Cap´ıtulo 5
Organizaci´ on de estructuras de datos y variables.
5.1. Par´ ametros del proceso de deformaci´ on
CAP´ITULO 5. ORGANIZACI ´ON DE ESTRUCTURAS DE DATOS 65 Temperatura del material en el horno (controlada).
Tiempo entre perforaciones (controlado y registrado).
Perfil de los mandriles (registrado).
Potencia consumida en cada perforaci´on (registrada).
Dimensiones iniciales (barra) y finales (perforado) de cada muestra de material (registradas).
Caudal de agua de refrigeraci´on.
En cada secuencia de perforaci´on se ensay´o al desgaste a un mandril con alrededor de 18 a 20 tochos, salvo algunas excepciones. De esta manera se obtuvieron curvas y valores para cada perforaci´on de esa secuencia. En total se obtuvieron datos completos para veintiocho secuencias de perforaci´on, que incluyeron mandriles de diferentes aleaciones y con diversos tratamientos su- perficiales. Asimismo, hubo variaciones en los par´ametros del proceso, como:
temperatura de horno, caudal de refrigeraci´on, tiempo de permanencia del material en el horno y tiempo entre perforaciones. Estos diferentes valores de las variables par´ametro fueron en gran parte decididos, asegurados y con- trolados, aunque en algunos casos se debieron a causas fortuitas (para m´as detalles, ver ap´endice F).
Los resultados obtenidos a partir de los datos acumulados se componen de: curvas de potencia instant´anea en funci´on del tiempo, curvas de esfuerzo sobre el herramental en funci´on del tiempo y curvas de perfil de los mandriles a lo largo de la secuencia de perforaciones. Los datos generados por el m´odulo electr´onico de adquisici´on, una vez decodificados, se pueden visualizar me- diante tres gr´aficos (Fig.5.1).
La descripci´on completa del sistema electr´onico mediante el cual se ad- quieren los datos se encuentra en el ap´endice D y la descripci´on de los progra- mas escritos para la obtenci´on de datos a partir de los registros de adquisici´on se encuentra en el ap´endice E.
A primera vista, luego de graficar todas las variables registradas y elabo- radas, se observ´o una gran dispersi´on de los datos, sobre todo en los valores m´aximos y promedio y variaciones en la forma de las curvas de consumo el´ectrico.
Observando las curvas de potencia instant´anea de ambos motorreducto- res, se detect´o que el consumo experimentaba una oscilaci´on alrededor de un valor medio. Se calcularon las potencias medias instant´aneas y la amplitud de oscilaci´on de potencia, con sus valores m´aximos y m´ınimos. Estos datos no mostraron una tendencia clara en su relaci´on con las dem´as variables registradas.
Se calcul´o el trabajo pl´astico consumido en perforaci´on a trav´es de la integraci´on de las curvas de potencia media para cada perforaci´on, previa
Figura 5.1: Gr´afico triple de datos adquiridos mediante el sistema electr´onico:
Potencia, esfuerzos sobre el herramental y temperatura interna del mandril, para una secuencia de perforaciones.
sustracci´on del consumo el´ectrico en vac´ıo. Se graficaron los valores resultan- tes en funci´on del n´umero de perforaci´on sin obtener una tendencia clara o marcada a trav´es de las diferentes aleaciones y condiciones superficiales de los mandriles.
El registro de temperatura interna del mandril present´o datos confiables en muy pocas ocasiones al ser una t´ecnica artesanal y experimentar su m´odulo de registro numerosas salidas de servicio, llegando a determinar que la tem- peratura m´axima del interior del mandril a 3mm por debajo de la superficie de su punta fue de 1100◦C. No fue posible relacionar la temperatura interna del mandril con las dem´as variables por la escasa cantidad de mediciones satisfactorias.
Los datos a partir de los cuales se determina el desgaste de mandriles, obtenidos mediante el an´alisis de las fotograf´ıas de sus siluetas, se pueden observar en la figura 5.2
A partir de los perfiles de los mandriles se crearon los denominados pla- nos o mapas de desgaste, que consisten en gr´aficos de longitud de mandril en funci´on del radio esf´erico de la punta de los mismos. Se observ´o a ojo desnudo que el desgaste de los mandriles se manifest´o principalmente en la disminuci´on de la longitud y el aumento del radio.
Se adopt´o un criterio de medida del desgaste que se denomina ¨desgaste normalizado¨y consiste en el cociente entre la medici´on de la variaci´on de la longitud del mandril y la longitud inicial del mismo. No se observ´o una
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Figura 5.2: Radios de mandriles en funci´on de su longitud, en mm, a lo largo de una secuencia de perforaciones. Puede apreciarse la p´erdida de longitud del mandril con el n´umero creciente de perforaciones, as´ı como tambi´en el engrosamiento del perfil en la zona posterior a la punta debido a la deforma- ci´on pl´astica a alta temperatura.
tendencia uniforme en el aumento del radio con el aumento del desgaste para todos los mandriles.
De la observaci´on del registro del esfuerzo axial sobre el mandril en per- foraci´on, expresado en fuerza a lo largo del tiempo, se determin´o que existe un cambio de pendiente en la curva durante el inicio de la perforaci´on hasta el establecimiento del r´egimen estacionario. Se decidi´o crear variables que re- presentaran lo observado para su posterior relaci´on con las dem´as variables.
Estas variables son:
Fuerzas axiales m´axima y promedio en perforacion [Kg]~ Primera pendiente de fuerza axial [Kg~ ·s−1]
Segunda pendiente de fuerza axial [Kg~ ·s−1] Cambio de pendiente de fuerza axial [Kg]~
Trabajo unitario de la componente axial de la fuerza de roce [J·mm−1] Esta ´ultima variable enumerada, denominada tambi´en ’trabajo unitario de la fuerza de roce axial’, consiste en la integral de la curva de esfuerzo axial a lo largo del tiempo que dura la perforaci´on y dividida por la longitud de tocho. Representa el trabajo de la fuerza de roce, en su componente axial, a lo largo de la longitud de material que entra en contacto con el mandril.
Relacionando el desgaste absoluto de los mandriles con la relaci´on entre las pendientes primera y segunda de las curvas de esfuerzo sobre el mandril, se observ´o una relaci´on inversamente proporcional entre estas magnitudes.
Se implement´o el estudio del desgaste a trav´es del par´ametro propuesto en la revisi´on bibliogr´afica, en el punto 2.11:
Figura 5.3: Par´ametro de desgaste abrasivo adaptado en funci´on de la fuerza axial media sobre el mandril, para distintos tipos de tratamiento termoqu´ımi- co superficial.
KAbrasion = X (VP)i (FN)i·(LD)i
(FN)i = (Fa)i
(µ)icos(α)
Se pudo observar que el par´ametro de desgaste propuesto es muy depen- diente del coeficiente de roce, µ, el cual adem´as var´ıa a lo largo del perfil y con las condiciones tribol´ogicas y de temperatura.
Esto se vio manifestado en que los gr´aficos elaborados en funci´on de este par´ametro difieren en mucho entre s´ı en valores al ser el tratamiento termo- qu´ımico superficial una caracter´ıstica con grandes diferencias entre distintas series de ensayos (figura 5.3). En este modelo propuesto, por lo manifestado anteriormente, no resulta aplicable a nuestro caso por la gran disparidad de valores encontrada.
La gran cantidad de variables involucradas as´ı como tambi´en la amplia variaci´on de las mismas, producto de la pr´actica experimental y la propia naturaleza del sistema en estudio, determinaron la necesidad del empleo de diferentes t´ecnicas de an´alisis para la elaboraci´on de una ecuaci´on que des- criba el fen´omeno de desgaste.
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