la reducción de costos de producción de las

la reducción de costos de producción de las

LA REDUCCIÓN DE COSTOS DE PRODUCCIÓN DE LAS
BROCAS PARA MURO CON INSERTO METÁLICO DURO
Objetivos de la innovación tecnológica
1. Permitir el templado del vástago y la soldadura del inserto de metal duro
directamente sobre la línea de producción
2.
Permitir la utilización de materiales menos costosos sin comprometer su calidad
3.
Realicar un palpable ahorro energético
Giorgio Mazzola & Massimo Mosca
SOLDADURA DEL INSERTO
Objetivo del equipo
El equipo permite la soldadura automática del inserto en material sinterizado que se
monta sobre la broca.
El material de aporte, en forma de cinta, se fija previamente mediante punteado.
Rendimiento
Diámetro de la punta
De 3.25 a15.70 mm
Longitud de la punta
De 110 a460 mm
Temperatura de soldadura
1,080°C en atmósfera inert e
Duración del ciclo para cualquier medida dentro del rango4,5 segundos
Descripción del ciclo tecnológico
La punta de soldado sobre las que se monta el inserto y la plaquita de material a soldar se
colocan en posición horizonal sobre la banda transportadora, la que las hace avanzar con
paso fijo a intervalos de 54 segundos.
La transportadora avanza 16 pasos
Un brazo mecánico sujeta 8 puntas y volteándolas 90° las coloca en la primera de las dos
estaciones de soldadura.
Los inductores de calentamiento descienden verticalmente y se posicionan correctamente.
Inicia el calentamiento; se introduce la atmósfera protectora.
Al alcanzar la temperatura de 1,080 °C sucede la so ldadura.
En tempo muerto el brazo mecánico ha provisto la carga a otras 8 puntas en la segunda
estación de soldadura.
La descarga de las puntas soldadas que se nuevamente se depositan sobre la
transportadora. En tiempo muerto se sucede la recarga de la primera posición de
soldadura.
.
Producción por hora de 800 puntas para cualquiera de las dimensiones dentro del rango
Presentación de los resultados
Sección ampliada x 100 de la zona de unión entre el
inserto y el acero del vástago
Sección ampliada x 500 x de la zona de unión entre el
inserto y el acero del vástago
Sección ampliada x 500 x del acero C45 en la
vecindad de la zona soldada
Distribución homogénea de la aleación; ningún fenómeno de sobrecalentamiento
en la estructura de soporte
TEMPLADO DEL VÁSTAGO
Image text: Vástago
Objetivo del equipo
El equipo permite el templado y la recuperación automaticamente de la punta cuya
extremidad se ha soldado
el inserto de metal duro
Rendimiento
Diámetro de la punta
De 3.25 a15.70 mm
Longitud de la punta
De 110 a460 mm
Temperatura de templado
850°C
Temperatura de recuperaciónDe 250 a400°C
Duración del ciclo para
4.5 segundos
Descripciión del ciclo tecnológico
Las puntas a templar y revenir se disponen en posición horizontal sobre una banda
transportadora que les hace avanzar a paso fijo.
Un manipulador sujeta 12 puntas y las dispone en una tarima especial
La tarima se traslada horizontalmente y se posiciona de frente a la transportadora vertical
dotada de 12 mandriles giratorios y otros cuantos dispositivos de contención axial de las
puntas.
Los mandriles ponen en rotación a las puntas: se inicia el calentamiento en traslación
vertical y el suministro del líquido para el templado
Al final de la traslación se efectúa un enfriamiento suplementario.
Los inductores comienzan a mover hacia abajo; se suministra una potencia calentadora
reducida que provoca el revenido de la punta
Al fin de la operación la punta se dispone sobre otra tarima que la dirige a la zona de
descarga
Producción por hora de 800 puntas en cualquier dimensión dentro del rango
Presentación de los resultados
Sección transversal
Image text (top to down)
Ataque
Cuerpo
Punta
Sección ampliada x 1000 de la zona del núcleo
Sección ampliada x 1000 de la zona externa
Estructura homogénea exenta de grietas
INFORME DE PRUEBAS DEL TEMPLADO TENDIENTES A VERIFICAR LA
APLICABILIDAD DE ACEROS MENOS COSTOSO QUE LOS ACTUALES PARA LA
CONSTRUCCIÓN DEL VÁSTAGO
Las puntas se templan por inducción después de la soldadura de la plaquita de metal duro
operación también efectuada por inducción en atmósfera inerte, Tmax = 1,080 °C con una
duración que puede alcanzar 30 segundos el diámetro y un enfriamiento controlado hasta
de 880 °C).
Los aceros utilizados son: C45, 40Cr, C46CrB2, 45SiCrV6, 34CrNiMo6 (solo para las
pruebas).
Las temperaturas teóricas y experimentales, para los diversos aceros, se indican en la
tabla siguiente:
Picture text:
First column:
First row: Templado en horno cerrado, Temperatura T en °C
Second row: Templado por inducción,temperatura calculada T °C. Datos experimentales
Third column, second row: Aprox. 900880 °C
Fourth column, second row: 900-930Aprox. 950 °C
Fifth column, second row: Aprox. 900880 °C
Las pruebas de templado sen estáticas o en movimiento, han evidenciado la formación de
grietas, tras el apagado en agua, del C46CrB2 (que es el material más indicado, desde el
punto de vista de la relación calidad costo, para la producción en grandes volúmenes).
Las pruebas preliminares se efectúan mediante convertidores en estado sólido
(MOSFET), utilizando diversos inductores y dos técnicas de calentamiento: estática y en
movimiento
A) Prueba estática, acero C45, apagado en agua:
Prueba 1
Tiempo de calentamiento de aproximadamente 6",
Potencia del generador 80%, T ≈ 850 – 870 °C
Dureza macro: 56-60 HRC sobre superficies cilíndricas.
Image text (top to down): Ataque, Cuerpo, Punta
Microdureza, sección transversal (foto siguiente)
-
-
ataque:
Mm
0.1
0.5
1
2
HV1
709
719
700
676
631
0.1
678
0.5
687
1
781
2
704
Eje
630
EJE
cuerpo:
Mm
HV1
-
punta:
mm
0.1
0.5
1
2
HV1
713
701
710
687
EJE
653
Micrografia cuerpo y ataque,Nital5: a la izquierda la superficie, a la derecha el núcleo,
x1000.
La muestras, sometidas al pulido con paño y ataque ácido, se someten al análisis
metalográfico. La microestructura observada está formada casi exclusivamente de
martensita compacta, fina. La presencia de agujas de ferrita es modesta, no se observan,
además, señales de sobrecalentamiento o descarburación superficial.
Prueba 2
Tiempo de calentamiento 4.5"
Potencia del generador 100%
Microdureza, secciones transversales
-
-
Ataque:
Mm
0.1
0.5
HV1
709
687
529
0.1
670
0.5
694
Eje
620
0.1
670
0.5
707
Eje
673
Cuerpo:
Mm
HV1
-
EJE
Punta:
mm
HV1
Microestructura: con referencia al C45, la estructura resultante después del templado es
uniforme; además en este caso no se observan defectos superficiales.
Las puntas de acero C46CrB2, templadas enlas mismas condiciones, presentan grietas.
Micrografia de arriba: C46CrB2, x1000. Estructura (martensita) y grieta radial.
Algunas puntas en C46CrB2 se han templado estáticamente, sin grietas, utilizando una
emulsión de polímeros al 10% y reduciendo cuanto basta la temperatura detemplado para
evitar una condición de sobrecalentamiento (fuerza motriz de las grietas).
B)
Pruebas en movimiento, acero C45, apagado en agua:
Prueba 3
Punta Ø de 6 mm, la punta se secciona a nivel de la plaquita y del cuello para tener el
mismo diámetro en todo el segmento.
Micrografia de la punta y el ataque Nital5: superficie a la izquierda, a la derecha el núcleo,
x1000. 630 HV1
La muestra presenta una excelente estructura tanto en la superficie como en el núcleo. La
transformación en martensita es casi total. No se observan, tampoco en este caso,
señales de sobrecalentamiento. No se observan gritas. La dureza, homogénea, oscila
entre 600 y 630 HV1 en todo el diámetro, comprendida la garganta.
Prueba 4
Punta con Æ de 16 mm. Acero autotemplado 34CrNiMo6 (elegido sólo para las pruebas
preliminares, con el fin de valorar los tiempos y la homogeneidad del calentamiento).
Fases: precalentamiento + calentamiento de templado (T ≈ 900° C)
La dureza, inmediatamente después del templado, oscila entre 42 y 50 HRC.
Después del baño ligero mide de 47 a 50 HRC.
La muestra se ha, por tanto, seccionado e incrustada en resina en caliente.
Microdureza
Sobre los cortes se efectúan costuras, desde el borde hacia el eje de la pieza.
Desde la evolvente:
mm
HV0.2
0.05
527
0.1
522
1
556
2
576
0.1
521
1
580
2
560
Desde la arista menor
mm
HV0.2
0.05
560
Núcleo
567
Garganta: 577 HV0.2
Prueba 5:
Mismas condiciones, una sola fase de calentamiento (potencia mayor para compensar el
menor tiempo de aplicación)
T ≈ 950° C.
Dureza superficial, medida sobre la evolvente: 55 HRC
Microdureza, secciones transversales del cuerpo, costuras:
Desde la evolvente:
mm
HV0.2
0.05
651
0.1
634
1
640
2
605
0.1
495
1
523
2
532
Desde la arista menor:
mm
HV0.2
Garganta: 607 HV0.2
0.05
497
Núcleo
490
El templado, obtenido con el proceso 1 es muy homogéneo. Esto es evidente en las
simples observaciones de la probeta después del ataque.La dureza mínima y en
tolerancia. Post data: tal acero se utiliza en las producciones actuales, principalmente por
los diámetros mayores, explotando la posibilidad de templarlo en horno tradicional y
descargando las piezas calientes en caja. El apagado sucede en aire calmado.
En un equipo para inducción el manejo de las piezas a elevada temperatura no se
concibe, por lo tanto, el templado del acero tipo 34CrNiMo6 no está previsto.
En el caso 2 se observan zonas obscuras superficiales con dureza muy inferior respecto a
la matriz (455 HV1 contra 600): en particular, las aristas menores están claramente por
debajo del temple. Durante el calentamiento, de hecho, la evolvente se calienta al amarillo
mientras que las aristas son obscuras.
Comentarios
El templado en movimiento, respecto al estático permite crear menores choques térmicos
durante el calentamiento y por lo tanto, menores deformaciones posteriores al
apagado.Los aceros que, en ciertas condiciones, están sujetos a distorsiones o grietas (o
francamente fracturas) después del templado estático, pueden ser templados en
movimiento sin defectos de tratamiento utilizando medios de temple drásticos (por
ejemplo agua o emulsiones diluidas en vez de baños de templado con elevadas
concentraciones de polímeros).
Si se propone el templado de todos los tipos de aceros, indistintamente, utilizando agua
pura; tal situación será, evidentemente, ideal. Se consideran, de hecho, los residuos
oleosos y carbonosos que ensucian los equipos (en particular los filtros) utilizando
emulsiones. Otros factores no despreciables son el sobredimensionamiento de los
intercambiadores y de las bombas. La capacidad térmica de las emulsiones a partir de
aproximadamente el 5%, es sensiblemente inferior al del agua.
El C46CrB2, a todos los efectos, un acero de aleación (para aumentar la templabilidad.
Las puntas se templan hasta el núcleo y las piezas presentan una geometría compleja
(evolventes) que precipitan las grietas. Al inicio del ajuste del equipo se utilizará agua
pura, eventualmente substituida de una emulsión con la concentración mínima posible de
aditivo (emulsión de polímeros, para evitar las grietas) en cualquier caso no superior al
10%.