Mejora superficial de los pines en trenes de rodadura

2. Resumen
3. Palabras
   clave
5. Materiales y
   métodos
6. Análisis y valoración
   de los resultados
7. Conclusiones
8. Referencias
   bibliográficas
9. Datos de los
   autores

RESUMEN

En el trabajo se
establecen los parámetros que caracterizan el
endurecimiento por deformación plástica por
rodadura en pines de mecanismos de rodadura en las máquinas
de laboreo minero elaboradas de acero AISI 1045,
se describen los procedimientos
del proceso de
experimentación, se fundamentan las propiedades a
investigar. Se describe el análisis de regresión para
determinar la influencia de la deformación. Finalmente, se
desarrollan los procedimientos tecnológicos para el
endurecimiento superficial de piezas circulares empleadas en esos
equipos. Se muestra la
relación directa entre el número de revoluciones
del husillo, la presión
ejercida sobre la probeta y la dureza superficial.

PALABRAS CLAVE

Dureza superficial, Parámetros
Tecnológicos, Tratamiento Superficial,
Rodadura,

INTRODUCCIÓN.

Aún hoy en día la industria
está expuesta a un cambiante y cada vez más
competitivo escenario económico, nos encontramos con la
realidad de que valiosos recursos
productivos no son utilizados eficientemente, debido a que el
enemigo número uno de la industria de fabricación
de piezas y equipos, el desgaste, se ha encargado de retirarlos
prematuramente de servicio.

Se presentan dos alternativas:

a) Aceptar las desastrosas consecuencias
económicas del desgaste, declarándonos derrotados
ante dicho enemigo para luego proceder a alimentar el patio de
desechos y solicitar un componente nuevo dado que el original
ya cumplió su vida útil.

b) Declarar un estado de
guerra
permanente contra el desgaste y efectuar un análisis
técnico económico respecto a la posibilidad de
recuperar partes y piezas para retornarlas nuevamente a
servicio.

Ante esta última variante se puede proceder de
dos maneras:

1. Proveer la superficie de trabajo de
   un recubrimiento protector antidesgaste el cual puede aplicarse
   preventivamente en el componente nuevo o como parte de un
   proceso de recuperación de la pieza.
2. La restauración de material en partes y
   piezas que han sufrido roturas y/o
   desprendimiento.

La industria minera constituye, en muchos países,
uno de los principales renglones de la economía, el
incremento de la eficiencia y la
diversificación de su producción en la búsqueda de
productos
más competitivos, demanda de
tecnologías y con ello equipos y aparatos para su desarrollo. Un
componente importante del equipamiento utilizado se encuentra en
fase de deterioro progresivo, exigiendo grandes esfuerzos para
sustituir y recuperar los dispositivos, partes y piezas que
conforman el equipamiento un ejemplo de ello lo constituyen los
pasadores de las esteras de los equipos de laboreo minero (figura
1).

Figura 1. Pasador deteriorado de las
esteras en los equipos de laboreo minero

A pesar de la gran variedad de factores que influyen en
la situación planteada, tales como tipo de material,
acabado superficial, régimen de explotación, entre
otros aspectos se distingue por su significación en el
alargamiento del período efectivo de trabajo de estos
elementos: las propiedades mecánicas y tecnológicas
que puedan desarrollar según Alvarez (1993).

Una de estas propiedades es la dureza, la cual
alcanza valores
considerables, lo que debía garantizar la longevidad
apropiada durante la explotación de los mismos. El acero
AISI-1045 es considerado en la práctica industrial como un
material de buena calidad que
combina elevada tenacidad-ductilidad con una gran capacidad de
endurecimiento por deformación y una elevada resistencia al
desgaste a pesar de su relativa baja dureza, Bayoume
(1995)

El acero AISI 1045 puede lograr unificar las propiedades
de resistencia al desgaste, en consecuencia constituye el
material idóneo para garantizar la asignación de
servicio de estas piezas, es un material con una apropiada
facilidad de conformar, su costo de
producción es relativamente bajo y ofrece buenas
condiciones de trabajo al desgaste, este es capaz de endurecer
por deformación plástica, no obstante en las
condiciones en que se oferta en el
mercado, no se
garantiza la dureza requerida antes de su puesta en
explotación.

El método de
endurecimiento por rodadura se emplea por las siguientes
razones:

1. El costo del
   proceso es muy bajo.
2. El consumo de
   energía es mínimo.
3. Es aplicable a piezas que tengan configuración
   cilíndrica.

4. Se puede realizar sin necesidad de equipamiento
   especial.
5. El tiempo de
   operación es muy corto.

Este trabajo tiene el objetivo de
establecer los parámetros tecnológicos del proceso
de endurecimiento por rodadura en elementos circulares fabricados
de acero al carbono AISI
1045, sometidos a deformación plástica.

MATERIALES Y
METODOS.

Para la planificación de experimentos se
utilizó el método factorial completo de
Mitrofánov, que permite estimar los efectos lineales y los
efectos de interacción con un gran número de
variables
independientes. Los experimentos factoriales permiten combinar al
mismo tiempo todas las variables.

En este caso, se analizará la influencia de
cuatros factores, de aquí que k = 2 luego, el
número de experimento sería: N = 9. Con tres
replicas, para un total de 27 experimentos.

La ecuación de regresión resultante tiene
la forma siguiente.

Y1=b0 +
b1X1 + b2
X2 +
b12X12 . . . . . .
[1]

Donde:

X1.- velocidad del
husillo; en rev/min.

X2.- presión del rodillo del
dispositivo sobre la probeta; en MPa.

Y1.- dureza obtenida del ensayo; en
HB.

b0; b1;
b2; b12 .- coeficientes de
regresión que se determinan de la siguiente
manera:

Se determina la varianza de reproducibilidad (error) del
experimento:

. . . . . . . . . . [6]

La varianza de los coeficientes de regresión se
determina de la manera que sigue:

. . . . . . . . . . [7]

La significación de los coeficientes de
regresión se comprueba por el criterio de "t student" para
una probabilidad de
un 95% o un intervalo de confianza de 0.05 y 15 grado de libertad
(N-1)

Posteriormente se calcula la varianza con
adecuación al modelo:

. . . . . . . . . [8]

Siendo:

K.- número de coeficientes
significativos.

Para la determinación de la presión con
que pasará el rodillo del dispositivo por la superficie de
la probeta (KOPOTKИXE.Π, 1989)
se utilizará la expresión:

. . . . . . . [9]

Donde

P.- presión ejercida por el rodillo sobre el
material; en MPa

.-
coeficiente de resistencia a la tracción. [MPa]

.-
diámetro del eje (probeta). [mm]

I2.5. – coeficiente que tiene en cuenta el módulo
de elasticidad.

La matriz de
planificación de experimentos se expone en la tabla
1.

Tabla. 1

En cada una de probetas se realizarán 3
mediciones de dureza, la primera a una distancia de 5 mm de la
cara lateral donde fue colocado el dispositivo (figura 1), la
segunda a 30 mm de la primera, y la tercera a 30 mm de la
segunda.

Figura 2. Dispositivo para la
deformación plástica por rodadura

Para el desarrollo de la parte experimental de la
investigación la probeta se somete a la
acción
de fricción en diferentes condiciones, a fin de evaluar la
influencia de aquellos factores que pudieran tener un efecto
significativo en la calidad del proceso de
endurecimiento.

Teniendo en cuenta que no se dispone de una
expresión matemática
que haya sido publicada, que permita fijar de antemano los valores de
aquellas variables que definan la calidad óptima del
proceso de endurecimiento del acero AISI 1045, se propone
realizar el tratamiento matemático de las variables que se
consideran más importantes, involucradas en el proceso
después de un estudio preliminar de tema.

Estas son:

X1; X2 e
Y1.

Los niveles escogidos para la variable
X1 son:

• Nivel superior (+1): 110rev/min.

• Nivel medio (Δ): 54rev/min.

• Nivel inferior (-1): 27rev/min.

Esta variable determina una de las principales
característica por lo que se toma en cuenta.

Los niveles escogidos para la variable
X2 (presión del rodillo sobre la
probeta) son:

• Nivel superior (+1): 250 Mpa.

• Nivel medio (Δ): 150 Mpa.

• Nivel inferior (-1): 50 Mpa.

Al conformarse metal bajo presión la
correlación de desplazamiento del metal en diferentes
direcciones (volumen
desplazado) se determina por el principio o ley de menor
resistencia (Emilio 1991).

Para el análisis de varianza se utilizará
el método de Fisher comparando los coeficientes de Fisher
calculado con los tabulados (FTab) según
grados de libertad.

ANÁLISIS Y
VALORACIÓN DE LOS RESULTADOS.

Análisis de varianza.

Tomando como referencia la base de datos,
resultado de las mediciones de dureza realizada, se procede a la
realización del análisis de varianza, según
el método de Fisher, para evaluar el nivel de
significación de las variaciones provocadas por los
diferentes experimentos.

Tabla No. 3. Resultados de la varianza
obtenida

Como se puede apreciar, la probabilidad para variaciones
por muestras es menor de un 0.05 %, para variaciones por columnas
es del 96 % y para variaciones por interacción es del 98
%. Por lo que estos resultados permiten afirmar que la
probabilidad para variaciones por muestras es menor de 0.05 %, lo
que indica que las diferencias provocadas por las variaciones de
los factores X1 y X2 para
cada experimento, son significativas en tanto que la
fluctuación de estos factores tienen gran influencia en
los valores de dureza que se obtengan.

Las variaciones en un 96 %, indican que las diferencias
provocadas en cada experimento no son significativas, lo que
muestra que las variaciones en los valores de las mediciones en
cada probeta, son pequeñas y no son provocadas por las
variaciones de los factores X1 y
X2 (velocidad del husillo y presión del
dispositivo sobre la probeta), sino por otros
factores aleatorios.

La probabilidad para variaciones por interacción
del 98 %, indica que las variaciones provocadas por los
diferentes experimentos (X1 y X2), no son
significativas es decir, tienen una marcada tendencia a ser
iguales. Lo confirma el criterio de que lo determinante en las
variaciones de la dureza del acero AISI-1045, son los factores
(X1 y X2 ).
Los cuales son significativos expresado en el análisis de
regresión con un grado de confianza de 98%. Por otra parte
se puede asegurar que la dureza promedio para cada probeta
caracteriza fielmente esta magnitud con independencia
de la posición que haya sido realizada la medición.

Análisis
de Regresión para las Variables
Involucradas

Los resultados de la figura 3, muestran que existe una
la relación lineal entre las variables involucradas, que
hay alto grado de variación de la variable independiente
sobre la variable dependiente y que el error típico que se
comete al plotear la curva es bajo, con una alta
aproximación a la tendencia real que debe tener la curva,
así mismo en la figura 4 se evidencia que a medida que se
incrementa la presión ejercida sobre la probeta aumenta la
dureza superficial de la misma

Figura 3. Dependencia entre la dureza y
la velocidad del husillo

Figura 4.
Relación entre la presión ejercida y dureza de la
probeta

CONCLUSIONES

Existe tendencia al incremento de la dureza en la misma
medida en que se incrementan los valores de la presión
ejercida y se disminuye la velocidad de rotación del
husillo. Para el nivel medio (∆) existe un incremento de la
dureza aunque no es elevado, alcanzándose valores
máximos de HRC 285. El empleo del
acero AISI 1045 endurecido por el método de rodadura es
recomendable para piezas que trabajan bajo la acción
simultánea de cargas de fatiga y
adhesión.

REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS

Alvarez, L y J. González. Máquina para el
estudio del desgaste abrasivo en pares tribológicos.
Revista
construcción de maquinaria. Santa Clara,
No2: 69-76,1993.

Bayoume, M. R. Effect of surface finishes on fatigue
strength. Engineering fracture mechanics. Vol 51. No 5: 861- 870.
1995.

Dikshit, V. Investigation of rolling contact fatigue in
a head hardened rail. Wear. Vol 144: 89-109. 1991

Gudenau, H. W. Thermomechanical and thermochemical wear
mechanisms in the plastic furnace heart. Journal of university of
science and technology Beijing. China: 37-42.
1998

Jarquin, G. Análisis
matemático del endurecimiento superficial con sales de
boro. Mmemoria del III Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica. La Habana. 1997

KOPOTKИXE.Π.
ΠРOГРΈССИΒΉΑЯ
TEΧΉΟЛОГИЯ
ООТАΗΟВЛΈΉИЛЯ.
1989.

Datos de los autores

Tomás Fernández
Columbié

Licenciado en Construcción de
maquinarias

Profesor asistente

Departamento de Ingeniería
Mecánica

Facultad de Metalurgia
Electromecánica

Instituto Superior Minero metalúrgico de
Moa

Holguín, Cuba

Miguel Ángel Caraballo
Núñez

Ingeniero Electromecánico

Doctor en Ciencias
Técnicas

Profesor Titular

Departamento de Ingeniería
Mecánica

Facultad de Metalurgia Electromecánica

Instituto Superior Minero metalúrgico de
Moa

Holguín, Cuba

Isnel Rodríguez González

Ingeniero Mecánico.

Profesor asistente

Master en Electromecánica.

Departamento de Ingeniería Mecánica.

Facultad de Metalurgia Electromecánica

Instituto Superior Minero Metalúrgico de
Moa.

Holguín. Cuba.

Ing. Henry Hernández
González

Ingeniero Mecánico.

Trabajador

Planta de fundición de plásticos
Mayarí.

Holguín. Cuba.