Investigation of sequential cryogenic hard turning and ball burnishing processes

Investigación de procesos criogénicos secuenciales de torneado en duro y bruñido de bolas

Este trabajo presenta un proceso de mecanizado secuencial que incorpora el torneado en duro CBN con preenfriamiento criogénico de la pieza (CHT) y el bruñido con bolas (BB). El objetivo principal de este estudio fue seleccionar las condiciones de mecanizado que mejoran la calidad de las piezas mecanizadas por torneado en duro, incluyendo la rugosidad superficial Ra de aproximadamente 0,2 μm, buenas propiedades de rodamiento y la reducción de la capa blanca. Se analizan los cambios de la rugosidad superficial, la textura superficial, las alteraciones de la microestructura y la distribución de la microdureza.

INTRODUCCIÓN

Los procesos de mecanizado modernos deben ser cada vez más eficaces, menos costosos, respetuosos con el medio ambiente y sostenibles. Estos criterios suelen aplicarse como referencia a las operaciones de mecanizado en duro y criogénico. Sin embargo, el mecanizado en duro no ha sustituido a las operaciones de rectificado en la medida en que se esperaba hace unas décadas, a pesar de sus numerosas ventajas tecnológicas [1]. Una tecnología relativamente nueva que es capaz de limitar estos cuellos de botella tecnológicos es el bruñido por deslizamiento o rodillo de las superficies torneadas o fresadas en duro, utilizando herramientas de bruñido comerciales especiales, por ejemplo cabezales hidrostáticos.

Las principales ventajas aportadas por el bruñido de un acero para rodamientos de dureza 62 HRC fueron la reducción del parámetro Ra a 0,17 µm y la inducción de tensiones residuales de compresión de 1600 MPa en la subcapa superficial [2]. La relación Ra_t/Ra_b (Ra_t y Ra_b son los valores del parámetro de rugosidad Ra tras el torneado y el bruñido respectivamente) oscila entre 1,4 y 2,4 [3].

Por otro lado, el mecanizado criogénico sostenible se utiliza ampliamente para eliminar las alteraciones estructurales, especialmente la formación de capa blanca [4]. Este hecho inspiró a los autores a investigar en profundidad los efectos del tratamiento criogénico de la pieza antes del bruñido con bolas. La evaluación preliminar de los efectos tecnológicos resultantes del bruñido con bolas de superficies torneadas duras en seco fue comunicada por los autores [5]. El presente estudio se centra en un proceso de mecanizado secuencial que combina el mecanizado en duro de acero para rodamientos preenfriado criogénicamente y el bruñido con bolas.

ESTUDIOS EXPERIMENTALES

Condiciones de mecanizado

Se realizaron una serie de ensayos de mecanizado en duro (Figura 1a) utilizando acero 41Cr4 (AISI 5140) con una dureza Rockwell de 57 ± 1 HRC y herramientas de bajo contenido en CBN que contenían aproximadamente un 60 % de CBN, grado CB 7015 de Sandvik Coromant, respectivamente.