Estudio experimental basado en la rugosidad superficial para la selección de herramientas y condiciones de corte en operaciones de refrentado en seco a baja velocidad de piezas de magnesio

Résumé

La reducción de peso se está convirtiendo en una tendencia importante en aplicaciones industriales con el fin de reducir el consumo de energía y disminuir las emisiones a la atmósfera. Para ello, de especial interés resultan las aleaciones de baja densidad como las de base magnesio, empleadas en sectores industriales como el aeronáutico o el de automoción. Las piezas de magnesio utilizadas con función estructural presentan, por lo general, geometrías cada vez más complejas, con elevados requerimientos dimensionales y de rugosidad superficial, que encarecen los costes de fabricación. Esto hace necesario llevar a cabo operaciones de reparación y mantenimiento cuando estas piezas han sufrido cualquier daño. El magnesio y sus aleaciones muestran buenas propiedades para su mecanizado. Sin embargo, presentan importantes inconvenientes como el riesgo de ignición y el riesgo de explosión de las partículas generadas en el mecanizado. Además, se debe considerar el peligro asociado al uso de fluidos de base acuosa, debido a la reactividad del magnesio con el agua para formar atmósferas de hidrógeno, inflamables y potencialmente explosivas. El mecanizado en seco garantiza la eliminación de dicho riesgo y, a la vez, es adecuado en términos de sostenibilidad, tanto desde un punto de vista económico como medioambiental. El mayor uso del magnesio en la industria exige el estudio del material en diferentes tipos de procesos. Hasta la fecha, el escaso número de trabajos que abordan el estudio del proceso de torneado en seco de aleaciones de magnesio se centran en operaciones de cilindrado, no encontrándose en la bibliografía apenas referencias de estudios realizados sobre las operaciones de refrentado. La presente Tesis Doctoral presenta un estudio experimental cuyo objetivo es establecer la mejor selección de herramientas y condiciones de corte para obtener una determinada rugosidad superficial en piezas de magnesio (AZ91D-F) obtenidas mediante refrentado en seco a baja velocidad; entendiendo por baja velocidad las condiciones de corte en las que se emplean bajas profundidades de corte y bajas velocidades de corte y de avance, tales como las que se emplean en las operaciones de reparación y mantenimiento. El estudio recurre a la metodología del Diseño Estadístico de Experimentos, en concreto el diseño de experimentos de Taguchi, evaluando distintos factores como: avance de la herramienta, velocidad de giro del husillo, tipo de herramienta y dos parámetros que, a modo de coordenadas polares, posicionan la zona de medición de la rugosidad superficial sobre la superficie refrentada. Los resultados obtenidos en la investigación se analizan mediante el Análisis de la Varianza (ANOVA), destacando entre las conclusiones la importante influencia del avance en los en la rugosidad superficial. En un grado mucho menor, y por este orden, tienen también influencia estadística: la interacción tipo de herramienta-avance, el régimen de giro del husillo, la interacción régimen de giro del husillo-avance, la interacción tipo de herramienta-régimen de giro del husillo, y el tipo de herramienta. Se comprueba, además, que los dos parámetros considerados para fijar las zonas de medición, no son estadísticamente influyentes. Adicionalmente, se desarrolla un modelo para la variabilidad de la rugosidad superficial, que permite encontrar las condiciones de mecanizado óptimas, facilitando la identificación de tendencias en función de los distintos parámetros.