Se lleva a cabo una segunda fase de ensayos en la que se compara el recubrimiento AlTiSiN-G, el de mejor comportamiento, con dos nuevos el TiAlCN-CBC y el AlTiSiN- 18. En todos estos machos se introducen mejoras micrométricas y de preparación superficial previa y posterior a recubrir.
Las condiciones del taladrado, de roscado y de refrigeración interna y externa son las mismas en todos los casos, e iguales a las de la fase primera serie de ensayos. Se emplean brocas nuevas para taladrar antes de roscar con cada macho. Se ensayan dos machos por cada recubrimiento. Se recogen los valores del desgaste a las 54, 108, 162 y 216 roscas. La comparación se realiza con la medición del desgaste, del par medio y de las imágenes del microscopio electrónico (SEM).
4.6.1 Comparación del desgaste VB
En la Figura 4.22 se muestra el valor los desgastes medios, de los dos machos, VB medidos en el microscopio óptico por cada recubrimiento, que dan los siguientes resultados:
Figura 4.22: Comparación de los desgastes de flanco medios por recubrimiento hasta 216 roscas
El recubrimiento con el que se obtiene el peor resultado es el AlTiSiN-18 (0,73 mm) y los que mejor el TiAlCN-CBC (0,48 mm) y el AlTiSiN-G (0,42mm).
4.6.2 Comparación del par medio
Se recogen los resultados de la medición de los pares medios hasta 216 roscas, de la media de los dos machos por recubrimiento, en la Figura 4.23, es la siguiente:
Figura 4.23: Comparación del par medio de roscado por cada recubrimiento hasta 216 roscas
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 54 108 162 216 (mm) Rosca núm.
Desgaste VB
AlTiSiN_18 TiAlCN_CBC AlTiSiN_G 3,90 4,40 4,90 5,40 5,90 6,40 1 54 108 162 198 216 (Nm) Rosca núm.Par medio de Roscado
AlTiSiN_18 TiAlCN_CBC AlTiSiN_G
También en este modo de comparación se corrobora que el par medio y por tanto el menor desgaste corresponde al recubrimiento AlTiSiN-G y que los peores valores son los del AlTiSiN-18.
4.6.3 Imágenes al SEM
Del segundo y tercer diente de chaflán de los machos de los tres recubrimientos después producir 216 roscas:
- De la cara de desprendimiento:
Figura 4.24: Imágenes de la cara de desprendimiento y detalle de los filos por recubrimiento. Aumentos: x50 y x500
Comparando los filos de corte, de la Figura 4.24, se aprecia el mayor redondeo y desgaste del filo de AlTiSiN-18 (1). Y en (3) en el que se produce el menor desgaste, en el de AlTiSiN-G. En (2) se aprecian los puntos blancos de carburo de tugsteno del sustrato, pero mayor desgaste que en (3). En el caso del AlTiSiN-G sobre el filo se ve el ADI adherido que recubre el filo y reduce su desgaste respecto a los otros dos recubrimientos. En (3) también se aprecian ciertas trazas verticales del efecto abrasivo sobre el ADI adherido. En el TiAlCN-CBC (4) se produce la máxima atrición (desprendimiento del recubrimiento siguiendo líneas horizontales) en la cara de desprendimiento de los tres casos.
- De la cara de incidencia:
7
AlTiSiN-18
TiAlCN-CBC
AlTiSiN-G
1
2
3
4
Figura 4.25: Imágenes de la cara de incidencia y detalle de los filos por recubrimiento. Aumentos: x50, x500
En la Figura 4.25, en el AlTiSiN-18 también se produce el mayor aumento del filo recrecido por adhesión de ADI (5) que justifica el peor resultado de este recubrimiento. En el TiAlCN-CBC (6) se produce también un destacable filo recrecido. En (5) y (7) se pueden ver marcas de desgaste por abrasión en los filos de corte (líneas de arrastre de material). El filo del recubrimiento AlTiSiN-G es el que mejor aspecto presenta (7). En los tres recubrimientos se aprecia que el mecanismo de desgaste predominante es por adhesión del ADI a los filos y aristas, y recrecido del filo, y cuando se desprende aparecen los puntos blancos del carburo de tugsteno del sustrato.
Los mejores resultados corresponden al recubrimiento AlTiSiN-G en desgaste VB, par y análisis al microscopio SEM. Los machos recubiertos con TiAlCN-CBC también ofrecen buenos resultados. Y los peores son los de AlTiSiN-18.
El recubrimiento TiAlCN-CBC tiene un coeficiente de fricción bajo, pero no tiene una dureza tan elevada como las del AlTiSiN-G y sobre todo no tiene capacidad de trabajar a elevadas temperaturas, está limitado a 500 ºC. Este conjunto de características influye para que su comportamiento no sea tan bueno como el del AlTiSiN-G.
4.6.4 Conclusiones a los segundos ensayos
- El recubrimiento AlTiSi-G es el que vuelve a obtener los mejores resultados. - El TiAlCN-CBC obtiene también buenos resultados, y el AlTiSiN-18 es el que
peor se comporta.
4.6.5 Mejoras superficiales en los machos
Se compara el efecto que tiene introducir ciertas mejoras superficiales y micrométricas respecto a la preparación habitual que realiza el recubridor. La comparación se realiza entre los machos recubiertos con el AlTiSiN-G, del primer ensayo, con la preparación estándar y los machos del segundo ensayo con las mejoras incorporadas. Se introducen las siguientes mejoras superficiales previas y posteriores a recubrir a todos los machos que intervienen en la segunda tanda de ensayos:
Para reducir la delaminación en la parte posterior de los dientes, tal como se muestra en la Figura 4.26, se incrementa la distancia de alivio a 0,11 mm. Depués de introducir esta modificación no se vuelven a apreciar nuevas delaminaciones en esta zona, en ningún caso.
Figura 4.26: Delaminación en la parte trasera del diente y modificación del chamfer relief (zona de alivio) en un diente nuevo
Se aplica el tratamiento superficial previo al recubrimiento con el que se pretende reducir la rugosidad de las líneas del rectificado, aumentar las tensiones superficiales del sustrato, y también se busca el radio de filo de corte “óptimo”. Con este fin, a un lote de varios machos nuevos iguales se realiza un pulido por micro granallado en una máquina SGT a 4,5 MPa, con distintos tiempos de aplicación comprendidos entre 0 y 20 segundos con proyección de bolitas de vidrio de Ø70 µm. A continuación, se limpian y se recubren. Después del recubrimiento se realiza un post-tratamiento para reducir el efecto de las gotitas de recubrimiento (droplets) y también para mejorar la tensión superficial del recubrimiento. Se realiza un tratamiento de pulido orbital (drag grinding) a baja presión de 0,2 MPa con cáscara de nuez como abrasivo en una máquina OTEC.
Se analizan los amchos en un microscopio Leica Z6 APO®. Los filos más agudos presentan un recubrimiento más frágil en la arista y los más romos un filo poco afilado, pero una mejor adherencia del recubrimiento. El criterio de elección ha sido escoger el filo de radio de menor valor con el que el recubrimiento esté bien adherido al filo de corte. En la Figura 4.27 se muestran las imágenes correspondientes a los cuatro radios de filo:
Figura 4.27: Radio de redondeo menor con el que no se produce desconchado del recubrimiento
El radio que mejor resultado aparente ofrece es el correspondiente a 22µm. Corresponde al micro granallado previo a recubrir de 4,5 MPa y 7.5 s con bolitas de vidrio de Ø70 µm.
4.7 ENSAYOS DE MACHOS MEJORADOS CON PREPARACIONES