Efecto de la estrategia de maquinado, en el proceso de fresado de acabado con herramienta de punta esférica, sobre la rugosidad superficial de la aleación de titanio Ti-6Al-4V (2016)
Resumen: Las aleaciones de titanio son clasificadas dentro de los materiales difíciles de maquinar, no obstante, son usadas en la fabricación de componentes para las industrias aeroespacial, química, biomédica, debido a su excelente relación resistencia mecánica – peso, resistencia a la corrosión y buen desempeño a altas temperaturas. El proceso de fresado con herramienta de punta esférica es utilizado para la obtención de superficies de forma compleja, conformadas por secciones de superficie con curvaturas cero, positivas y negativas. En dichas condiciones, variables como el material de la pieza, el ángulo de inclinación del eje de la herramienta con respecto al vector normal de la superficie, el cambio de la sección transversal de la viruta y la variación del estado tensión-deformación, inciden directamente en la vibración de la herramienta, produciendo cambios anisotrópicos en la rugosidad superficial. En esta tesis se presenta una explicación del efecto de la estrategia de maquinado, en el proceso de fresado de acabado con herramienta de punta esférica, sobre la rugosidad y la microestructura superficial de la aleación de titanio Ti-6Al-4V, fue abordado con base en el modelamiento cinemático del proceso de maquinado y el modelamiento geométrico de la evolución del espesor de la viruta durante su proceso de formación. A efecto de comparación también fueron fabricadas superficies en la aleación de aluminio 7075. Fue diseñada una probeta con superficies de curvatura cero, positiva y negativa. El proceso de diseño consideró las posibilidades de montaje en un centro de mecanizado vertical de cuatro ejes, garantizando una sujeción precisa y rígida de la materia prima. El plan de manufactura fue diseñado teniendo en cuenta criterios de ingeniería de producto y proceso; y fue simulado, antes de ejecutarlo en la máquina real, en un centro de maquinado multiejes CNC virtual implementado en un sistema CAM. Los experimentos piloto permitieron validar el correcto desarrollo de la secuencia de operaciones de manufactura y la rigidez del montaje tecnológico. El comportamiento del vector de velocidad de corte, que define la dirección de desprendimiento de la viruta, fue modelado cinemáticamente en función de los radios de curvatura de la superficie y de la posición relativa entre el eje de la herramienta y el vector normal a la superficie. Debido a que la morfología de la viruta cambia, en función de la dirección del vector de velocidad de corte, el modelamiento geométrico permitió observar la evolución teórica del espesor de la viruta durante su proceso de formación. De las superficies de la probeta maquinada fueron extraídas muestras por medio del proceso de electroerosión de hilo. Se tomaron datos de rugosidad de las muestras de las superficies por medio de microscopia confocal y como resultado se detectaron mayores valores de rugosidad en zonas localizadas de las superficies cóncavas y convexas. Las zonas que presentaron mayor rugosidad superficial corresponden a aquellas en que el proceso de formación de la viruta ocurrió del menor al mayor espesor. En estas zonas se practicaron análisis de microscopía electrónica de barrido, encontrando virutas parcialmente formadas, adheridas y redepositadas sobre la superficie. Se realizaron análisis de microdureza sub-superficial que permitieron determinar una mayor microdureza en las zonas en dónde se presentó el defecto, con respecto a las zonas en donde no se presentó y con respecto al material base. De acuerdo con los análisis metalográficos realizados, en ninguna de las superficies estudiadas se presentó deformación plástica en la sub-superficie. El proceso de fresado de acabado con herramienta de punta esférica no generó el defecto en la aleación de aluminio 7075. De otra parte, el defecto sobre las superficies maquinadas de la aleación de titanio puede ser explicado por la interacción de varios factores: la alta fricción y dificultades para la formación inicial de la viruta, cuando esta se forma del menor al mayor espesor; la alta resistencia a la tracción de esta aleación de titanio junto con su bajo módulo de elasticidad; y a sus características de endurecimiento e inestabilidad termo-plástica durante el proceso de maquinado.