ANÁLISIS NUMÉRICO

IV. 12 Desarrollo y evaluación experimental

En esta sección se graficaron los resultados obtenidos de las deformaciones en el método de respuesta de grieta la Figura IV.22. La erosión del espécimen fue realizada en 9 probetas de las cuales 3 fueron para una profundidad de 1mm de corte así sucesivamente ello con objeto de corroborar los resultados, en las Figuras IV. 22, 23 y 24. Se muestran estos resultados de las

deformaciones de cada grupo, fue seleccionada una curva para obtener la ecuación de tendencia polinómica misma que servirá en la obtención de los esfuerzos residuales mediante el programa en

FORTRAM.

Figura IV.22.- Probeta erosionada

Las deformaciones obtenidas por el método CCM y con el puente de Wheatstone para las muestras

de 1, 2 y 3mm de corte se pueden ver en las Figuras IV.23, 24 y 25 la comparación de los

resultados, se elaboró una ecuación de tendencia polinómica para cada curva de espécimen. Subsiguientemente se evaluaron los esfuerzos residuales.

Figura IV.24.- Gráfica para las deformaciones por medio CCM muestras D, E y F

Las Figuras IV.26, 27 y 28 muestran el campo de esfuerzos residuales comparandos en la profundidad de corte, luego las Figuras IV.29 y 30 muestran el campo de esfuerzos residuales comparando los máximos y mínimos esfuerzos remantes para cada profundidad de corte. Se observa que tiene un equilibrio axisimétrico en general a partir de 0.3mm de profundidad. La literatura indica que los esfuerzos residuales en corte de viruta son producto de los cambios de face por tempeatura y deformación plástica, se supondría un mayor campo de esfuerzos remanentes con el incremento de la profundidad de corte, pero los resultados indican que no siempre se cumle dicha suposición como lo hace notar Liu [IV.25] en su investigación sostiene que pequeñas profundidades de corte no necesariamente producen bajos esfuerzos en la superficie. Lo que concuerda con los resultados obtenidos que se encuentran a una menor escala de esfuerzos residuales en la superficie para una profundidad de corte de 3mm, que es la máxima profundidad de corte en el experimento.

Figura IV.27.- Gráfica de esfuerzos residuales corte de 2mm muestras D, E y F

Figura IV.29.- Gráfica de mínimos esfuerzos residuales

Se puede obserbar en la graficas una variacion en la magnitud de esfuerzos residuales cuando se maquino a 2mm y a 3mm de corte. El discernimiento de variacion en la magnitud de los esfuerzos residuales puede ser muy amplio y ambisioso para este trabajo, sin enbargo autores como Axir

[IV.26] manifiestan que la influencia de los esfuerzos residuales esta marcada en su mayoría por cargas mecánicas lo que deja en un segundo plano cargas térmicas o factores como sujeción o vibraciones, un punto importante que es necesario hacer notar es el desgaste de la herramienta dicho desgaste además de incrementar la fricción y por ende la temperatura aumentará las fuerzas de corte, que se manifiesta en carga mecánica.

IV.15.- Sumario

El capítulo precedente lleva a cabo el análisis experimental. La teoría que relaciona al método de respuesta de grieta (CCM) con el proceso de inducción de “grieta” y los pormenores en la elaboración de las probetas y la obtención de los esfuerzos residuales.

En este cápitulo aborda el análisis experimental, se sugiere una geometría usada para este ensayo se habla sobre las propiedades mecánicas y químicas del material importantes para la comprensión del fenómeno de corte de viruta, se indica que es necesario hacer un revenido para igual en la mayor medida las condiciones del material en el análisis numérico y el experimental, luego se determina la dureza comparándola con los datos del fabricante, posteriormente se explica la manera en que se realizo el mecanizado, dando cuenta de las maquinas y herramientas usadas, así como datos técnicos importantes. Luego se menciona la preparación del espécimen para la siguiente operación el pegado de las galgas extensometricas, se menciona el trabajo técnico necesario para inducir una ranura por medio de electrodescarga y la práctica para tomar las lecturas de deformación por mediante el puente de Whinstone, por ultimo se grafican los resultados deformaciones y esfuerzos residuales.

IV.16.- Referencias

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26.El-Axir, M. H., A Method of modeling residual stress distribution in turning for different materials, Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 42, pp 1055-1063, 2002.

CAPÍTULO V

DISCUSIONES Y

CONCLUSIONES

V.1.- Discusiones:

El capitulo III es el análisis numérico mediante el método de elementos finitos MEF, este trabajo a utilizado una técnica de Acoplamiento Euleriano-Lagrangiano con el programa ABAQUS/Explicit, el modelo es usado comúnmente en análisis de fluidos así como en análisis de materiales con elevada deformación plástica como lo es el corte de viruta. Aunque existen software especializados como DEFORM, el estudio realizado ha usado el paquete ABAQUS por su versatilidad el modelo analiza el problema adiabáticamente lo que restaría el factor temperatura del proceso, no obstante las condiciones de corte en el ensayo experimental fueron llevadas en términos de reducir al máximo la temperatura generada, se evaluaron resultados de un modelo con endurecimiento isotrópico y un modelo con endurecimiento cinemático (Tabla V.1). En esta tabla se muestra discrepancia en el resultado numérico para los casos con endurecimiento Isotrópico y Cinemático. En la Figura III.11 se puede observar los resultados de modelo de endurecimiento isotrópico para los casos de 1, 2 y 3mm, el campo de esfuerzos residuales es en tensión. Comparado con autores es de la literatura con Outeiro [V.1] concuerdan en que están presentes en tensión sin hacer un equilibrio a la profundidad de 1.2mm.

La inducción de esfuerzos residuales por corte de viruta y los factores que los generan son diversos, la profundidad de corte es un factor y su efecto en el campo de los esfuerzos remanentes es tratado en este trabajo para tres condiciones, 1, 2 y 3mm de profundidad, una velocidad de corte

fue Vc de 160 m/min con una herramienta de dos porta insertos a 1591 rpm, debido características

químicaseste material es difícil de maquinar, para atenuar esta dificultad en la actualidad se utilizan herramientas de corte con recubrimientos que reducen la fricción herramienta-material, en este trabajo se utilizó un inserto APLX 100308 TR Lamina Technologies recubierto Alonitruro de titanio

(TiAlN) depositado por aplicación de vapor física, además el proceso fue enfriado con refrigerante

sintético lo que le da lubricación y refrigeración al corte, conjuntamente el material tiene una baja conductividad térmica, con todas la medidas empleadas reducen la temperatura para considerar deformaciones y cargas mecánicas como principal factor de inducción de esfuerzos residuales.

En el capitulo IV refiere al estudio experimental y metodología desarrollada para evaluar los esfuerzos residuales, en corte de viruta son calculados experimentalmente en su mayoría por métodos no destructivos (difracción de rayos X) en este trabajo se realizó la medición de los

esfuerzos residuales por un método destructivo el método de respuesta de grieta (CCM), en este método es inducida una ranura mediante erosión por descarga eléctrica, liberando los esfuerzos remanentes y capturando las deformaciones producidas por el relajamiento de los esfuerzos residuales del material, este método es reconocido por la comunidad científica, en esta tesis se trabajo una probeta con un espesor de final de 2mm para cada ensayo, comparando los resultados por profundidad de corte, cuando el espesores es delgados el material es ve afectado en su estructura por efecto de las deformaciones y temperatura. Si bien la geometría es modificada por deformaciones, la estructura interna del material sufre de desfavorables variaciones, la velocidad de deformación impacta de manera sensible a los aceros austeniticos elevando su dureza por deformación. Aunque la dureza es favorable, los esfuerzos residuales no lo son en su mayoría aparecen en tensión en la superficie en el corte de viruta, en la Tabla V.1 se muestra la comparación de los esfuerzos para un ensayo experimental y los análisis numéricos, los inconsistentes valores. Según el criterio de este trabajo son el resultado del desgaste de la herramienta, de la cantidad de presión al momento de sujetar la probeta y del espesor de la probeta misma. En la Figura IV.28 se muestran los resultados de las probetas de 1, 2 y 3mm se puede observar que el campo de esfuerzos residuales tiene un comportamiento tensión-compresión con una tendencia al equilibrio el comportamiento se asemeja a los descritos en la literatura. Outeiro [V.1] y Mohamed [V.2].

Tabla V.1.- Valores de los esfuerzos residuales en la superficie de las probetas

Método Probeta 1mm (MPa) Probeta 2mm (MPa) Probeta 3mm (MPa) Experimental 1191 1067 984.5 1553 834.3 695.2 752.9 663.1 308.7 Isotrópico 566.975 596.85 564.377 Cinemático 1397.14 967.966 1904.28 V.2.- Conclusiones

En este trabajo de tesis se realizó la investigación del estado del arte donde se obtuvieron las siguientes observaciones:

 Los esfuerzos residuales por corte de viruta son sujetos de dos factores primordiales: térmicos y mecánicos.

 La influencia de los fenómenos térmicos constituye un campo de exploración relacionado con la fricción herramienta-metal, fricción por deformación interna de la estructura del material.

 Los esfuerzos residuales pueden ser evaluados por deformación y cargas mecánicas.

 Los análisis experimentales para determinar el campo de esfuerzos residuales son llevados acabo en su mayoría por métodos no destructivos.

Se reviso el marco teórico con las siguientes indagaciones:

 Se han realizado modelos matemáticos que explican de manera parcial los fenómenos térmicos y mecánicos, algunos más rebuscados, otros tratan de simplificar el modelo pero ninguno explica el fenómeno en su totalidad.

 El análisis numérico comprendió el uso del paquete ABAQUS/Explicit para evaluar el campo de esfuerzos residuales con las siguientes conclusiones:

 Se elaboró un modelo numérico acoplado Euleriano-Lagrangiano (CEL), el cual simplifico la entrada de datos del comportamiento del material en los que de otra manera habría que incluir la velocidad de deformación a diferentes temperaturas, un modelo de fallo, un modelo termo-mecánico ecuación (Johnson-Cook), además de realizar un modelo más complejo para la simulación numérica (Arbitrario Euleriano-Lagrangiano).

 Aunque hay programas en los que contiene un modulo especifico, Con el uso de el modelo

(CEL) fue posible ingresar resultados de la caracterización mecánica del acero usado en este

trabajo obtenidos del trabajo de tesis de Arafat Molina de esta sección de estudios de posgrado e investigación (SEPI). Haciendo notar que la caracterización da resultados aceptables.

 Considerando que el modelo (CEL) tiene una formulación adiabática que en cierto grado disminuye el acercamiento a la realidad, no obstante los resultados obtenidos fueron comparados con otros autores encontrando una aproximación y con las observaciones de autores que afirman que los esfuerzos residuales por corte de viruta esta fuertemente influenciados por las deformaciones plásticas.

El análisis experimental del campo de esfuerzos residuales se consiguió mediante las microdeformaciones por relajamiento de los esfuerzos residuales al inducir una grieta por electrodescarga, de los resultados se obtienen las conclusiones siguientes:

 El método de respuesta de grieta (CCM) fue aplicado satisfactoriamente, el campo de esfuerzos residuales obtenido concuerda con estudios de la literatura.

 Los resultados experimentales difieren ya que a juicio de este trabajo existen dos agentes externos que no son controlables: El desgaste de la herramienta y la cantidad de presión en la probeta.

In document Análisis numérico experimental de aceros de alta resistencia derivados de conformación plástica sometidos a procesos de arranque de viruta. (página 125-138)