Estudio de la maquinabilidad de diferentes fundiciones nodulares en operaciones de rectificado y taladrado

Abstract

Las fundiciones de hierro con grafito esferoidal (DI) son un grupo de aleaciones ternarias Fe-C-Si cuya microestructura consiste en nódulos de grafito embebidos en una matriz metálica. Si bien no son de reciente aparición, han presentado grandes desarrollos y avances en las últimas décadas. Estos avances han permitido que sean empleadas en diversas áreas gracias a su bajo costo, amplia gama de propiedades mecánicas y por poder obtenerse con la forma y las dimensiones cercanas a las finales. Sin embargo, no siempre resultan ser directamente aplicables en su condición colada. Frecuentemente es necesario alcanzar ciertos requerimientos de tolerancias dimensionales, de forma y/o de acabado superficial, volviéndose inevitable la aplicación de al menos un proceso de mecanizado. Entre las DI, están presentes las fundiciones nodulares austemperadas (ADI), las cuales se destacan del resto debido a las propiedades ventajosas que le confiere su microestructura. La misma consiste de nódulos de grafito embebidos en una matriz ausferrítica que permite obtener propiedades mecánicas superiores a las de una DI convencional. Dado que hay ciertas aplicaciones que requieren que el material presente alta tenacidad y buena maquinabilidad, se ha desarrollado una nueva variante (IADI) que contiene ferrita libre dispersa en la matriz metálica ausferrítica. Al momento de mecanizar una pieza que debe ser tratada térmicamente, lo usual es realizar una operación de desbaste cuando el material presenta dureza relativamente baja, es decir previo al tratamiento térmico y otra de acabado cuando el material ya adquirió las propiedades mecánicas deseadas. Esta última operación, si bien suele ser dificultosa, es necesaria para poder eliminar las deformaciones producidas en la superficie del material sometido al tratamiento térmico o para alcanzar las especificaciones dimensionales y de acabado. Aún cuando en materiales como la ADI es posible predecir las deformaciones y cambios de volumen que se producen durante el tratamiento térmico, en muchos casos no es posible eliminar la etapa de mecanizado final. Existen diferentes tipos de mecanizados que tienen como objetivo general la generación de superficies. No obstante, cada uno de ellos presenta características particulares que lo hacen la opción más adecuada en la fabricación de ciertos componentes. En estos procesos es importante conocer y entender el comportamiento del material frente al mecanizado (maquinabilidad) para poder obtener los resultados deseados y a su vez optimizar las etapas de producción. En el caso de la IADI, la información disponible es muy escasa debido a su reciente desarrollo. En este trabajo se estudia la maquinabilidad de DI con diferentes microestructuras, empleando diferentes condiciones operativas en dos procesos de mecanizado: rectificado plano tangencial y taladrado. El estudio se lleva a cabo abordando la maquinabilidad con tres enfoques diferentes: alteraciones producidas en el material (acabado e integridad superficial), comportamiento de la herramienta (vida útil y evolución de desgaste) y requerimientos del proceso sobre la máquina (consumo de potencia y fuerzas involucradas). Se analizan diferentes aspectos de la integridad superficial obtenida durante un proceso de rectificado y se compara la rectificabilidad de DI con diferentes microestructuras. Se analiza experimentalmente la influencia de los parámetros de corte en rectificado y las características microestructurales, sobre el acabado superficial de ADI e IADI. Se determina la influencia de los parámetros de corte en la topografía superficial cuando se aplica el sistema MQL (Minimum Quantity Lubrication) para rectificado de ADI. Finalmente, se propone y se pone a punto una metodología de ensayo que evalúa la maquinabilidad de ADI e IADI en procesos de taladrado con diferentes condiciones de corte y diferentes geometrías de herramienta. Los resultados mostraron que todas las superficies presentan una buena terminación superficial luego de ser rectificadas bajo las condiciones seleccionadas. Para diferentes requerimientos de acabado e integridad superficial, sería posible seleccionar las condiciones de corte más adecuadas. Además, se logró establecer una relación entre la distorsión producida en piezas de pared delgada y el perfil de tensión residual introducido durante el rectificado. Se pudo determinar que la aplicación del sistema MQL en el rectificado de ADI es posible, generando buenos resultados, y pudiendo aprovechar las ventajas que éste posee respecto del sistema inundado. Se logró poner a punto una metodología de ensayo para analizar la maquinabilidad de ADI e IADI en operaciones de taladrado. Se estableció que uno de los parámetros más influyentes en la vida de la herramienta es su geometría. Se observó que el mecanismo de falla en las herramientas al mecanizar ADI e IADI resultó ser diferente, siendo desgaste del flanco en el primer caso y astillamiento o deformación plástica en el segundo. Mail del autor María Emilia Furno <mefurno@fi.mdp.edu.ar>