Defined structured cemented carbide tools for abrasive machining processes
- Autores: Shiqi Fang
- Directores de la Tesis: Luis Llanes Pitarch (dir. tes.), Dirk Bähre (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Georg Frey (presid.), Emilio Jiménez Piqué (secret.), Flavio Soldera (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado Erasmus Mundus en Ciencia e Ingeniería de Materiales Avanzados / Advanced Materials Science and Engineering por la Universidad Politécnica de Catalunya; Linköpings Universitet(Suecia); Luleå Tekniska Universitet(Suecia); Universität des Saarlandes(Alemania) y Université de Lorraine(Francia)
- Materias:
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- Resumen
Las herramientas para aplicaciones de mecanizado abrasivo suelen ser fabricadas a partir de materiales heterogéneos, constituidos principalmente por dos fases: unaaglutinante y otra en forma de partículas la cual actúa como agente abrasivo. Debido al proceso de producción, la microestructura de estos componentes presenta una distribución altamente heterogénea en la superficie de las herramientas. Este hecho puede inducir inestabilidad mecánica durante su empleo. Por ejemplo, las herramientas utilizadas en los procesos de bruñido (honing stones) a menudo se degradan debido a la rotura de las partículas de CBN/diamante. Este fenómeno se debe principalmente a su geometría irregular, lo cual implica que durante el proceso de mecanizado, estas herramientas se vean sujetas a tensiones elevadas.
En esta tesis doctoral se pretende dar un nuevo enfoque en la manufactura de herramientas de corte. Con ello, se intenta diseñar microestructuralmente (y fabricar) nuevos materiales, mediante la implementación de rutas de modificación superficialpara ser emplados en procesos de mecanizado abrasivo. Los carburos cementados, también conocidos como metal duro, constituyen una de las familias de materiales ampliamente utilizados en el mercado actual, debido a que son materiales refractarios, con una alta tenacidad a fractura, y una dureza elevada, así como una excelente resistencia al desgaste.
La modificación superficial se ha utilizado ampliamente con el fin de mejorar las propiedades a nivel superficial de estructuras complejas. Para tal fin, la tecnología láser con un pulso corto y/o ultracorto, se ha convertido en una técnica convencional en el proceso de mecanizado de precisión, ya que es rápido, limpio y eficiente. Especialmente, con ella se puede evitar la generación de defectos térmicos comunes como poros, grietas etc, en comparación con métodos de mecanizado no abrasivo tradicionales en el metal duro, como la electroerosión. En particular, el texturizado superficial mediante láser (TSL), se utiliza para modificar la superficie y de esta manera mejorar su respuesta bajo solicitaciones de contacto. En este sentido, generar una estructura homogénea y bien definida en la superficie puede incrementar el rango de aplicación de los carburos cementados. En general, dicho tratamiento permite: mejorar el comportamiento tribológico y generar bordes de corte afilados con características geométricas definidas.
El metal duro se propone y valida como un material alternativo para la fabricación de herramientas de corte bajo condiciones de trabajo similares a las que se dan en el proceso de bruñido. En este sentido, el láser de pulso ultracorto se emplea para producir patrones superficiales, con el fin de obtener nuevos materiales con las mismas propiedades, o incluso mejores, que las que presentan los materiales utilizados hoy en día para esa aplicación. Para tal efecto, se evalúan los parámetros geométricos de los diferentes patrones superficiales producidos por la técnica de láser de pulso ultracorto, así como su integridad mecánica a nivel superficial. Finalmente, a partir de ensayos tribológicos y pruebas bajo condiciones de servicio, se busca seleccionar la mejor metodología para su producción.
En resumen, se ha logrado producir estructuras bien definidas en las superficies de herramientas de metal duro mediante la implementación de la tecnología láser de pulso corto/ultracorto. La evaluación de la integridad superficial demuestra que las estructuras producidas tienen una alta precisión geométrica y no dan lugar a defectos evidentes (e.g. microgrietas, etc.). Los resultados de las pruebas muestran que la fricción se puede reducir debido a la presencia de estos patrones de textura superficial, y los filos de corte creados permiten un arranque efectivo de viruta.
