PUESTA A PUNTO Y APLICACIÓN DE UNA HERRAMIENTA DE …
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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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
“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
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
Carla Iserte & Aimar Martin
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
Carla Iserte & Aimar Martin
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 19: Características perfil huellas Ac31 ........................................................ 73
Tabla 20: Características perfil huellas Ac41 ........................................................ 74
Tabla 21: Características perfil huellas Ac54 ........................................................ 75
Tabla 22: Características perfil huellas Ac61 ........................................................ 76
Tabla 23: Características perfil huellas Ac71 ........................................................ 77
Tabla 24: Características perfil huellas titanio ....................................................... 78
Carla Iserte & Aimar Martin
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 27: Ac31, aumento x20, 2048x1536 pxs .................................................... 34
Figura 28: Ac31, aumento x40, 2048x1536 pxs .................................................... 35
Figura 29: Ac41, aumento x10, 2048x1536 pxs .................................................... 36
Figura 30: Ac41, x20 aumentos, 2048x1536 píxeles ............................................... 37
Figura 31: Ac41, x40 aumentos, 2048x1536 píxeles ............................................... 37
Carla Iserte & Aimar Martin
Figura 32: Ac54, x10 aumentos, 2048x1536 píxeles ............................................... 38
Figura 33: Detalle fotografía 12, 662x768 ............................................................ 38
Figura 34: Ac54, x20 aumentos, 2048x1536 píxeles ............................................... 39
Figura 35: Ac54, x40 aumentos, 2048x1536 píxeles ............................................... 39
Figura 36: Ac61, x20 aumentos, 2048x1536 píxeles ............................................... 40
Figura 37: Ac61, x40 aumentos, 2048x1536 píxeles ............................................... 41
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
Carla Iserte & Aimar Martin
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 71: Perfilometría Ac31 .......................................................................... 73
Figura 72: Perfilometría Ac41 .......................................................................... 74
Figura 73: Perfilometría Ac54 .......................................................................... 75
Figura 74: Perfilometría Ac61 .......................................................................... 76
Figura 75: Perfilometría Ac71 .......................................................................... 77
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
Carla Iserte & Aimar Martin
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.
Carla Iserte & Aimar Martin
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.
Carla Iserte & Aimar Martin
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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]
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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
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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.
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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.
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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]
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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]
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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).
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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].
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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).
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Introducción 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Desarrollo y metodología 2015/16
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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
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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.
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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.
Serie Numeración Geometría Material
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
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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:
Serie Numeración Geometría Material
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).
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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.
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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%.
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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.
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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.
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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
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Figura 23: Patrón 1mm, aumento x20, 2048x1536 pxs
Figura 24: Patrón 1mm, aumento x40, 2048x1536 pxs
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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.
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Figura 26: Ac31, aumento x10, 2048x1536 pxs
Figura 27: Ac31, aumento x20, 2048x1536 pxs
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Figura 28: Ac31, aumento x40, 2048x1536 pxs
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.
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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.
Figura 29: Ac41, aumento x10, 2048x1536 pxs
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Figura 30: Ac41, x20 aumentos, 2048x1536 píxeles
Figura 31: Ac41, x40 aumentos, 2048x1536 píxeles
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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 32: Ac54, x10 aumentos, 2048x1536 píxeles
Figura 33: Detalle fotografía 12, 662x768
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Figura 34: Ac54, x20 aumentos, 2048x1536 píxeles
Figura 35: Ac54, x40 aumentos, 2048x1536 píxeles
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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.
Figura 36: Ac61, x20 aumentos, 2048x1536 píxeles
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Figura 37: Ac61, x40 aumentos, 2048x1536 píxeles
Figura 38: Detalle fotografía 17, 1126x1124 pxs
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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
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Figura 40: Ti11, sentido laminación, x10 aumentos, 2048x1536 píxeles
Figura 41: Ti11, transversal a laminación, x5 aumentos, 2048x1536 píxeles
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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.
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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).
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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
Carla Iserte & Aimar Martin Desarrollo y metodología 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Desarrollo y metodología 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Desarrollo y metodología 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Desarrollo y metodología 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de la herramienta 2015/16
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.
El rectángulo número 2 está formado por 36 nodos, es decir, 6 nodos por 6 filas.
El rectángulo número 3 está formado por 176 nodos, es decir, 16 nodos por 11 filas.
El rectángulo número 4 está formado por 10 nodos, es decir, 2 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
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de la herramienta 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de la herramienta 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de la herramienta 2015/16
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
Amplitud de oscilación
(rad)
-0,009081
Amplitud de oscilación (˚)
-0,520328
|Media oscilación| (˚)
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
Amplitud de oscilación
(rad)
-0,003189
Amplitud de oscilación (˚)
-0,182736
|Media oscilación| (˚)
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
Amplitud de oscilación
(rad)
-0,002562
Amplitud de oscilación (˚)
-0,146784
|Media oscilación| (˚)
0,073392
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de la herramienta 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de la herramienta 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de la herramienta 2015/16
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)
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de la herramienta 2015/16
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
Amplitud de oscilación
(rad)
-0,015439
Amplitud de oscilación (˚)
-0,884579
|Media oscilación| (˚)
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
Amplitud de oscilación
(rad)
-0,017108
Amplitud de oscilación (˚)
-0,980205
|Media oscilación| (˚)
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
Amplitud de oscilación (˚)
-0,298059
|Media oscilación| (˚)
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
Amplitud de oscilación (˚)
-0,209623
|Media oscilación| (˚)
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
Al11_2 0,84 Ra _/ bruñido Al11_2 0,16 Ra // bruñido 0%, F80, n5
Al11_3 0,93 Ra _/ bruñido Al11_3 0,22 Ra // bruñido 0%, F110, n1
Al11_4 1,06 Ra _/ bruñido Al11_4 0,19 Ra // bruñido 0%, F110, n5
Al11_5 0,88 Ra _/ bruñido Al11_5 0,20 Ra // bruñido 50%, F80, n1
Al11_6 0,73 Ra _/ bruñido Al11_6 0,21 Ra // bruñido 50%, F80, n5
Al11_7 0,96 Ra _/ bruñido Al11_7 0,19 Ra // bruñido 50%, F110, n1
Al11_8 1,01 Ra _/ bruñido Al11_8 0,19 Ra // bruñido 50%, F110, n5
Al11_9 0,86 Ra _/ bruñido Al11_9 0,19 Ra // bruñido 100%, F80, n1
Al11_10 0,87 Ra _/ bruñido Al11_10 0,17 Ra // bruñido 100%, F80, n5
Al11_11 0,96 Ra _/ bruñido Al11_11 0,24 Ra // bruñido 100%, F110, n1
Al11_12 1,45 Ra _/ bruñido Al11_12 0,22 Ra // bruñido 100%, F110, n5
Tabla 12: Rugosidades medidas en la probeta Al11
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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
Ac11_2 0,67 Ra _/ bruñido Ac11_2 0,04 Ra // bruñido 0%, F80, n5
Ac11_3 0,86 Ra _/ bruñido Ac11_3 0,05 Ra // bruñido 0%, F110, n1
Ac11_4 0,65 Ra _/ bruñido Ac11_4 0,05 Ra // bruñido 0%, F110, n5
Ac11_5 0,94 Ra _/ bruñido Ac11_5 0,05 Ra // bruñido 50%, F80, n1
Ac11_6 0,66 Ra _/ bruñido Ac11_6 0,05 Ra // bruñido 50%, F80, n5
Ac11_7 0,96 Ra _/ bruñido Ac11_7 0,05 Ra // bruñido 50%, F110, n1
Ac11_8 0,73 Ra _/ bruñido Ac11_8 0,08 Ra // bruñido 50%, F110, n5
Ac11_9 0,98 Ra _/ bruñido Ac11_9 0,08 Ra // bruñido 100%, F80, n1
Ac11_10 0,75 Ra _/ bruñido Ac11_10 0,05 Ra // bruñido 100%, F80, n5
Ac11_11 0,98 Ra _/ bruñido Ac11_11 0,06 Ra // bruñido 100%, F110, n1
Ac11_12 0,73 Ra _/ bruñido Ac11_12 0,06 Ra // bruñido 100%, F110, n5
Tabla 13: Rugosidades medidas en la probeta Ac11
Figura 58: Gráfica de efectos principales para Ra // en aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
73
Ac31
Figura 71: Perfilometría Ac31
ha (micras) hh (micras) ah (mm)
Ac31_1 0,99 0,75 0,51
Ac31_2 1,24 0,98 0,48
Ac31_3 1,27 1,06 0,60
Tabla 19: Características perfil huellas Ac31
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
74
Ac41
Figura 72: Perfilometría Ac41
ha (micras) hh (micras) ah (mm)
Ac41_1 5,09 4,09 0,65
Ac41_2 5,03 4,04 0,67
Ac41_3 3,29 2,54 0,54
Tabla 20: Características perfil huellas Ac41
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
75
Ac54
Figura 73: Perfilometría Ac54
ha (micras) hh (micras) ah (mm)
Ac54_1 0,76 0,56 0,41
Ac54_2 0,50 0,27 0,44
Ac54_3 1,68 1,38 0,51
Tabla 21: Características perfil huellas Ac54
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
76
Ac61
Figura 74: Perfilometría Ac61
ha (micras) hh (micras) ah (mm)
Ac61_1 1,49 1,12 0,46
Ac61_2 1,88 1,35 0,59
Ac61_3 1,03 0,72 0,54
Tabla 22: Características perfil huellas Ac61
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
77
Ac71
Figura 75: Perfilometría Ac71
ha (micras) hh (micras) ah (mm)
Ac71_1 8,01 6,38 0,70
Ac71_2 8,90 7,06 0,74
Ac71_3 4,86 3,98 0,61
Tabla 23: Características perfil huellas Ac71
Carla Iserte & Aimar Martin Resultados 2015/16
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%
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
81
6.1.2 Rugosidad en dirección perpendicular 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 0,30616 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
2-Way Interactions 5 0,15456 0,03091 2,70 0,292
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
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
0,106915 93,05% 61,78% 0,00%
Figura 78: Gráfica de residuos para Ra |_ en aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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
Factor Levels Values
A (%) 3 0; 50; 100
F (N) 2 110; 220
n 2 1; 5
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
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
2-Way Interactions 5 0,000060 0,000012 9,49 0,098
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
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
0,0011279 99,01% 94,55% 64,31%
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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
Factor Levels Values
A (%) 3 0; 50; 100
F (N) 2 120; 220
n 2 1; 5
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
Model 9 0,183724 0,020414 86,50 0,011
Linear 4 0,179780 0,044945 190,45 0,005
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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
2-Way Interactions 5 0,003944 0,000789 3,34 0,246
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
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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
Factor Levels Values
A (%) 3 0; 50; 100
F (N) 2 120; 220
n 2 1; 5
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
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
2-Way Interactions 5 1071,4 214,3 1,55 0,437
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
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
11,7691 98,65% 92,58% 51,44%
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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.
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin Análisis de los resultados 2015/16
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/).
(Consultado 27/02/2016)
[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)
[7] Henríquez, Lisandro Vargas, et al. Desarrollo de un modelo predictivo para la calidad
superficial en un proceso de torneado sobre aceros de alta resistencia. Prospectiva 12.1
(2014): 55-63.
[8] Moisés Ramón González. Metrología avanzada: Acabados superficiales.
www.monografias.com (Consultado en 28/02/2016)
[9] Universidad del País Vasco – Euskal Herriko Unibertsitate. TEMA 17: Metrología del
acabado superficial. http://www.ehu.eus/manufacturing/docencia/745_ca.pdf (Consultado
29/02/2016)
Carla Iserte & Aimar Martin Bibliografía 2015/16
95
[10] Askeland, D. R. (2001). Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Thomson-Paraninfo.
[11] Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2007). Materials science and engineering: an
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
(Consultado 14/03/2016)
[14] Shiou, Fang-Jung, and Chien-Hua Chen. Freeform surface finish of plastic injection mold
by using ball-burnishing process. Journal of materials processing technology 140.1 (2003):
248-254.
[15] Gómez Gras, D., González Rojas, H. A., Travieso Rodriguez, J. A., Nápoles Alberro, A.,
& Sánchez Egea, A. J. “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). Publicacions de la Universitat
Jaume I (UJI).
[16] Chaudhari, Prafulla, and Anand Nilewar. "An investigation of effect of combined Turning
and ball burnishing dual process on the surface roughness performed on lathe." International
Journal of Engineering Science Invention Research & Development; Vol. I Issue X April 2015
[17] Chaudhari, Prafulla, G. K. Awari, S. S. Khandare. "Investigation of effectiveness of
combined turning and burnishing operations performed on lathe machine on an aluminium
alloy for the modification of surface texture." International Research Journal of Engineering
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Carla Iserte & Aimar Martin Bibliografía 2015/16
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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
5100 Series"
7.2 Bibliografía de consulta
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hardness of some non-ferrous metals. Journal of materials processing technology, 72(3),
385-391.
ASM International. Handbook Committee. ASM handbook. Ed. George F. Vander Voort. Vol.
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Larburu Arrizabalaga, N. (1989). “Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas-herramientas”.
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
complejas, aplicando un proceso de deformación plástica (bruñido con bola)”. Tesis doctoral.
UPC, Barcelona 2010.
Gómez Gras, G. “Estudio del proceso de bruñido con bola asistido por una vibración”. Tesis
doctoral. UPC, Barcelona 2015.
Carla Iserte & Aimar Martin Bibliografía 2015/16
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González Giménez, J. "Aplicación del proceso de bruñido con bola al mecanizado de
superficies complejas en máquina de cinco ejes". Trabajo de final de grado. UPC, Barcelona
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
Planos
“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 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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
Tolerancias según norma ISO 2768Comentario
Tolerancia
Medida
Tolerancias generales de fabricación
Dibujado:
2/6Núm. plano
Curso: 15-16
EUETIB - UPC Mecánica
Aimar Martin Rubio
Vástago guíaPuesta 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
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
Tolerancias según norma ISO 2768Comentario
Tolerancia
Medida
Tolerancias generales de fabricación
Dibujado:
3/6Núm. plano
Curso: 15-16
EUETIB - UPC Mecánica
Aimar Martin Rubio
EnvolventePuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido
asistida por vibraciones ultrasónicas
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
Tolerancias según norma ISO 2768Comentario
Tolerancia
Medida
Tolerancias generales de fabricación
Dibujado:
4/6Núm. plano
Curso: 15-16
EUETIB - UPC Mecánica
Aimar Martin Rubio
MuellePuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido
asistida por vibraciones ultrasónicas
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
Tolerancias según norma ISO 2768Comentario
Tolerancia
Medida
Tolerancias generales de fabricación
Dibujado:
5/6Núm. plano
Curso: 15-16
EUETIB - UPC Mecánica
Aimar Martin Rubio
Tuerca aprietePuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido
asistida por vibraciones ultrasónicas
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
Tolerancias según norma ISO 2768Comentario
Tolerancia
Medida
Tolerancias generales de fabricación
Dibujado:
6/6Núm. plano
Curso: 15-16
EUETIB - UPC Mecánica
Aimar Martin Rubio
Ensamblaje módulo regulación fuerzaPuesta a punto y aplicación de una herramienta de bruñido
asistida por vibraciones ultrasónicas
Escala1:2
Revisado:
Material:
25/04/2016Ramón Jerez Mesa
20/04/2016
Formato: A4
Presupuesto
“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 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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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:
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: 71,69 €/h
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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:
1. Cotización contingencias comunes: 4,70%
2. Cotización formación: 0,10%
3. Cotización desempleo: 1,55%
4. Tributación IRPF: 5%
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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:
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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 €
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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 €
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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 €
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
“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)
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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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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)
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
4
; Duodecima linea terminada
M30
2.3 Programa bruñido acero
;TFG Aimar Martin & Carla
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
; Primer cuadrado terminado
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]
; Primera pasada del segundo
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]
; Segunda pasada del segundo
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]
; Tercera pasada del segundo
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]
; Cuarta pasada del segundo
cuadrado
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
; Quinta pasada del segundo
cuadrado
; Segundo cuadrado terminado
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
; Tercero cuadrado terminado
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]
; Primera pasada del cuarto
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]
; Segunda pasada del cuarto
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]
; Tercera pasada del cuarto
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]
; Cuarta pasada del cuarto
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
; Quinta pasada del cuarto
cuadrado
; Cuarto cuadrado terminado
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
; Primer cuadrado terminado
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]
; Primera pasada del segundo
cuadrado
G01 X-0.15
N530: G91 G01 X0 Y-10 F600
X-0.30 Y0
X0 Y10
N540 X-0.30
[L#540]
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
7
#RPT[N530,[L#540],16]
; Segunda pasada del segundo
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]
; Tercera pasada del segundo
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]
; Cuarta pasada del segundo
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
; Quinta pasada del segundo
cuadrado
; Segundo cuadrado terminado
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
; Tercero cuadrado terminado
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]
; Primera pasada del cuarto
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]
; Segunda pasada del cuarto
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]
; Tercera pasada del cuarto
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]
; Cuarta pasada del cuarto
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
; Quinta pasada del cuarto
cuadrado
; Cuarto cuadrado terminado
M30
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
8
2.4 Programa bruñido aluminio
;TFG Aimar Martin & Carla
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
; Primer cuadrado terminado
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]
; Primera pasada del segundo
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]
; Segunda pasada del segundo
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]
; Tercera pasada del segundo
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]
; Cuarta pasada del segundo
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
; Quinta pasada del segundo
cuadrado
; Segundo cuadrado terminado
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
; Tercero cuadrado terminado
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]
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
9
; Primera pasada del cuarto
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]
; Segunda pasada del cuarto
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]
; Tercera pasada del cuarto
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]
; Cuarta pasada del cuarto
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
; Quinta pasada del cuarto
cuadrado
; Cuarto cuadrado terminado
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
; Primer cuadrado terminado
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]
; Primera pasada del segundo
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]
; Segunda pasada del segundo
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]
; Tercera pasada del segundo
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]
; Cuarta pasada del segundo
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
10
; Quinta pasada del segundo
cuadrado
; Segundo cuadrado terminado
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
; Tercero cuadrado terminado
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]
; Primera pasada del cuarto
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]
; Segunda pasada del cuarto
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]
; Tercera pasada del cuarto
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]
; Cuarta pasada del cuarto
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
; Quinta pasada del cuarto
cuadrado
; Cuarto cuadrado terminado
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
; Primer cuadrado terminado
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]
; Primera pasada del segundo
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]
; Segunda pasada del segundo
cuadrado
G01 X0.125
N550: G91 G01 X0 Y-10 F600
X0.25 Y0
X0 Y10
N560 X0.25
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
11
[L#560]
#RPT[N550,[L#560],19]
; Tercera pasada del segundo
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]
; Cuarta pasada del segundo
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
; Quinta pasada del segundo
cuadrado
; Segundo cuadrado terminado
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
; Tercero cuadrado terminado
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]
; Primera pasada del cuarto
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]
; Segunda pasada del cuarto
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]
; Tercera pasada del cuarto
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]
; Cuarta pasada del cuarto
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
; Quinta pasada del cuarto
cuadrado
; Cuarto cuadrado terminado
M30
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
15
Mostra Ac31
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
98,26 99,12 98,78 380,1 Resolució òptica (m) 0,31
99,56 100,20 99,96 371,1
Mesures bones 15
HV Error
378,3 8,6
Tabla 5: Dureza Vickers de la probeta Ac31
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
16
Mostra Ac41
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
129,50 130,80 130,16 218,9 Resolució òptica (m) 0,31
131,70 127,60 129,66 220,6
Mesures bones 15
HV Error
230,4 6,9
Tabla 6: Dureza Vickers de la probeta Ac41
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
17
Mostra Ac54
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
98,54 97,58 98,15 385,0 Resolució òptica (m) 0,31
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
Tabla 7: Dureza Vickers de la probeta Ac54
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
18
Mostra Ac61
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
102,80 102,20 102,58 352,5 Resolució òptica (m) 0,31
102,00 102,10 102,13 355,6
Mesures bones 15
HV Error
354,1 9,3
Tabla 8: Dureza Vickers de la probeta Ac61
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
19
Mostra Ac71
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
113,50 115,00 Descartat Descartat x NO Valor Error
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
127,20 126,10 Descartat Descartat x NO (m) 0,40
121,00 121,20 121,13 252,8
120,80 120,80 120,83 254,0 Resolució òptica (m) 0,31
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
20
Mostra Ti11
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
95,32 97,74 96,62 397,3 Resolució òptica (m) 0,31
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
240,30 238,20 236,98 66,0 Resolució òptica (m) 0,80
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
22
Figura 2: Zonas de bruñido del aluminio
Mostra Al11_1 -- 0%, F80, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
9,35 9,28 9,38 105,4 Resolució òptica (m) 0,21
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
23
Mostra Al11_2 -- 0%, F80, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
9,32 9,41 9,43 104,2 Resolució òptica (m) 0,21
9,41 8,95 9,24 108,5
Mesures bones 15
HV Error
104,7 9,1
Tabla 13: Dureza Vickers zona 2 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
24
Mostra Al11_3 -- 0%, F110, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
8,80 8,76 Descartat Descartat x NO
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
9,07 8,89 Descartat Descartat x NO
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
9,15 9,21 9,24 108,5 Resolució òptica (m) 0,21
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
Tabla 14: Dureza Vickers zona 3 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
25
Mostra Al11_4 -- 0%, F110, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
8,95 9,10 Descartat Descartat x NO
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
Tabla 15: Dureza Vickers zona 4 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
26
Mostra Al11_5 -- 50%, F80, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
9,05 9,22 9,20 109,6 Resolució òptica (m) 0,21
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
Tabla 16: Dureza Vickers zona 5 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
27
Mostra Al11_6 -- 50%, F80, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
9,05 9,99 Descartat Descartat x NO
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
8,86 9,43 Descartat Descartat x NO Valor Error
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
Tabla 17: Dureza Vickers zona 6 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
28
Mostra Al11_7 -- 50%, F110, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
9,01 9,02 9,07 112,6 Resolució òptica (m) 0,21
8,92 8,83 8,93 116,2
Mesures bones 15
HV Error
117,3 8,1
Tabla 18: Dureza Vickers zona 7 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
29
Mostra Al11_8 -- 50%, F110, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
8,85 9,00 8,98 114,9 Resolució òptica (m) 0,21
9,11 8,57 8,90 117,2
Mesures bones 15
HV Error
110,3 8,9
Tabla 19: Dureza Vickers zona 8 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
30
Mostra Al11_9 -- 100%, F80, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
7,81 8,14 Descartat Descartat x NO
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
8,75 8,40 8,63 124,6 Resolució òptica (m) 0,21
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
Tabla 20: Dureza Vickers zona 9 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
31
Mostra Al11_10 -- 100%, F80, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
9,13 9,60 9,43 104,2 Resolució òptica (m) 0,21
8,89 8,82 8,91 116,7
Mesures bones 15
HV Error
113,4 10,1
Tabla 21: Dureza Vickers zona 10 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
32
Mostra Al11_11 -- 100%, F110, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
8,75 8,52 8,69 122,9 Resolució òptica (m) 0,21
8,94 9,26 9,16 110,5
Mesures bones 14
HV Error
118,6 10,6
Tabla 22: Dureza Vickers zona 11 bruñido aluminio
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
33
Mostra Al11_12 -- 100%, F110, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
8,65 8,92 8,84 118,6 Resolució òptica (m) 0,21
9,80 8,81 9,37 105,6
Mesures bones 15
HV Error
116,7 11,4
Tabla 23: Dureza Vickers zona 12 bruñido aluminio
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).
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
34
Mostra Ac11
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
134,10 132,60 133,35 208,6 Resolució òptica (m) 0,31
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
Tabla 24: Dureza Vickers de la probeta Ac11
Figura 3: Zonas de bruñido del acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
35
Mostra Ac11_1 -- 0%, F120, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
4,04 4,40 Descartat Descartat x NO
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
4,96 4,87 4,89 387,4 Resolució òptica (m) 0,21
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
36
Mostra Ac11_2 -- 0%, F120, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
4,79 4,47 Descartat Descartat x NO
4,68 4,25 4,43 471,8 Objectiu 100
4,07 4,32 Descartat Descartat x NO
4,55 4,33 4,41 477,3 Valor Error
4,93 4,07 4,47 464,3 pendent 1,02015 0,00190
4,06 4,17 Descartat Descartat x NO Interc. (m) -0,12180 0,10473
4,65 4,92 Descartat Descartat x NO
4,48 4,55 4,48 461,1 (m) 0,40
4,69 4,47 4,55 447,8
4,57 4,49 4,50 458,0 Resolució òptica (m) 0,21
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
Tabla 26: Dureza Vickers zona 2 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
37
Mostra Ac11_3 -- 0%, F220, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
4,05 3,93 Descartat Descartat x NO Càrrega (g) 5 0,075
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
4,32 4,47 4,36 487,4 Resolució òptica (m) 0,21
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
Tabla 27: Dureza Vickers zona 3 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
38
Mostra Ac11_4 -- 0%, F220, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
4,11 4,39 Descartat Descartat x NO Càrrega (g) 5 0,075
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
4,75 4,55 Descartat Descartat x NO Valor Error
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
4,27 4,48 4,34 491,9 Resolució òptica (m) 0,21
4,23 4,47 4,32 497,8
4,68 4,52 Descartat Descartat x NO Mesures bones 15
4,42 4,46 4,41 477,3
4,51 4,52 4,48 461,1 HV Error
481,7 60,9
Tabla 28: Dureza Vickers zona 4 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
39
Mostra Ac11_5 -- 50%, F120, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
5,31 4,87 Descartat Descartat x NO
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
4,80 4,86 4,81 401,5 Resolució òptica (m) 0,21
4,76 4,64 4,67 424,6
4,06 4,30 Descartat Descartat x NO Mesures bones 15
4,91 4,92 4,89 387,4
HV Error
432,4 59,1
Tabla 29: Dureza Vickers zona 5 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
40
Mostra Ac11_6 -- 50%, F120, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
4,30 4,63 Descartat Descartat x NO
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
4,06 4,10 Descartat Descartat x NO Interc. (m) -0,12180 0,10473
4,45 4,31 4,35 490,8
4,79 4,53 Descartat Descartat x NO (m) 0,40
4,48 4,30 4,36 488,5
4,42 4,38 4,37 486,2 Resolució òptica (m) 0,21
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
Tabla 30: Dureza Vickers zona 6 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
41
Mostra Ac11_7 -- 50%, F220, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
4,33 4,20 4,23 518,4 Resolució òptica (m) 0,21
4,53 4,48 4,47 463,2
Mesures bones 15
HV Error
509,8 81,7
Tabla 31: Dureza Vickers zona 7 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
42
Mostra Ac11_8 -- 50%, F220, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
4,26 4,21 4,20 526,0 Resolució òptica (m) 0,21
4,23 4,28 4,22 520,9
Mesures bones 15
HV Error
544,4 71,8
Tabla 32: Dureza Vickers zona 8 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
43
Mostra Ac11_9 -- 100%, F120, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
4,41 4,49 4,42 475,1 Resolució òptica (m) 0,21
4,08 4,43 4,22 520,9
Mesures bones 15
HV Error
464,2 68,3
Tabla 33: Dureza Vickers zona 9 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
44
Mostra Ac11_10 -- 100%, F120, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
4,26 4,36 4,28 507,3
4,30 4,29 4,26 511,0 Reïna
4,21 4,17 Descartat Descartat x NO
4,36 5,08 Descartat Descartat x NO Càrrega (g) 5 0,075
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
4,51 4,35 4,40 479,5 Resolució òptica (m) 0,21
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
Tabla 34: Dureza Vickers zona 10 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
45
Mostra Ac11_11 -- 100%, F220, n1
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
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
Tabla 35: Dureza Vickers zona 11 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
46
Mostra Ac11_12 -- 100%, F220, n5
d1 (u.a.) d2 (u.a.) d (m) HV Dolent Avis
Operari Carla Iserte
3,91 3,72 Descartat Descartat x NO
3,98 4,04 3,97 588,6 Reïna
4,07 3,53 Descartat Descartat x NO
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
4,26 4,27 4,23 518,4 Resolució òptica (m) 0,21
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
Tabla 36: Dureza Vickers zona 12 bruñido acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
48
Figura 5: Pendientes para el cálculo del ángulo alfa 2
Figura 6: Pendientes para el cálculo del ángulo alfa 3
-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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
49
Figura 7: Pendientes para el cálculo del ángulo alfa 4
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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
50
Figura 8: Pendientes para el cálculo del nuevo ángulo alfa 1
Figura 9: Pendientes para el cálculo del nuevo ángulo alfa 2
-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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
51
Figura 10: Pendientes para el cálculo del nuevo ángulo alfa 3
Figura 11: Pendientes para el cálculo del nuevo ángulo alfa 4
-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
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
52
CAPÍTULO 6:
FICHAS DE MATERIAL DE LA HERRAMIENTA
5.1 Latón
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
53
5.2 Acero
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
54
5.3 Muelle
Carla Iserte & Aimar Martin 2015/16
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