0,43 0,53 0,42 0,52 0,53 0,49 0,52 0,53 0,49 0,57 Ra // fresado

Al21_1 0,93 0,98 0,88 0,88 0,92 0,85 0,85 0,80 0,90 0,71 0,87 0,60 Ra _/ bruñido

Al21_2 0,95 0,86 0,86 0,80 0,83 0,75 0,96 0,82 0,78 0,74 0,84 0,60 Ra _/ bruñido

Al21_3 0,75 0,84 0,93 1,06 0,92 0,95 0,97 0,85 1,06 1,01 0,93 0,64 Ra _/ bruñido

Al21_4 1,01 1,04 1,09 1,01 1,10 1,15 0,99 1,03 1,05 1,17 1,06 0,58 Ra _/ bruñido

Al21_5 0,70 0,92 0,99 0,97 0,66 0,89 0,86 0,98 0,99 0,84 0,88 0,66 Ra _/ bruñido

Al21_6 0,57 0,88 0,80 0,74 0,81 0,76 0,68 0,67 0,79 0,63 0,73 0,63 Ra _/ bruñido

Al21_7 0,92 1,05 0,97 1,07 0,96 1,00 0,88 0,86 0,93 0,91 0,96 0,59 Ra _/ bruñido

Al21_8 0,74 1,03 1,11 1,17 1,16 0,92 0,88 1,13 0,96 0,95 1,01 0,69 Ra _/ bruñido

Al21_9 0,90 0,81 0,68 0,72 0,98 0,74 0,95 0,99 0,90 0,92 0,86 0,65 Ra _/ bruñido

Al21_10 0,93 0,89 0,85 0,90 0,83 0,82 0,78 0,98 0,84 0,91 0,87 0,58 Ra _/ bruñido

Al21_11 0,76 1,07 0,83 0,94 0,82 1,06 1,01 1,04 0,96 1,07 0,96 0,66 Ra _/ bruñido

Al21_12 1,07 1,27 1,72 1,54 1,54 1,46 1,55 1,48 1,40 1,46 1,45 0,74 Ra _/ bruñido

Al21_1 0,32 0,27 0,16 0,23 0,28 0,28 0,22 0,17 0,21 0,24 0,24 0,57 Ra // bruñido

Al21_2 0,21 0,22 0,14 0,16 0,15 0,18 0,12 0,10 0,16 0,19 0,16 0,55 Ra // bruñido

Al21_3 0,12 0,27 0,35 0,24 0,21 0,23 0,20 0,21 0,20 0,14 0,22 0,59 Ra // bruñido

Al21_4 0,17 0,23 0,20 0,19 0,20 0,24 0,12 0,16 0,21 0,18 0,19 0,55 Ra // bruñido

Al21_5 0,24 0,25 0,18 0,13 0,21 0,25 0,12 0,13 0,17 0,28 0,20 0,58 Ra // bruñido

Al21_6 0,24 0,20 0,23 0,19 0,16 0,20 0,21 0,25 0,22 0,21 0,21 0,54 Ra // bruñido

Al21_7 0,23 0,21 0,10 0,17 0,22 0,24 0,23 0,16 0,20 0,18 0,19 0,56 Ra // bruñido

Al21_8 0,24 0,16 0,16 0,24 0,21 0,18 0,17 0,15 0,19 0,18 0,19 0,54 Ra // bruñido

Al21_9 0,17 0,19 0,17 0,22 0,26 0,19 0,15 0,25 0,15 0,15 0,19 0,56 Ra // bruñido

Al21_10 0,18 0,17 0,13 0,22 0,18 0,17 0,16 0,14 0,18 0,12 0,17 0,54 Ra // bruñido

Al21_11 0,28 0,24 0,29 0,20 0,24 0,21 0,27 0,26 0,21 0,19 0,24 0,55 Ra // bruñido

Al21_12 0,15 0,21 0,21 0,23 0,23 0,24 0,29 0,19 0,17 0,23 0,22 0,55 Ra // bruñido

Tabla 2: Valores de rugosidad en aluminio


13

Ac12 0,12 0,08 0,10 0,07 0,10 0,11 0,11 0,07 0,07 0,13 0,10 0,53 Ra _/ fresado

Ac12 0,05 0,05 0,05 0,04 0,06 0,06 0,04 0,06 0,04 0,05 0,05 0,51 Ra // fresado

Ac12_1 0,82 0,81 0,78 0,84 0,83 0,86 0,85 0,81 0,78 0,84 0,82 0,54 Ra _/ bruñido

Ac12_2 0,68 0,66 0,65 0,64 0,68 0,69 0,67 0,66 0,71 0,70 0,67 0,53 Ra _/ bruñido

Ac12_3 0,85 0,84 0,86 0,85 0,89 0,87 0,87 0,85 0,86 0,88 0,86 0,52 Ra _/ bruñido

Ac12_4 0,64 0,60 0,67 0,69 0,67 0,68 0,62 0,71 0,68 0,58 0,65 0,56 Ra _/ bruñido

Ac12_5 0,85 0,93 0,92 0,96 1,01 0,93 0,96 0,95 0,98 0,93 0,94 0,56 Ra _/ bruñido

Ac12_6 0,75 0,69 0,61 0,64 0,67 0,64 0,64 0,66 0,62 0,70 0,66 0,56 Ra _/ bruñido

Ac12_7 0,99 0,90 0,97 0,96 1,07 0,87 1,07 0,94 0,92 0,88 0,96 0,60 Ra _/ bruñido

Ac12_8 0,82 0,69 0,77 0,76 0,65 0,71 0,74 0,74 0,69 0,74 0,73 0,57 Ra _/ bruñido

Ac12_9 0,93 1,06 0,97 1,06 1,02 0,94 0,95 1,04 0,92 0,94 0,98 0,58 Ra _/ bruñido

Ac12_10 0,80 0,74 0,69 0,74 0,74 0,74 0,69 0,84 0,78 0,77 0,75 0,56 Ra _/ bruñido

Ac12_11 0,99 1,00 1,01 0,96 0,99 1,02 0,97 0,92 0,96 1,01 0,98 0,54 Ra _/ bruñido

Ac12_12 0,75 0,66 0,72 0,67 0,86 0,70 0,79 0,67 0,78 0,74 0,73 0,59 Ra _/ bruñido

Ac12_1 0,04 0,04 0,05 0,04 0,06 0,05 0,08 0,08 0,05 0,05 0,05 0,52 Ra // bruñido

Ac12_2 0,04 0,04 0,03 0,05 0,05 0,05 0,04 0,05 0,04 0,04 0,04 0,51 Ra // bruñido

Ac12_3 0,05 0,06 0,05 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,05 0,51 Ra // bruñido

Ac12_4 0,06 0,04 0,05 0,05 0,05 0,04 0,05 0,06 0,05 0,05 0,05 0,51 Ra // bruñido

Ac12_5 0,07 0,05 0,07 0,04 0,05 0,06 0,04 0,05 0,04 0,04 0,05 0,52 Ra // bruñido

Ac12_6 0,07 0,04 0,04 0,04 0,03 0,08 0,05 0,06 0,04 0,05 0,05 0,52 Ra // bruñido

Ac12_7 0,06 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,07 0,05 0,06 0,05 0,05 0,51 Ra // bruñido

Ac12_8 0,06 0,05 0,07 0,12 0,10 0,12 0,05 0,11 0,06 0,05 0,08 0,54 Ra // bruñido

Ac12_9 0,08 0,09 0,10 0,05 0,10 0,11 0,05 0,07 0,11 0,08 0,08 0,53 Ra // bruñido

Ac12_10 0,06 0,06 0,05 0,04 0,03 0,04 0,05 0,04 0,04 0,04 0,05 0,51 Ra // bruñido

Ac12_11 0,04 0,05 0,07 0,07 0,06 0,09 0,04 0,08 0,06 0,06 0,06 0,52 Ra // bruñido

Ac12_12 0,07 0,05 0,08 0,06 0,05 0,05 0,07 0,03 0,08 0,05 0,06 0,52 Ra // bruñido

Tabla 3: Valores de rugosidad en acero


14

CAPÍTULO 4:

RESULTADOS DUREZAS

A continuación, se presentan las tablas de durezas Vickers medidas en las probetas

bruñidas, así como en las indentadas. También se adjuntan gráficas extraídas al analizar

dichos valores.

4.1 Probetas indentaciones

Los datos de dureza obtenidos para las probetas Ac23, Ac31, Ac41, Ac54, Ac61, Ac71 y

Ti11 se recogen a continuación en la Tabla 4, Tabla 5, Tabla 6, Tabla 7, Tabla 8, Tabla 9,

Tabla 10.

Mostra Ac23

d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis

Operari Carla Iserte

109,70 109,40 109,61 308,7

109,20 111,10 110,21 305,3 Reïna

108,80 111,40 110,16 305,6

109,00 112,20 110,66 302,9 Càrrega (g) 2000 20,000

109,60 112,30 111,01 301,0

109,00 109,70 109,41 309,8 Objectiu 50

108,10 111,10 109,66 308,4

106,80 108,40 Descartat Descartat x NO Valor Error

108,40 110,60 109,56 309,0 pendent 0,99758 0,00145

108,70 109,60 109,21 311,0 Interc. (m) 0,32495 0,16287

108,10 111,90 110,06 306,2

107,50 109,70 108,66 314,1 (m) 0,40

109,20 112,60 110,96 301,2

109,00 110,70 109,91 307,0 Resolució òptica (m) 0,31

108,40 109,90 109,21 311,0

110,20 112,70 111,51 298,3 Mesures bones 15

HV Error 306,6 6,1

Tabla 4: Dureza Vickers de la probeta Ac23


15

Mostra Ac31



98,81 98,61 98,80 380,0

98,45 97,47 98,05 385,8 Reïna

98,12 98,70 98,50 382,3

98,14 99,00 98,66 381,0 Càrrega (g) 2000 20,000

97,33 97,89 97,70 388,5

99,71 99,48 99,68 373,3 Objectiu 50

99,38 99,79 99,67 373,3

98,89 98,19 98,63 381,3 Valor Error

100,80 100,10 100,53 367,0 pendent 0,99758 0,00145

99,80 97,92 98,95 378,8 Interc. (m) 0,32495 0,16287

97,57 97,75 97,75 388,2

99,38 98,48 99,02 378,3 (m) 0,40

99,53 101,80 100,75 365,4


99,56 100,20 99,96 371,1

Mesures bones 15

HV Error

378,3 8,6



16

Mostra Ac41



127,60 126,80 127,22 229,2

130,80 127,90 129,36 221,6 Reïna

130,40 131,30 130,86 216,6

126,00 124,70 125,37 236,0 Càrrega (g) 2000 20,000

124,30 126,80 125,57 235,2

126,80 124,10 125,47 235,6 Objectiu 50

125,30 126,00 125,67 234,8

123,40 129,20 126,32 232,4 Valor Error

124,40 124,50 124,47 239,4 pendent 0,99758 0,00145

124,70 124,60 124,67 238,6 Interc. (m) 0,32495 0,16287

125,80 123,80 124,82 238,0

125,90 128,60 127,27 229,0 (m) 0,40

124,50 129,30 126,92 230,2


131,70 127,60 129,66 220,6

Mesures bones 15

HV Error

230,4 6,9



17

Mostra Ac54



97,58 97,25 97,50 390,1

99,59 98,25 99,01 378,4 Reïna

98,62 98,11 98,45 382,6

99,35 98,87 99,20 376,9 Càrrega (g) 2000 20,000

98,14 96,89 97,60 389,3

97,55 96,98 97,35 391,3 Objectiu 50

98,52 98,24 98,47 382,5

98,25 97,54 97,98 386,3 Valor Error

98,30 97,91 98,19 384,7 pendent 0,99758 0,00145

97,27 97,91 97,68 388,7 Interc. (m) 0,32495 0,16287

99,10 98,75 99,01 378,3

96,77 96,19 Descartat Descartat x NO (m) 0,40

97,25 97,64 97,53 389,9


98,09 97,62 97,94 386,6

98,38 97,44 98,00 386,2 Mesures bones 15

HV Error

385,1 7,4



18

Mostra Ac61



102,10 102,40 102,33 354,2

100,30 100,20 100,33 368,4 Reïna

103,80 102,60 103,28 347,7

104,30 104,60 104,52 339,5 Càrrega (g) 2000 20,000

101,80 100,80 101,38 360,8

101,60 100,70 101,23 361,9 Objectiu 50

100,40 99,80 100,18 369,5

103,10 101,30 102,28 354,5 Valor Error

104,00 103,80 103,97 343,1 pendent 0,99758 0,00145

103,30 104,60 104,02 342,7 Interc. (m) 0,32495 0,16287

103,20 101,20 102,28 354,5

103,50 102,30 102,98 349,7 (m) 0,40

102,30 101,60 102,03 356,3


102,00 102,10 102,13 355,6

Mesures bones 15

HV Error

354,1 9,3



19

Mostra Ac71



119,10 121,10 120,13 257,0

115,90 118,80 117,39 269,1 Reïna

117,80 120,20 119,04 261,7

115,00 115,70 Descartat Descartat x NO Càrrega (g) 2000 20,000

116,70 117,70 117,24 269,8

117,50 118,30 117,94 266,6 Objectiu 50

118,50 120,40 119,49 259,8


118,40 119,70 119,09 261,5 pendent 0,99758 0,00145

118,80 119,80 119,34 260,4 Interc. (m) 0,32495 0,16287

119,70 121,90 120,83 254,0


121,00 121,20 121,13 252,8


119,30 119,80 119,59 259,3

118,20 120,10 119,19 261,1 Mesures bones 15

119,20 120,40 119,84 258,3

120,50 119,80 120,18 256,8 HV Error

260,1 6,0

Tabla 9: Duresa Vickers de la probeta Ac71


20

Mostra Ti11



94,52 98,20 96,45 398,7

96,00 96,42 96,30 399,9 Reïna

94,48 98,43 96,55 397,9

97,68 98,31 98,08 385,5 Càrrega (g) 2000 20,000

95,00 98,95 97,07 393,6

99,09 94,89 97,08 393,5 Objectiu 50

96,92 94,34 95,72 404,8

99,23 98,43 98,92 379,0 Valor Error

95,03 98,23 96,72 396,4 pendent 0,99758 0,00145

95,28 96,69 96,08 401,8 Interc. (m) 0,32495 0,16287

95,05 95,48 95,36 407,8

94,33 94,12 94,32 416,9 (m) 0,40

93,62 93,92 93,87 420,9


94,74 95,93 95,43 407,3

Mesures bones 15

HV Error

400,1 11,0

Tabla 10: Duresa Vickers de la probeta Ti11


21

4.2 Probeta bruñida aluminio

Los datos de dureza obtenidos para la probeta Al11 se presentan a continuación en la Tabla

11. Después se adjuntan las microdurezas para cada una de las doce zonas bruñidas para

mostrar la variación de dureza superficial que experimenta el material (Tabla 12, Tabla 13,

Tabla 14, Tabla 15, Tabla 16, Tabla 17, Tabla 18, Tabla 19, Tabla 20, Tabla 21, Tabla 22,

Tabla 23).

Mostra Al11



213,30 214,50 211,88 82,6

214,60 217,30 213,91 81,1 Reïna

216,60 222,60 217,52 78,4

205,90 210,50 206,23 87,2 Càrrega (g) 2000 20,000

210,80 206,30 206,58 86,9

203,30 217,50 208,41 85,4 Objectiu 10

220,10 215,50 215,74 79,7

226,40 225,50 223,81 74,0 Valor Error

232,50 225,90 227,03 72,0 pendent 0,99029 0,00077

225,20 216,80 218,91 77,4 Interc. (m) 0,05636 0,39350

225,60 225,30 223,32 74,4

216,00 231,30 221,53 75,6 (m) 0,40

227,20 224,30 223,61 74,2


227,40 229,00 226,04 72,6

Mesures bones 15

HV Error 77,8 4,4

Tabla 11: Dureza Vickers de la probeta Al11


22

Figura 2: Zonas de bruñido del aluminio

Mostra Al11_1 -- 0%, F80, n1



9,78 9,18 9,55 101,7

9,03 9,35 9,25 108,3 Reïna

10,11 9,40 9,83 96,0

9,54 10,04 9,87 95,3 Càrrega (g) 5 0,075

9,13 9,44 9,35 106,1

9,21 9,62 9,48 103,1 Objectiu 100

8,96 8,76 Descartat Descartat x NO

9,89 9,64 9,84 95,8 Valor Error

9,74 10,10 10,00 92,8 pendent 1,02015 0,00190

9,39 9,59 9,56 101,5 Interc. (m) -0,12180 0,10473

9,32 9,65 9,55 101,6

8,98 9,15 9,13 111,3 (m) 0,40

9,12 9,23 9,24 108,6


9,05 9,72 9,45 103,8

9,93 8,96 9,51 102,4 Mesures bones 15

HV Error

102,2 8,3

Tabla 12: Dureza Vickers zona 1 bruñido aluminio


23

Mostra Al11_2 -- 0%, F80, n5



9,37 9,02 9,26 108,2

9,10 9,54 9,39 105,2 Reïna

9,21 9,34 9,34 106,3

9,47 10,27 9,95 93,7 Càrrega (g) 5 0,075

9,35 9,71 9,60 100,6

9,91 9,61 9,83 95,9 Objectiu 100

9,62 9,69 9,73 98,0

9,63 9,69 9,73 97,9 Valor Error

9,41 9,35 9,45 103,9 pendent 1,02015 0,00190

8,72 9,01 8,92 116,5 Interc. (m) -0,12180 0,10473

8,86 9,15 9,06 112,8

9,38 8,95 9,23 108,9 (m) 0,40

9,12 9,09 9,17 110,3


9,41 8,95 9,24 108,5

Mesures bones 15

HV Error

104,7 9,1



24

Mostra Al11_3 -- 0%, F110, n1




9,35 9,13 9,30 107,1 Reïna

9,12 9,21 9,23 108,9

9,67 9,20 9,50 102,7 Càrrega (g) 5 0,075


9,12 9,19 9,22 109,1 Objectiu 100

9,22 9,17 9,26 108,2

9,53 9,53 9,60 100,6 Valor Error

9,42 9,31 9,43 104,2 pendent 1,02015 0,00190

9,21 9,78 9,56 101,4 Interc. (m) -0,12180 0,10473

9,34 9,57 9,52 102,2

9,30 9,68 9,56 101,5 (m) 0,40

9,25 9,35 9,37 105,7


9,32 9,14 9,29 107,3

9,14 9,40 9,33 106,4 Mesures bones 15

9,23 9,34 9,35 106,1

HV Error

105,3 7,2



25

Mostra Al11_4 -- 0%, F110, n5




9,14 9,35 9,31 107,0 Reïna

9,45 9,16 9,37 105,6

9,32 9,24 9,35 106,2 Càrrega (g) 5 0,075

8,98 9,28 9,19 109,7

9,05 9,11 9,14 111,0 Objectiu 100

9,41 9,13 9,33 106,4

9,32 9,15 9,30 107,2 Valor Error

9,31 9,30 9,37 105,6 pendent 1,02015 0,00190

9,22 9,26 9,30 107,1 Interc. (m) -0,12180 0,10473

8,94 9,32 9,19 109,7

9,14 9,23 9,25 108,4 (m) 0,40

9,35 9,48 9,48 103,1

9,42 9,58 Descartat Descartat x NO Resolució òptica (m) 0,21

9,55 8,98 9,33 106,5

9,43 9,28 9,42 104,5 Mesures bones 15

8,74 9,35 9,11 111,8

HV Error

107,3 7,1



26

Mostra Al11_5 -- 50%, F80, n1



8,69 8,44 8,62 124,9

8,54 8,62 8,63 124,5 Reïna

9,10 8,92 9,07 112,7

8,92 9,15 9,10 112,1 Càrrega (g) 5 0,075

9,05 9,01 9,09 112,2

9,90 10,02 Descartat Descartat x NO Objectiu 100

9,19 9,02 9,17 110,3

9,12 9,03 9,14 111,1 Valor Error

8,83 8,49 8,71 122,1 pendent 1,02015 0,00190

8,78 9,01 8,95 115,7 Interc. (m) -0,12180 0,10473

9,37 9,07 9,28 107,6

9,28 9,11 9,26 108,2 (m) 0,40

9,11 9,31 9,27 107,8


8,79 9,08 8,99 114,6

8,68 8,55 8,67 123,4 Mesures bones 15

HV Error

114,5 9,7



27

Mostra Al11_6 -- 50%, F80, n5




8,98 8,38 8,73 121,6 Reïna

8,64 8,67 8,71 122,3

8,81 8,21 8,56 126,5 NO Càrrega (g) 5 0,075

8,72 8,48 8,65 123,9

8,84 8,60 8,77 120,4 Objectiu 100

8,79 8,56 8,73 121,7


8,67 8,62 8,70 122,6 pendent 1,02015 0,00190

9,56 8,97 Descartat Descartat x NO Interc. (m) -0,12180 0,10473

8,80 8,65 8,78 120,3

8,82 8,58 8,75 121,0 (m) 0,40

8,74 8,67 8,76 120,9

8,75 9,06 8,96 115,4 NO Resolució òptica (m) 0,21

8,61 8,74 8,73 121,7

8,86 9,10 Descartat Descartat x NO Mesures bones 15

8,87 8,62 8,80 119,7

8,79 8,53 8,71 122,1 HV Error

8,61 8,75 8,73 121,6 121,5 8,2



28

Mostra Al11_7 -- 50%, F110, n1



8,80 9,08 9,00 114,5

9,01 8,83 8,98 115,0 Reïna

8,75 8,83 8,85 118,5

9,13 8,64 8,94 116,0 Càrrega (g) 5 0,075

8,81 8,84 8,88 117,6

8,64 8,77 8,76 120,9 Objectiu 100

8,71 8,87 8,85 118,5

8,97 9,06 9,07 112,6 Valor Error

8,72 8,85 8,84 118,6 pendent 1,02015 0,00190

8,51 8,88 8,75 121,1 Interc. (m) -0,12180 0,10473

8,79 8,85 8,88 117,7

8,69 8,75 8,77 120,4 (m) 0,40

8,62 8,87 8,80 119,7


8,92 8,83 8,93 116,2

Mesures bones 15

HV Error

117,3 8,1



29

Mostra Al11_8 -- 50%, F110, n5



8,95 9,29 9,18 110,0

8,70 9,02 8,92 116,6 Reïna

9,56 9,18 9,44 104,1

8,75 9,01 8,94 116,1 Càrrega (g) 5 0,075

9,46 8,90 9,24 108,5

9,32 8,68 9,06 113,0 Objectiu 100

9,21 8,72 9,02 113,9

9,31 8,57 9,00 114,5 Valor Error

9,67 8,87 9,33 106,4 pendent 1,02015 0,00190

9,46 8,81 9,20 109,6 Interc. (m) -0,12180 0,10473

9,98 9,14 9,63 100,0

9,84 8,85 9,41 104,7 (m) 0,40

9,49 9,18 9,40 104,9


9,11 8,57 8,90 117,2

Mesures bones 15

HV Error

110,3 8,9



30

Mostra Al11_9 -- 100%, F80, n1




9,93 8,74 9,40 104,9 Reïna

9,84 8,64 9,30 107,1

8,89 8,57 8,78 120,2 Càrrega (g) 5 0,075

9,29 8,68 9,04 113,4

8,97 8,16 8,62 124,9 Objectiu 100

8,79 8,79 8,85 118,5

9,17 8,75 9,02 114,0 Valor Error

9,05 9,42 9,30 107,2 pendent 1,02015 0,00190

8,99 8,17 8,63 124,5 Interc. (m) -0,12180 0,10473

9,21 9,40 9,37 105,6

8,32 9,03 8,73 121,7 (m) 0,40

9,42 9,51 9,53 102,0


9,13 8,93 9,09 112,2

9,10 8,51 8,86 118,1 Mesures bones 15

HV Error

114,6 10,6



31

Mostra Al11_10 -- 100%, F80, n5



8,50 9,83 9,23 108,9

8,69 9,30 9,05 113,1 Reïna

8,64 8,85 8,80 119,7

8,69 8,87 8,84 118,8 Càrrega (g) 5 0,075

7,96 9,25 8,66 123,7

9,21 9,66 9,50 102,7 Objectiu 100

9,02 9,16 9,15 110,7

9,17 9,03 9,16 110,5 Valor Error

9,42 8,91 9,23 108,9 pendent 1,02015 0,00190

9,52 9,16 9,41 104,8 Interc. (m) -0,12180 0,10473

9,32 8,69 9,06 112,8

8,43 8,73 8,63 124,5 (m) 0,40

9,03 8,36 8,75 121,1


8,89 8,82 8,91 116,7

Mesures bones 15

HV Error

113,4 10,1



32

Mostra Al11_11 -- 100%, F110, n1



8,60 9,89 9,31 107,0

8,30 9,08 8,74 121,3 Reïna

8,38 8,64 8,56 126,5

9,05 9,12 9,15 110,8 Càrrega (g) 5 0,075

8,60 7,78 Descartat Descartat X NO

8,70 8,37 8,59 125,8 Objectiu 100

8,80 9,33 9,13 111,3

9,16 8,86 9,07 112,7 Valor Error

8,86 8,64 8,80 119,6 pendent 1,02015 0,00190

8,45 8,87 8,71 122,1 Interc. (m) -0,12180 0,10473

8,54 8,51 8,57 126,1

8,60 8,51 8,61 125,2 (m) 0,40

8,96 8,60 8,84 118,8


8,94 9,26 9,16 110,5

Mesures bones 14

HV Error

118,6 10,6



33

Mostra Al11_12 -- 100%, F110, n5



8,63 9,38 9,06 112,8

8,93 8,01 8,52 127,8 Reïna

8,50 8,61 8,61 125,2

8,11 8,69 8,45 129,9 Càrrega (g) 5 0,075

9,13 9,66 9,46 103,6

8,91 8,53 8,77 120,4 Objectiu 100

9,15 9,38 9,33 106,5

9,42 8,22 8,88 117,7 Valor Error

8,87 8,72 8,85 118,4 pendent 1,02015 0,00190

9,25 9,66 9,52 102,2 Interc. (m) -0,12180 0,10473

8,42 9,08 8,80 119,6

8,48 8,59 8,59 125,8 (m) 0,40

9,02 8,73 8,93 116,2


9,80 8,81 9,37 105,6

Mesures bones 15

HV Error

116,7 11,4


4.3 Probeta bruñida acero

Los datos de dureza obtenidos para la probeta Ac11 se presentan a continuación en la

Tabla 24. Después se adjuntan las microdurezas para cada una de las doce zonas bruñidas

para mostrar la variación de dureza superficial que experimenta el material (Tabla 25, Tabla

26, Tabla 27, Tabla 28, Tabla 29, Tabla 30, Tabla 31, Tabla 32, Tabla 33, Tabla 34, Tabla

35, Tabla 36).


34

Mostra Ac11



132,00 132,00 132,01 212,8

131,40 130,50 130,96 216,3 Reïna

131,60 131,80 131,71 213,8

137,50 135,60 136,54 198,9 Càrrega (g) 2000 20,000

133,60 135,20 134,40 205,3

131,40 132,20 131,81 213,5 Objectiu 50

132,20 131,40 131,81 213,5

136,80 136,70 136,74 198,3 Valor Error

135,50 136,00 135,75 201,3 pendent 0,99758 0,00145

130,30 130,50 130,41 218,1 Interc. (m) 0,32495 0,16287

132,10 129,00 130,56 217,6

134,00 134,40 134,20 205,9 (m) 0,40

130,30 130,20 130,26 218,6


124,40 125,20 Descartat Descartat X NO

130,00 129,80 129,91 219,8 Mesures bones 15

HV Error

210,8 6,5


Figura 3: Zonas de bruñido del acero


35

Mostra Ac11_1 -- 0%, F120, n1




4,20 4,78 4,46 466,4 Reïna

4,52 4,58 4,52 453,9

4,57 4,80 4,66 427,4 Càrrega (g) 5 0,075

4,82 4,94 4,86 393,1

4,19 4,31 Descartat Descartat x NO Objectiu 100

4,81 4,90 4,83 397,3

5,43 4,44 4,91 384,2 Valor Error

4,98 5,15 5,05 364,3 pendent 1,02015 0,00190 4,85 4,69 4,74 411,9 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,72 4,38 4,52 453,9

4,77 4,74 4,73 414,6 (m) 0,40

5,45 4,83 5,12 353,5


4,90 4,62 4,73 413,7

4,50 4,87 4,66 427,4 Mesures bones 15

4,94 4,42 4,65 428,3

HV Error

411,8 60,1

Tabla 25: Dureza Vickers zona 1 bruñido acero


36

Mostra Ac11_2 -- 0%, F120, n5



4,51 4,47 4,46 466,4

4,60 4,40 4,47 464,3 Reïna

4,50 4,59 4,51 454,9

4,33 4,50 4,38 482,8 Càrrega (g) 5 0,075


4,68 4,25 4,43 471,8 Objectiu 100


4,55 4,33 4,41 477,3 Valor Error

4,93 4,07 4,47 464,3 pendent 1,02015 0,00190



4,48 4,55 4,48 461,1 (m) 0,40

4,69 4,47 4,55 447,8


4,38 4,70 4,51 455,9

4,42 4,61 4,48 461,1 Mesures bones 15

4,52 4,75 4,61 436,9

4,69 4,52 4,58 442,8 HV Error

4,64 4,36 4,47 464,3 460,6 56,7



37

Mostra Ac11_3 -- 0%, F220, n1



4,54 4,09 4,28 506,1

4,25 4,34 4,26 511,0 Reïna

4,45 4,12 4,25 513,4


4,69 4,49 4,56 445,8

4,50 4,35 4,39 480,6 Objectiu 100

4,55 4,59 4,54 449,8

4,52 4,44 4,45 468,5 Valor Error

4,34 4,28 4,28 507,3 pendent 1,02015 0,00190

4,51 4,41 4,43 472,9 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,66 4,52 4,56 445,8

4,26 4,29 4,24 515,9 (m) 0,40

4,28 4,53 4,37 485,1


4,44 4,62 4,50 458,0

4,29 4,48 4,35 489,6 Mesures bones 15

HV Error

482,5 67,4



38

Mostra Ac11_4 -- 0%, F220, n5



4,36 4,66 4,48 462,2

4,27 4,37 4,29 504,9 Reïna

4,33 4,57 4,42 475,1


4,22 4,67 4,41 476,2

4,65 4,21 4,40 479,5 Objectiu 100

4,39 4,48 4,40 478,4


4,23 4,61 4,39 481,7 pendent 1,02015 0,00190

4,37 4,48 4,39 480,6 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,33 4,45 4,36 488,5

4,55 4,42 4,45 467,5 (m) 0,40

4,21 4,44 4,29 503,7


4,23 4,47 4,32 497,8


4,42 4,46 4,41 477,3

4,51 4,52 4,48 461,1 HV Error

481,7 60,9



39

Mostra Ac11_5 -- 50%, F120, n1



4,78 4,67 4,70 420,0

4,44 4,47 4,42 474,0 Reïna

4,84 4,11 4,44 469,6

4,51 4,59 4,52 453,9 Càrrega (g) 5 0,075


4,81 4,27 4,51 455,9 Objectiu 100

4,90 4,73 4,79 404,1

4,78 4,51 4,62 435,0 Valor Error

4,79 4,61 4,67 424,6 pendent 1,02015 0,00190

4,62 4,87 4,72 416,4 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,50 4,79 4,62 435,0

4,54 4,67 4,58 442,8 (m) 0,40

4,64 4,58 4,58 441,8


4,76 4,64 4,67 424,6


4,91 4,92 4,89 387,4

HV Error

432,4 59,1



40

Mostra Ac11_6 -- 50%, F120, n5




4,39 4,30 4,31 499,0 Reïna

4,31 4,36 4,30 501,3

4,26 4,43 4,31 499,0 Càrrega (g) 5 0,075

4,34 4,37 4,32 496,6

4,47 4,27 4,34 493,1 Objectiu 100

4,34 4,41 4,34 491,9

4,37 4,50 4,40 478,4 Valor Error

4,53 4,21 4,34 493,1 pendent 1,02015 0,00190


4,45 4,31 4,35 490,8


4,48 4,30 4,36 488,5


4,34 4,39 4,33 494,3

4,41 4,45 4,40 479,5 Mesures bones 15

4,47 4,34 4,37 485,1

4,45 4,35 4,37 486,2 HV Error

490,9 58,7



41

Mostra Ac11_7 -- 50%, F220, n1



4,23 4,07 4,11 548,4

4,11 4,10 4,07 560,9 Reïna

4,10 4,40 4,21 522,2

4,02 4,12 4,03 570,8 Càrrega (g) 5 0,075

4,44 4,28 4,33 495,4

4,60 4,46 4,50 458,0 Objectiu 100

4,05 3,97 3,97 588,6

4,36 4,30 4,30 502,5 Valor Error

4,47 4,26 4,33 494,3 pendent 1,02015 0,00190

4,41 4,29 4,32 497,8 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,60 4,37 4,45 467,5

4,14 4,43 4,25 513,4 (m) 0,40

4,76 4,42 4,56 445,8


4,53 4,48 4,47 463,2

Mesures bones 15

HV Error

509,8 81,7



42

Mostra Ac11_8 -- 50%, F220, n5



4,16 4,11 4,10 552,5

4,24 4,02 4,09 553,9 Reïna

4,08 4,11 4,06 563,7

4,19 4,27 4,19 527,3 Càrrega (g) 5 0,075

4,15 4,19 4,13 543,0

4,07 4,16 4,08 558,1 Objectiu 100

4,20 4,14 4,13 543,0

4,18 4,05 4,08 558,1 Valor Error

4,25 4,10 4,14 541,7 pendent 1,02015 0,00190

4,15 4,25 4,16 535,0 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,09 4,17 4,09 553,9

4,20 4,23 4,18 531,1 (m) 0,40

4,06 4,17 4,08 558,1


4,23 4,28 4,22 520,9

Mesures bones 15

HV Error

544,4 71,8



43

Mostra Ac11_9 -- 100%, F120, n1



4,25 4,60 4,39 480,6

4,45 4,37 4,38 484,0 Reïna

4,74 4,73 4,71 418,2

4,73 4,78 4,73 414,6 Càrrega (g) 5 0,075

4,62 4,68 4,62 434,0

4,53 4,75 4,61 436,0 Objectiu 100

4,45 4,39 4,39 481,7

4,62 4,14 4,35 490,8 Valor Error

4,79 4,55 4,64 430,2 pendent 1,02015 0,00190

4,51 4,68 4,57 444,8 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,47 4,42 4,41 476,2

4,49 4,44 4,43 471,8 (m) 0,40

4,33 4,32 4,29 503,7


4,08 4,43 4,22 520,9

Mesures bones 15

HV Error

464,2 68,3



44

Mostra Ac11_10 -- 100%, F120, n5



4,26 4,36 4,28 507,3

4,30 4,29 4,26 511,0 Reïna



4,61 4,35 4,45 468,5

4,45 4,41 4,40 479,5 Objectiu 100

4,23 4,40 4,28 506,1

4,49 4,56 4,49 459,0 Valor Error

4,52 4,23 4,34 491,9 pendent 1,02015 0,00190

4,35 4,21 4,24 514,7 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,42 4,33 4,34 491,9

4,44 4,42 4,40 479,5 (m) 0,40

4,37 4,40 4,35 489,6


4,42 4,37 4,36 487,4

4,50 4,26 4,35 490,8 Mesures bones 15

4,51 4,14 4,29 503,7

HV Error

490,7 63,7



45

Mostra Ac11_11 -- 100%, F220, n1



4,36 4,18 4,23 517,2

4,15 4,25 4,16 535,0 Reïna

4,34 3,84 4,05 565,1

4,32 4,08 4,16 535,0 Càrrega (g) 5 0,075

4,16 4,00 4,04 568,0

4,35 4,17 4,22 519,7 Objectiu 100

4,08 3,97 3,98 584,1

4,31 4,21 4,22 519,7 Valor Error

4,38 4,44 4,38 484,0 pendent 1,02015 0,00190

4,18 3,89 3,99 581,1 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,30 4,01 4,12 547,0

4,44 4,10 4,23 517,2 (m) 0,40

4,30 4,22 4,22 519,7

4,71 4,36 Descartat Descartat x NO Resolució òptica (m) 0,21

4,39 4,47 4,40 479,5

4,35 4,24 4,26 511,0 Mesures bones 15

HV Error

532,2 79,6



46

Mostra Ac11_12 -- 100%, F220, n5




3,98 4,04 3,97 588,6 Reïna


3,95 4,16 4,01 575,2 Càrrega (g) 5 0,075

4,24 4,18 4,17 532,4

4,14 3,94 4,00 579,6 Objectiu 100

3,93 4,08 3,96 590,1

4,10 4,17 4,10 552,5 Valor Error

4,25 3,94 4,06 563,7 pendent 1,02015 0,00190

4,17 4,15 4,12 545,7 Interc. (m) -0,12180 0,10473

4,23 3,95 4,05 565,1

4,00 4,05 3,98 584,1 (m) 0,40

4,26 4,33 4,26 511,0


4,08 4,20 4,10 551,1

3,95 4,16 4,01 575,2 Mesures bones 15

4,11 4,25 4,14 540,3

HV Error

558,2 80,5



47

CAPÍTULO 5:

DATOS MATLAB

4.1 Prototipo B10PZ40k11

El comportamiento de este prototipo se ha analizado mediante un vídeo tratado con el

software Matlab. Los datos extraídos se han trabajado con Excel para así conocer los

pendientes de inclinación de las secciones de la herramienta (Figura 4, Figura 5, Figura 6,

Figura 7) y calcular los ángulos del juego entre las diferentes secciones.

Figura 4: Pendientes para el cálculo del ángulo alfa 1

-0,03

-0,025

-0,02

-0,015

-0,01

-0,005

7E-17

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

-10 40 90 140 190 240

Pe

nd

ien

te

Fotogramas

Pendientes tramo 1

media

media refinada


48



-0,03

-0,025

-0,02

-0,015

-0,01

-0,005

7E-17

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

-10 40 90 140 190 240

Pe

nd

ien

te

Fotogramas

Pendientes tramo 2

media

media refinada

-0,015

-0,01

-0,005

1E-17

0,005

0,01

0,015

-10 40 90 140 190 240

Pe

nd

ien

tes

Fotogramas

Pendientes tramo 3

media

media refinada


49


4.2 Herramienta B10PZ40k84

En el rediseño de la herramienta se espera obtener un ángulo de juego menor entre las

secciones, por lo que se vuelve a analizar su comportamiento durante el proceso de bruñido.

Se ha analizado nuevamente un vídeo tratado con el software Matlab. Los datos extraídos

se han trabajado con Excel para así conocer los pendientes de inclinación de las secciones

de la herramienta (Figura 8, Figura 9, Figura 10, Figura 11) y calcular los nuevos ángulos del

juego entre las diferentes secciones.

-0,015

-0,01

-0,005

1E-17

0,005

0,01

0,015

-10 40 90 140 190 240

Pe

nd

ien

te

Fotogramas

Pendientes tramo 4

media

media refinada


50

Figura 8: Pendientes para el cálculo del nuevo ángulo alfa 1


-0,015

-0,01

-0,005

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Pe

nd

ien

te

Fotogramas

Pendientes tramo 1

media

media refinada

-0,02

-0,015

-0,01

-0,005

0

0,005

0,01

0,015

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Pe

nd

ien

te

Fotogramas

Pendientes tramo 2

media

media refinada


51



-0,035

-0,03

-0,025

-0,02

-0,015

-0,01

-0,005

0

0,005

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Pe

nd

ien

te

Fotogramas

Pendientes tramo 3

media

media refinada

-0,004

0,001

0,006

0,011

0,016

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Pe

nd

ien

te

Fotogramas

Pendientes tramo 4

media

media refinada


52

CAPÍTULO 6:

FICHAS DE MATERIAL DE LA HERRAMIENTA

5.1 Latón


53

5.2 Acero


54

5.3 Muelle


55

CAPÍTULO 7:

MATERIAL INFORMÁTICO

• Ordenador: 8,00 GB RAM IntelCore i7 2.50 GHz 64 bits

NVIDIA GTX 850M

• SolidWorks 2016

• Matlab R2014b

• Minitab17

• Paquete Microsoft Office

puesta a punto y aplicaciÓn de una herramienta de …

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