Estudio del efecto de los parámetros de torneado y bruñido sobre la integridad superficial del polímero UHMWPE

Abstract

El proceso de acabado superficial conocido como bruñido con bola ha demostrado ser un proceso económico, rápido y fácil de implementar en materiales metálicos. Su poca investigación en materiales poliméricos, específicamente en el UHMWPE, es una oportunidad de investigación para estudiar el efecto del proceso de bruñido con bola en la integridad superficial de este polímero, cuya implementación con resultados satisfactorios permitiría reducir los altos costos de los procesos tradicionales, así como lograr mejores acabados superficiales con un incremento en la dureza y disminución de rugosidad, que finalmente repercutirán en su resistencia al desgaste y la vida útil de piezas en diversos sectores industriales, tales como: aeronáutico, automotriz, aeroespacial y biomecánico. El polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) es un termoplástico ampliamente utilizado cuando se trata de fabricar piezas maquinadas como engranes, husillos de transporte, juntas, guías, rodillos, bujes, mesas de corte, ruedas, sinfines, catarinas, placas para troqueladoras, perfilesy más recientemente su uso en piezas biomédicas. Debido a este tipo de aplicaciones es que la integridad superficial es de gran interés para la calidad de las piezas o componentes; por lo tanto, es de vital importancia encontrar los parámetros de maquinado que proporcionen una mejoría en la integridad superficial,entiéndase por integridad superficial para este trabajo a la rugosidad (Ra) y dureza (HV) superficiales.Por lo anterior, en esta investigación en una primera etapa se realizó un estudio experimental por medio de un Diseño Central Compuesto (DCC) con Metodología de Superficie de Respuesta (MSR) para el proceso de torneado,donde intervenían los parámetros de velocidad de corte (Vc), profundidad de corte (ap) y avance de corte (f), con el fin de analizar la influencia de dichos parámetros y obtener los valores óptimos que proporcionan una mejoría en la integridad superficial; sin embargo, también se determinó la razón de remoción de material (RRM) la cual es la taza de material removido de la pieza de trabajo por unidad de tiempo y es un factor que evalúa la productividad. Los resultados permitieron obtener modelos de regresión multivariable ajustados que describen el comportamiento de la Raen el rango experimental de estudio, y la función de deseabilidad permitió optimizar los parámetros de corte (Vc=250 m/min, ap=1.5 mm y f=0.27 mm/rev) para obtener la mínima rugosidad superficial dentro del rango experimental estudiado de Ra =4.3 μm, siendo la Ra inicial de 15.072 μm. Una vez determinados los parámetros de corte que proporcionan la rugosidad mínima, estos se fijaron para en una segunda etapa aplicar el proceso de bruñido con bola buscando disminuir más la rugosidad superficial e incrementar la dureza. Un diseño de experimentos similar se realizó para el proceso de bruñido considerando los parámetros de fuerza de bruñido (F),avance de corte (f) y velocidad de corte (Vc). Los resultados arrojaron una mejoría de la Ra en un 52% y de la dureza en un 33%, la función de deseabilidad arrojó que los siguientes parámetros de bruñido Vc=274.938 m/min, F = 170 Nyf=0.05 mm/rev permiten optimizar la rugosidad superficial minimizándola a un valor de2.94 μm. Se puede concluir que la combinación del proceso de torneado y bruñido con bola mejoran la integridad superficial del UHMWPE de manera sustancial, los resultados de los ANOVA para cada uno de los procesos mostraron que el factor de avance (f) es el que más influye en la Ra en ambos procesos. Sin embargo, se descubrió que los valores bajos de avance empeoran la rugosidad superficial,porque la alta temperatura que se genera a avances bajos degrada el material mientras que los avances altos la mejoran.Los modelos de predicción encontrados presentan un coeficiente de regresión de 96.83% para el proceso de torneado y de 91.87% para el proceso de bruñido con bola, esto nos permite una predicción acertada de las variables de respuesta.