Antecedentes en el estudio de las tensiones residuales en piezas

mecanizado han sido realizados en diferentes materiales como aceros (Henriksen, 1951)(Capello, 2005)(Sa¨I et al, 2001)(Sridhar et al, 2003) materiales cerámicos (Rechy Moisan, 2003)(Mantle y Aspinwall, 2001) y materiales compuestos (Genzel et al, 2005). Algunos de los efectos observados pueden resumirse como sigue.

En los experimentos de corte ortogonal en acero de bajo contenido de carbono, realizados por Liu y Barash, 1982, se observó que la geometría de la herramienta es

determinante en el nivel de tensión residual en la superficie. En Liu et al, 2004 se observó un aumento en las tensiones residuales con el incremento del radio de punta de la herramienta, tras el mecanizado con metal duro.

La influencia de la geometría de la herramienta también fue confirmada por Thiele et al, 2000 en el mecanizado del acero AISI 52100 y por Arunachalam et al, 2004(a) en la aleación Inconel 718, donde el incremento del radio de punta de la herramienta tienen un efecto directo en el incremento de las tensiones de tracción. Se observa la influencia que tiene la velocidad de corte en los resultados de tensiones residuales de tracción, utilizando herramienta de carburo de tungsteno en el mecanizado acero AISI 316L (Henriksen, 1951) o la herramientas de nitruro de boro cúbico (CBN) en la aleación Inconel 718 (Arunachalam et al, 2004 (b)). En este trabajo, un aumento en la profundidad de pasada conduce a una reducción de las tensiones de compresión en profundidad y el aumento de la resistencia a la tracción en la superficie, sin embargo existen otros trabajos que concluyen que el efecto de la profundidad de pasada en las tensiones residuales es mínima (M’Saoubi et al, 1999).

El incremento del ángulo de incidencia hace que aumente la tensión residual de tracción en la dirección de corte (Lo, 2000). El efecto de la longitud del desgaste de flanco es investigada por Lin et al, 1997, y en dicho trabajo se concluye que el aumento de desgaste de flanco producen un aumento en las tensiones de compresión. Lin et al, 2000 también investigan la influencia de la profundidad de pasada y de la velocidad de corte.

En Hua et al, 2005 y Hua et al, 2006 se estudia el torneado de acero endurecido y de acuerdo a sus resultados, un valor de avance alto, dureza elevada del material de la pieza o un incremento en el radio de punta inducen elevadas tensiones de compresión. En esta investigación se presta especial atención al efecto de la geometría de filo (chaflán y redondeo), así como la profundidad de pasada en la tensión residual de la superficie mecanizada, para definir los parámetros óptimos de mecanizado.

El incremento de la velocidad en el mecanizado del AISI 316L conlleva un aumento de la tensión residual superficial y una disminución del espesor de la capa traccionada

(M’Saoubi et al, 1999). Estos resultado están de acuerdo con los obtenidos por Wiesner, 1989 en el mecanizado ortogonal del AISI 304.

Özek et al, 2006 realizan una investigación experimental sobre la maquinabilidad del acero inoxidables austenítico AISI 304 en un proceso de torneado. En los ensayos, se utilizan diferentes valores de velocidad de corte (100 m/min, 150 m/min y 200 m/min), de avance (0,1 mm/rev, 0,2 mm/rev y 0,4 mm/rev) y de profundidad de pasada (0,5mm, 1 mm, 2 mm) para estudiar su efecto sobre la rugosidad superficial, el desgaste de flanco de la herramienta y la temperatura entre pieza y herramienta.

Outeiro et al, 2002 estudian las tensiones residuales inducidas en el torneado del acero AISI 316L. Se presta especial atención a la influencia de los parámetros de corte, tales como la velocidad de corte, el avance y la profundidad de corte. Se miden las tensiones residuales utilizando la técnica de difracción de rayos X (en la superficie de la pieza y en profundidad).

Los efectos de las condiciones de corte en las tensiones residuales se analizan en asociación con los valores de las fuerzas de mecanizado obtenidas experimentalmente. Las tensiones residuales superficiales y las componentes de fuerza tienen la misma tendencia a decrecer con el incremento de la velocidad de corte, y de aumentar con el incremento del avance.

En un trabajo posterior, Outeiro et al, 2006(a) demuestran que las tensiones residuales crecen con la mayoría de los parámetros de corte (velocidad de corte avance y radio de filo). Cabe destacar que para el rango de velocidades estudiadas, entre 100 y 200 m/min, el parámetro que tiene una mayor influencia sobre las tensiones residuales es el avance. Por medio de un modelo analítico se muestra el efecto del radio de filo en las tensiones residuales en el mecanizado.

En Nasr et al, 2007, se desarrolla un modelo de elementos finitos para la predicción de las tensiones residuales en la dirección axial, para un rango de radios de filo

(20–100 μm), en el AISI 316L. Un incremento en el radio de filo implica un incremento en las tensiones residuales, lo cual es consistente con los todos los trabajos previos.

Outeiro et al, 2008 extiende el estudio para el Inconel y realiza una comparativa con el AISI 316L para mecanizado en seco, con herramientas con y sin recubrimiento.

También se han desarrollado diversos estudios relativos a la determinación de las tensiones residuales a partir de modelos numéricos.

En M'Saoubi et al, 1999 se llevó a cabo un importante estudio acerca de las tensiones residuales generadas tras el torneado ortogonal de AISI 316L. Este trabajo ha sido utilizado para validar modelos numéricos desarrollados por otros autores (Salio et al, 2006)(Nasr et al, 2007) y constituye una referencia en este campo.

En Salio et al, 2006 se desarrolló un modelo 2D, utilizando el código de elementos finitos MSC Marc. En Nasr et al, 2007 se desarrolló un modelo en 2D basado en la formulación A.L.E y el código de uso general ABAQUS/Explicit. En este artículo se estudió la influencia del redondeo de arista de corte en las tensiones residuales. Por su parte, en Outeiro et al, 2002 se analizó la correlación entre las tensiones residuales y los parámetros de corte, en el mecanizado del AISI 316L.

En Umbrello et al, 2007 se recoge un trabajo experimental y de modelización numérica utilizando el código comercial DEFORM2D. En él se analiza la influencia de la geometría de la herramienta, resultando en un aumento del nivel de tensión de tracción en la superficie mecanizada con el aumento del ángulo de desprendimiento de la herramienta, el redondeo de arista de corte y el avance.

En Outeiro et al, 2006 (a) se analiza la influencia del recubrimiento en de la herramienta en las tensiones residuales, siendo el aumento del nivel de tensión de tracción el resultado del incremento del redondeo de arista de corte que supone el recubrimiento de la herramienta y a la función del recubrimiento que actúa como aislante térmico, causando que una mayor cantidad de calor fluya hacia la pieza de trabajo.

En Outeiro et al, 2006 (a) se analiza el efecto de las pasadas sucesivas de herramienta en la distribución de tensiones residuales en la superficie mecanizada y en la zona cercana a la misma. Este trabajo muestra un incremento de las tensiones residuales debido a la repetición del corte en la superficie que se ha mecanizado previamente. El modelo utilizado se desarrollo en el código específico DEFORM2D, validado con resultados experimentales. En Outeiro et Diaz, 2006 se analiza la influencia de las propiedades mecánicas del material a mecanizar en el caso del AISI 316L y el AISI 1045.

1.8.5 Antecedentes del estudio del punto y zona de estancamiento del material