Rugosidad superficial en el maquinado del acero inoxidable AISI 304 en el proceso de torneado

Ingeniería Mecánica Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría 2024;27(2):e694. ISSN 1815-5944 Artículo de investigación científica y tecnológica Rugosidad superficial en el maquinado del acero inoxidable AISI 304 en el proceso de torneado Surface roughness in the machining of AISI 304 stainless steel in the turning process Irene Aznárez-FerrandoI, Mario Jacas-CabreraII, *, Reynaldo Rodríguez-PérezII, José Carlos Gálvez-CardenteyII, Luis D. Tamayo-SixtoII I. Universidad de Cádiz, Escuela Superior de Ingeniería. Cádiz, España. II. Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría, Facultad de Ingeniería Mecánica, Departamento de Ingeniería Mecánica. La Habana, Cuba. *Autor de correspondencia: Este documento posee una licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial 4.0 internacional Recibido: 4 de enero de 2024 Aceptado: 12 de marzo de 2024 _________________________________________________________________________________________ Resumen Los aceros inoxidables austeníticos, posen un amplio campo de aplicaciones, destacándose el campo de la biomecánica y en particular en la fabricación de diferentes elementos de prótesis, los que requieren una alta calidad superficial para cumplimentar su asignación de servicio, en particular la resistencia a la corrosión y sus características asépticas. Este trabajo tuvo como objetivo obtener la mejor calidad superficial durante el maquinado de acabado en torno CNC del acero AISI 304. En la realización de los experimentos se emplearon como variables independientes la velocidad de corte (2 niveles), y la velocidad de avance (4 niveles). La profundidad de corte se mantuvo constante. Como herramienta de corte se emplearon placas recubierta de nitruro de titanio. El proceso se realizó con fluido refrigerante. Como resultado se determinó la influencia de la velocidad de avance y velocidad de corte en los valores de rugosidad superficial, llegándose a obtener valores de Ra 0,198 y 0,204 µm. Los resultados experimentales obtenidos fueron sometidos a un análisis de regresión, demostrando que el modelo es altamente significativo y se ajusta bien a los datos disponibles. Palabras claves: rugosidad superficial, acero inoxidable austenítico AISI 304, proceso de torneado. _________________________________________________________________________________________ Abstract Austenitic stainless steels have a wide field of applications, highlighting the field of biomechanics and in particular, in the manufacture of different prosthetic cutting elements, which require a high surface quality to complete their service assignment, in particular resistance to corrosion and its aseptic characteristics. The objective of the work is to obtain the best surface quality during the finishing machining of AISI 304 steel on a CNC lathe. In carrying out the experiments, the cutting speed (2 levels), and the feed rate (4 levels) were used as independent variables. The depth of cut remained constant. Titanium nitride coated plates were used as cutting tools. The process was carried out with refrigerant fluid. As a result, the influence of the feed speed and cutting speed on the surface roughness values was determined, obtaining Ra values of 0.198 and 0.204 µm. The experimental results obtained were subjected to a multiple regression analysis, demonstrating that the model is highly significant and fits well to the available data. Key words: surface roughness; austenitic stainless steel AISI 304; turning process. Cómo citar este artículo, norma Vancouver: Aznárez Ferrando I, Jacas Cabrera M, Rodríguez Pérez R, Gálvez Cardentey JC, Tamayo Sixto LD. Rugosidad superficial en el maquinado del acero inoxidable AISI 304 en el proceso de torneado. Ingeniería Mecánica. 2024;27(2):e694. 1. Introducción Los aceros inoxidables austeníticos, posen un amplio campo de aplicaciones, destacándose el campo de la biomecánica y en particular en la fabricación de diferentes elementos de prótesis y endoprótesis, los que requieren una alta calidad superficial para cumplimentar su asignación de servicio, en particular la resistencia a la corrosión y sus características asépticas. Analizando algunos aspectos de maquinabilidad de estos aceros, se plantea en [1] que los aceros inoxidables austeníticos se caracterizan por su baja maquinabilidad, debido a que presentan baja conductividad térmica y Sitio: https://ingenieriamecanica.cujae.edu.cu Correo electrónico: 1 Irene Aznárez Ferrando, et al. Rugosidad superficial en el maquinado del acero inoxidable AISI 304 en el proceso de torneado mayor endurecimiento por la acción del trabajo en frío sobre ellos. Su baja conductividad térmica dificulta la evacuación del calor generado en el proceso de mecanizado, dando lugar a un aumento de las temperaturas en la arista de corte, lo que sugiere el uso adecuado de sistemas de refrigeración durante el corte. En estos tipos de aceros [2], se observa como la dureza medida en la capa superficial, puede llegar a alcanzar durante el maquinado, valores que duplican los valores medidos en el centro de la pieza (entre los 400-500 HB), en una profundidad aproximada de 0,1mm, lo que provoca deformaciones y roturas de la arista de corte de la herramienta, fundamentalmente en maquinados posteriores. Por lo anterior, se recomienda, para las elaboraciones de torneado de acabado de estos materiales, profundidades de corte mayores al espesor de la capa endurecida, uso de herramientas con ángulo de desprendimiento positivo, así como trabajar en máquinas de gran rigidez y estabilidad. Otros aspectos que influyen en la rugosidad superficial durante el maquinado de estos tipos de aceros inoxidables austeníticos son las variables que intervienen en el proceso como: la velocidad de corte (Vc), velocidad de avance (S), profundidad de corte (t), los materiales y geometrías de las herramientas, así como los fluidos de corte a utilizar. Özerkan HB [3], maquinando acero inoxidable 304, con placas recubiertas de radio de punta 0,8 mm, variables de corte en un rango de Vc de 150 a 290 m/min, S 0,2 a 0,8 mm/rev y t 2 mm, demuestra la tendencia a la disminución de la rugosidad superficial con el aumento de la velocidad de corte y la disminución del avance. Los valores más bajos de r ugosidad superficial Ra 0,79 µm se obtuvieron con Vc = 290 m/min, S = 0,2 mm/r y t = 2 mm, no especificando el uso de fluidos refrigerante. Kundu S, et al [4], en un estudio de la maquinabilidad, en máquinas CNC del acero AISI 316L, busca la optimización de los parámetros de corte, de forma tal, que se reduzca el costo y tiempo del mecanizado. Para ello, se lleva a cabo experimentación con herramientas recubiertas en diferentes regímenes de corte. Aquí, se demuestra como una buena calidad superficial se obtiene mediante el torneado con lubricación, a altas velocidades de corte, valores de velocidades de avance bajos, así como con profundidades de corte pequeñas. Del Risco R [5], propone el mecanizado del acero A (...truncated)