Bruñido

Modelación Matemática del Esfuerzo Residual Máximo Producido en el Proceso de Bruñido por Rodillo

Edgar López-Martínez1, Bernardo Hérnandez-Morales1, Héctor J. Vergara-Hernández2, Teresita Robert-Núñez1, José A. Barrera-Godínez1, Octavio Vázquez-Gómez1
(1) Facultad de Química, Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F., 04510, México. (2)Instituto Tecnológico de Morelia, Av. Tecnológico 1500, Lomas de Santiaguito, Morelia, Michoacán. 58820 México.
e-mail: barrerag@unam.mx

Resumen

Se formuló un modelo matemático en 3D, basado el método de elementos finitos, para analizar el efecto de la fuerza, el avance y el número de pasadas sobre el esfuerzo residual máximo producido en discos de acero AISI 1045 procesadas por el método debruñido por rodillo. Debido a la dificultad en la medición experimental de los esfuerzos residuales, la validación del modelo se llevó a cabo comparando resultados experimentales con resultados simulados con el modelo matemático del porcentaje de variación del diámetro de los discos de acero sometidos al proceso de bruñido. Una vez validado, el modelo se utilizó para simular los esfuerzosresiduales producidos por el proceso. De los resultados obtenidos de la simulación, se determinó que la fuerza es el parámetro que mayor efecto tiene sobre la magnitud del esfuerzo residual compresivo máximo.

Introducción

Se sabe que el acabado superficial tiene un alto impacto en la vida útil de un componente metálico. Un componente libre de defectos tales como rayas o asperezas generalmente tieneun periodo de vida útil mayor debido a que no concentra esfuerzos. Diversos procesos de deformación plástica superficial, (PDPS), se han utilizado para mejorar el estado de la superficie, entre algunos de ellos se encuentran: bruñido de baja plasticidad (low plasticity burnishing), bruñido por rodillo (roller burnishing), bruñido por bola (ball burnishing) y bruñido por lanzamiento de granalla(shot peening). Los PDPS (Anonymus, 2001; Butler, 2005; Prevéy et al., 2006), son tratamientos mecánicos de superficie que mejoran el acabado superficial eliminando las asperezas e inducen un campo de esfuerzos residuales compresivos en la subsuperficie de componentes mecánicos. Durante un PDPS se aplica una fuerza a través de una herramienta (que actúa como el elemento deformante) sobre la superficiedel material con el objetivo de deformar plásticamente una región cercana a la superficie del material.

Especial interés ha tomado la determinación del campo de esfuerzos residuales, debido a que éste es el que produce una mejora en el comportamiento mecánico de las piezas metálicas. Las mejoras que se pueden conseguir mediante la introducción de éste campo son: aumento en la resistencia a lacorrosión asistida por esfuerzos y a la corrosión por fatiga, y aumento en la resistencia a la fatiga (Hassan et al., 1996; Hassan, 1997; El-Axir, 2000; El-Axir et al., 2005; Hamadache et al., 2006; Prevéy, Ravindranath et al., 2006). Se ha determinado que los parámetros de entrada relevantes para todos los PDPS son: rapidez de alimentación (o avance), número de pasos (o número de pasadas) yfuerza aplicada. Estos trabajos han derivado en correlaciones experimentales, las cuales pueden ser utilizadas para obtener un acabado superficial óptimo, como lo son las tolerancias dimensionales, rugosidad, dureza superficial, campo de esfuerzos residuales, espesor de la capa endurecida, etc. Desafortunadamente las correlaciones experimentales se encuentran limitadas a las condicionesexperimentales utilizadas, por lo que no pueden ser extrapoladas; aunado a esto, el número de experimentos y piezas necesarios para obtener estas correlaciones es muy elevado, y a veces imposibles de realizar. Para resolver esto, diversos autores han formulado modelos matemáticos – basados en el método de elementos finitos - para analizar los PDPS’s (ElTobgy et al., 2004; Zhuang et al., 2004; Bouzid et al.,...