Universidad Tecnológica de Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de Querétaro Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad Tecnológica de Querétaro, o=Universidad Tecnológica de Querétaro, ou,
[email protected], c=MX Fecha: 2012.06.06 11:44:35 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO VOLUNDAD•CONOCIMEINTO•SERVICIO Nombre del proyecto Optimización de parámetros para la detección de huellas desgaste por medio de luz láser
Empresa Centro de Investigación Científica y Tecnológica (CICATA-IPN)
Memoria Que como parte de los requisitos para obtener el titulo de
Ingeniero en Mantenimiento Industrial
Presenta T.S.U. Víctor Hernández Gómez Nombre del aspirante
Asesor de la UTEQ M. en T. A Víctor Manuel Castañeda Montiel
Asesor de la Empresa Dr. Iván Domínguez López
Santiago de Querétaro, Qro. 2012
Resumen. Este proyecto fue desarrollado en el Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), el cual consistió en determinar los parámetros óptimos para la detección de huellas de desgaste utilizando la técnica de esparcimiento de luz láser LLS (Laser Light Scattering)
en un
tribómetro de perno en disco.El sistema permite realizar barridos angulares y lineales, para inspeccionar la superficie de una probeta en forma de disco. Con este procedimiento se realizaron las mediciones de unas probetas
de
diferentes materiales (acero inoxidable 304, bronce estándar y aluminio 6160) con medidas 2” (Ø) x 5mm a un diferente pulido con lija de agua de (80, 320, 400, 600 y 800) con el tribómetro de perno en disco y un rugosímetro Mitutoyo (surf tester) modelo SJ400 y también se realizo las mediciones de 3 probetas de acero inoxidable con diferente pulido ( 80, 320 y 400) a las cuales se les generaron 3 diferentes huellas de desgate a deferentes radios, para poder observar el comportamiento la variación de la luz láser en las partes en donde no se generaron huellas y partes donde no se generar.
Abstract. This Project was developed in the Research in Science Applied and Advanced Technology Center (Spanish: CICATA), which itself consisted in determining the optimal parameters for traces of wastage using the Laser Light Scattering technique in a pin on disk tribometer. The system allows performing angular and linear sweeping, for inspecting the surface of a metallic disc. With this procedure, there were elaborated measurements of metallic discs of different materials (stainless steel 304, standard bronze and aluminum 6160) with measurements of 2” (Ø) x 5mm at a different polished with an 80, 320, 400, 600 and 800 sandpaper, with the pin on disk tribometer and a Mitutoyo profilometer (surf tester) SJ400 model. There also were performed measurements of metallic discs of stainless steel with different polished (80, 320 and 400) to which ones were performed 3 different traces of wastage at different ratio, to observe the behavior of the laser light in areas where traces weren’t generated.
Dedicatorias. Este trabajo se lo dedico con todo mi amor y cariño. A ti Dios por ser mi amigo y confidente, que me diste la oportunidad de vivir y regalarme una familia maravillosa. A mi padres, Genoveva Gómez Servín, Francisco Hernández Vega. Gracias por darme una carrera para mi futuro y por creer en mí, aunque hemos pasado momentos difíciles siempre han estado apoyándome y brindándome todo su amor, por todo esto les agradezco de todo corazón el que estén conmigo a mi lado. A mi hermana Diana Elizabeth Hernández Gómez gracias por estar conmigo y apoyarme siempre. A mi novia y amiga Patricia Margarita Espinosa Valdovinos, por ser alguien muy especial en mi vida y por demostrarme que en todo momento cuento ella.
Agradecimientos. Agradezco a Dios por darme la darme la fortaleza de seguir realizando mis proyectos,gracias por ayudarme a levantrame en mis fracasos, por aprender de ellos y principalmente por permitirme realizar uno de los sueños mas importantes de mi vida haber terminado la ingenieria. A mi familia le agradezco el apoyo incondicional que me han dado: “A mis padres les agradezco todo su tiempo y llamadas de atención les debo mucho ahora me toca a mi corresponder”
Mamá, no me equivoco si digo que eres la mejor mamá del mundo, gracias por todo tu esfuerzo, tu apoyo por la confianza que depositaste en mi. Gracias porque siempre has estado a mi lado. Te quiero mucho. Papá, esté es un logro que quiero compartir contigo, gracias por ser mi papá y ser creer en mi. Quiero que sepas que ocupas un lugar especial. A mi hermana, ¿adivina qué?, ya termine y te alcance eres la mejor hermana que alguien pueda tener. Al Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), por brindarme la oportunidad de realizar mis prácticas profesionales, al Dr. Iván Domínguez López que fue mi asesor de estadía, M. en C. especialidad en óptica Eloy Edmundo Rodríguez que me apoyo con mi proyecto, material para la realización de mis mediciones, M. en T. A. Víctor Manuel Castañeda Montiel tutor de la universidad, a la UTEQ por brindarme los conocimientos necesarios para lograr mis objetivos. A todos ellos gracias. A mis amistades que en todo momento, con su alegría y confianza han hecho posible que cuente con ellos en todo momento, a mis compañeros de estadía les agradezco que hayan hecho agradable mi estancia en CICATA con sus conocimientos gracias. Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber (Albert Einstein)
Índice. Página Resumen.
3
Abstract.
4
Dedicatorias.
5
Agradecimientos.
5
Índice.
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I.
Introducción.
10
II.
Antecedentes.
11
III.
Justificación.
12
IV.
Objetivos.
13
V.
Alcances.
14
VI.
Fundamentación teórica.
14
Tribología.
14
Textura superficial.
15
Rugosidad.
17
Parámetros de rugosidad.
19
Ra.
21
Rz.
21
Ry.
22
Rqs (rms) rugosidad media cuadrática.
23
Mde acabado superficial y su importancia.
23
Desgaste.
25
El desgate tiene diferentes etapas o fases.
25
Tipos de desgaste.
25
Desgaste adhesivo.
26
Desgaste por abrasión.
27
Desgaste por fatiga superficial.
28
Desgaste erosivo.
29
Desgaste corrosivo.
30
Desgaste inicial.
30
Técnica luz láser esparcida lls (laser light scattering).
32
VII.
Plan de actividades.
33
VIII.
Recursos materiales y humanos.
34
IX.
Desarrollo del proyecto.
37
Descripción de los equipos experimentales.
37
Tribómetro perno en disco.
37
Procedimiento para el uso del tribómetro perno en disco.
39
Ssoftware labview.
40
Lock-in.
42
Rugosímetro.
43
Procedimiento para el uso del rugosímetro.
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Localización de los ángulos óptimos de detección.
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Adquisición de materiales para la experimentación.
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Preparación de probetas.
50
Realización de mediciones.
52
Mediciones con las probetas de acero inoxidable 304 pulido
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grano 80, 320 y 400. Análisis de resultados.
70
X. Resultados obtenidos.
79
XI. Análisis de riesgo.
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XII. Conclusiones.
82
XIII. Recomendaciones.
82
XIV. Referencias bibliográficas.
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I. Introducción. El desgaste puede ser definido como el daño superficial sufrido por los materiales después de determinadas condiciones de trabajo a los que son sometidos. Este fenómeno se manifiesta por lo general en las superficies de los materiales, llegando a afectar la sub-superficie. El resultado del desgaste, es la pérdida de material y la subsiguiente disminución de las dimensiones y por tanto la pérdida de tolerancias. El
CICATA que se encuentra en el estado de Querétaro
está
construyendo un “tribómetro de perno en disco” el cual utiliza luz láser y el fenómeno de esparcimiento de luz láser (LLS) sobre una superficie maquinada para realizar mediciones del comportamiento de desgaste. Luz Láser o LLS, por sus siglas en inglés: Laser Light Scattering. La LLS en particular,
tiene la
ventaja de que permite realizar correlaciones en tiempo real de los cambios relativos en señal de intensidad de la luz láser esparcida, contra los cambios en la textura de la superficie, de forma dinámica. Esta técnica se realiza para caracterizar la textura de las superficies de diferentes materiales, la mayoría de las aplicaciones del LLS, están enfocadas a la detección de cambios en la rugosidad de las superficies. Las mediciones realizadas en tiempo real podrán permitir el estudio de las primeras etapas de desgaste en un sistema tribológico, antes de que existan trasferencias o remoción del material con el consecuente daño de las superficies. De ahí la importancia de desarrollar metodologías que permitan el estudio y la detección del desgaste en tiempo real; en principio, el 10
arreglo experimental de la técnica LLS es relativamente sencillo y no requiere de un proceso de alineación, puesto que la luz láser se esparce en todas direcciones después de incidir en la superficie, el detector puede ubicarse en el sitio más conveniente. Esta flexibilidad le confiere a la técnica del LLS la posibilidad de adaptarse a varios sistemas tribológicos
de interés para la
industria donde la alineación de un sistema óptico podría ser una limitante. Sin embargo, debido a que cuando existe un sesgo en el acabado superficial el patrón de esparcimiento no es isotrópico. En este trabajo se presentaran algunos resultados de la técnica de LLS investigando el efecto de los parámetros de la técnica: la posición del detector LLS, sobre la eficiencia en la detección de la huella de desgaste.
II. Antecedentes. CICATA Querétaro se caracteriza por el desarrollo de nueva tecnología para mejora de los procesos y el desarrollo de la industria. Actualmente el desgaste de los materiales principalmente aceros provoca una serie de pérdidas económicas en las industrias. El tribómetro perno en disco ha sido desarrollado para la investigación de desgaste de materiales. El tribómetro perno en disco utilizado para el presente trabajo se fabricó en los talleres del CIITEC-IPN y la instrumentación se ha desarrollado en el CICATA-Querétaro. El tribómetro cuenta con una unidad de alimentación y control de velocidad por
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computadora, la fuerza de fricción se determina a partir de la flexión del brazo del tribómetro. Una de las características más importantes del instrumento es que cuenta con un arreglo óptico que permite monitorear el proceso de desgaste por medio de la técnica de esparcimiento de luz láser. En este aparato se ha utilizado la técnica LLS para el monitoreo de desgaste en aceros, polímeros y materiales con recubrimientos duros; sin embargo, hasta el momento no se han determinado los parámetros óptimos para la detección de las huellas de desgaste, pero se conoce que entre los más importantes se encuentran: los ángulos de incidencia y de detección, así como el diámetro del haz láser.
III. Justificación. El tribómetro de perno en disco está en desarrollo, por lo que la optimización de la aplicación de la técnica LLS al proceso de desgaste no se ha llevado a cabo. Actualmente se tiene el interés de correlacionar los cambios en intensidad LLS con cambios a nivel de rugosidad en la huella de desgaste, para ello es muy importante determinar cuales son las condiciones óptimas para la detección de la huella de desgaste; es decir, es importante determinar el efecto del ángulo de incidencia del haz de luz láser, el ángulo al que se ubica el detector LLS, el diámetro del haz láser. En el presente trabajo se realizarán escaneos con el láser sobre la superficie sometida a desgaste, variando los
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parámetros mencionados y midiendo el efecto de estos sobre el cambio relativo en la intensidad de luz esparcida por la huella. Es necesario diseñar y realizar los experimentos que permitan determinar de manera cuantitativa el efecto de cada uno de los parámetros sobre la respuesta medida para que, en experimentos futuros se puedan ajustar estos parámetros para el registro óptimo de las huellas de desgaste.
IV. Objetivos. Objetivo General: Determinar los parámetros óptimos para la detección de huellas de desgaste utilizando la técnica de esparcimiento de luz láser en un tribómetro de perno en disco. Objetivos específicos: 1.
Determinar el ángulo de detección óptimo del detector LLS dentro del
plano de incidencia. 2.
Determinar él ángulo de detección óptimo del detector LLS fuera del
plano de incidencia 3.
Realizar diferentes mediciones en probetas de acero inoxidables en tres
diferentes rugosidades para determinar la confiabilidad de los ajustes antes mencionados.
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V. Alcances. Este proyecto está enfocado a un tiempo de cuatros meses en los cuales se planea determinar las condiciones óptimas de detección de huellas de desgaste, investigando el efecto de tres parámetros: en los ángulos detección dentro del plano de incidencia, fuera del plano de incidencia en probetas de acero inoxidable con tres diferentes rugosidades, a los cuales se realizarán huellas de desgaste efectuadas bajo tres diferentes número de ciclos.
VI. Fundamentación Teórica.
Tribología La tribología se define como la ciencia y tecnología que estudia la interacción de las superficies en movimiento relativo. La Tribología se aplicar a un análisis operacional a problemas de gran importancia económica, llámese, confiabilidad, mantenimiento y desgaste del equipo técnico. La Tribología se centra en el estudio de tres fenómenos; la fricción entre dos cuerpos en movimiento, el desgaste como efecto natural de este fenómeno y la lubricación como un medio para evitar el desgaste. Se conoce como sistema tribológico al que está compuesto por un par de superficies materiales que interactúan (deslizan) entre sí, un tercer material entre ellas, el lubricante; y el medio ambiente. La fricción y el desgaste que
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ocurren en el par de superficies son propiedades tribológicas y son fuertemente dependientes de las condiciones del sistema. Siempre que dos superficies se mueven una sobre otra, ocurrirá desgaste: el daño a una o ambas superficies, generalmente involucra pérdida progresiva de material. La pérdida por desgaste de relativamente pequeñas cantidades de material puede ser suficiente para causar la falla completa de máquinas grandes y complejas. Como en el caso de la fricción, algunas veces, las razones altas de desgaste son deseables como por ejemplo en el esmerilado y el pulido. (3)
Textura superficial El término textura superficial se refiere a las finas irregularidades (picos y valles) producidos sobre una superficie por el proceso de formado. Por convención, la textura superficial comprende dos componentes: rugosidad y ondulamiento. La rugosidad consiste de irregularidades más finas que caracterizan el proceso mismo, tales como el espaciamiento entre los granos abrasivos en una piedra abrasiva o el avance de corte de una herramienta de un solo filo. Adicionalmente es el concepto de micro-rugosidad se refiere a una rugosidad más fina sobreimpuesta a la rugosidad superficial. La textura de la superficie que consiste en desviaciones repetitivas y aleatorias con respecto a la superficie nominal de un objeto, se define por cuatro elementos: rugosidad, ondulación, orientación y fallas, la rugosidad se refiere a desviaciones pequeñas con respecto a la superficie nominal finamente
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espaciadas que vienen determinadas por las características del material y los procesos que formaron la superficie. La ondulación se define como una desviación mucho más espaciada que ocurre debido a la deflexión del material de trabajo, vibración, tratamiento térmico y factores similares. La rugosidad se sobrepone a la ondulación. La orientación es la dirección predominante o patrón de
la
textura
superficial
y
esta
determinada
por
los
métodos
de manufactura usados para crear la superficie, generalmente debida a la acción de las herramientas de corte. La medida más usada de textura superficial es la rugosidad superficial. La rugosidad de la superficie sufre las mismas clases de deficiencias que cualquier medida única utilizada para valorar un atributo físico complejo. Un ejemplo de estas fallas se detecta en los patrones de orientación, de modo que la rugosidad de la superficie puede variar significativamente, dependiendo de la dirección en que se mida. (4) Figura 1.
(4)
Figura 1 mapa de orientación de la rugosidad de las superficies.
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Rugosidad. Rugosidad es el acabado superficial de los cuerpos puede presentar errores de forma macrogeométricos y microgométricos, la rugosidad superficial es
el
conjunto
de
irregularidades
de
la
superficie
real,
definidas
convencionalmente en una sección donde los errores de forma y las ondulaciones han sido eliminados. La rugosidad se refiere a las desviaciones pequeñas, espaciadas finamente, de la superficie nominal y que están determinadas por las características del material y el proceso que formó la superficie. Exiten formas de determinar los parámetros de rugosidad respecto a la direeción de las alturas.
Altura de una cresta de perfil: distancia entre la línea medida y el punto más alto de una cresta. Como se muestra en la figura 2.
Figura 2. Distancia entre la línea medida y el punto más alto de una cresta.
Profundidad de un valla del perfil, yy: Distancia entre la línea media y el punto más bajo de un valle. Como se muestra en la figura 3.
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Figura 3. Distancia entre la línea media y el punto más bajo de un valle
Altura de una irregularidad del perfil: Suma de la altura de una cresta y de la profundidad de un valla adyacente. Como se presenta en la figura4
Figura 4. Suma de la altura de una cresta y de la profundidad de un valla adyacente.
La orientación es la dirección predominante o patrón de la textura de la superficie. Está determinada por el método de manufactura utilizado para crear a la superficie, por lo general a partir de la acción de una herramienta de corte. En la figura 5 se ilustran la mayoría de las orientaciones posibles que puede haber en una superficie, junto con el símbolo que utiliza el diseñador para especificarlas.(2)
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Figura 5. Orientaciones posibles de una superficie.
Parámetros de rugosidad. Estos son los principales parámetros de rugosidad Ra Rz Ry y Rq(RMS). Existes más parámetros pero estos son los principales, Ra es el único parámetro de este tipo definido en las normas de Estados Unidos, Canadá, Países Bajos y Suiza. También está bien definido en las normas de todos países industrializados y en las normas internacionales ISO por lo tanto es el más ampliamente utilizado.
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3
4
5
6
7
8
Raíz cuadrada media de la desviación del perfil
Maxima altura del pico del perfil
Proporción del comportamiento de la longitud del perfil
Esparcimiento medio de los picos locale del perfil
Esparcimiento medio de la irregularidades del perfil
Diez puntos de alturas de las irregularidades
2
Maxima altura del perfil
1
División media aritmética del perfil
Tabla No1. Parametros utilizadosn ed diferentes países.
Japón U.S.A. Reino Unido
Ra Ra • Ra
Rmax
Rz
Italia
Ra
Rmax (Rµm)
Rz
RMS
India Australia Noruega Canadá Suecia
Ra Ra Ra Ra• Ra•
Rmax
Rz
Rƿ
Rmax
Rz
Rusia
Ra
Rmax
Rz
Alemania
Ra
Rt (Rmax)
Rz
Parametros
Países
Norma.
JIS B 0601-1982 ANSI B 46.1-1985 BS 1134-1972
Rz t
Sm
UNI 3963 Part 2-1978
tp
S
IS 3073-1967 AS 1965-1977 NEN 3631-1977, 3632-1974 CSA B 95-1962 SMS 671-1975, 673-1975
tp
S
Rƿ
tp
Ar
Rƿ
(TR) c
AR
GOST 2789-73-1974 DIN 4762 Blatt 1-1969, 4767-1970. 4768 Teil 1-1978, 4768 Blatt 1-1978 NF 05-15-1972
S
SFS 2038-1969 PN-73/M-04250-1974, /M-042511974 R 468-1966
Francia
Ra
Rt (Rmax)
Finlandía
Ra
Rmax
Rz
Polonia
Ra
Rmax
Rz
NL
ISO
Ra
Ry
Rz
tp
• Antes indicado como "AA" o "CLA""
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Sm
Sm
Los Ra. Dentro de la longitud de evaluación (lm), la media aritmética de los valores absolutos de los alejamientos del perfil dese la línea central se representa mediante la fórmula:
Los valores absolutos de los alejamientos del perfil desde la línea central. La altura de un rectángulo de longitud lm, cuya área, es igual a la suma de las áreas delimitadas por el perfil de rugosidad y la línea central. Como se muestra en la figura 6.
Figura 6. Delimitadas por el perfil de rugosidad y la línea central
Los Rz. Promedio de las alturas de pico a valles. La diferencia entre el promedio de las alturas de los cinco picos más altos y la altura promedio de los cinco valles más profundos. Como se muestra en la figura 7.
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Figura 7. Promedio de las alturas de los cinco picos más altos y la altura promedio de los cinco valles más profundos.
Figura 8. La distancia entre las líneas del perfil de picos y valles.
Los Ry. La máxima altura del perfil. La distancia entre las líneas del perfil de picos y valles. Como se muestra en la figura 8.
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Los Rqs (RMS) Rugosidad Media Cuadrática. La raíz cuadrática de la desviación de perfil, denominada Rq (RMS), es el valor de los alejamientos del perfil de la línea central dentro de la longitud de evaluación lm de la curva R y se representa mediante la fórmula:
Donde la curva R se define como Z= f (x) con el eje x ara la línea central y el eje z en la dirección de amplificación vertical. Se muestra en la figura 9.(2)
Figura 9. R se define como Z= f (x) con el eje x ara la línea central y el eje z en la dirección de amplificación vertical.
Medición de acabado superficial y su importancia. Para la medición del acabado superficial se requiere primeramente de la descripción básica de lo que sucede en la superficies del material maquinado, como se describió anteriormente, una vez realizado el paso de la herramienta de corte sobre el material, deja huellas o marcas sobre la superficie. Tabla 2.
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Tabla No. 2 de rugosidad de la norma ANSI/ ASME B46, 1-1985.
Para la medición de acabado superficial existen parámetros comúnmente aceptados y definidos de acuerdo a la norma ANSI/ASME B46, 1-1985.(5)
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Desgaste. El desgaste es la erosión de material sufrida por una superficie sólida por acción de otra superficie. Está relacionado con las interacciones entre superficies y más específicamente con la eliminación de material de una superficie como resultado de una acción mecánica. La necesidad de una acción mecánica, en forma de contacto debido a un movimiento relativo, es una distinción importante entre desgaste mecánico y cualquier otro proceso con similares resultados.
El desgate tiene diferentes etapas o fases: Bajo parámetros normales de funcionamiento, los cambios en las propiedades durante el uso normalmente ocurre en tres diferentes etapas, que son:
Etapa Primaria o temprana, donde la velocidad de cambio puede ser alta.
Fase secundaria o de mediana-edad donde la velocidad de desgaste se
mantiene relativamente constante. La mayoría de de la vidas útiles de componentes se miden en esta fase.
Fase Terciaria o de edad-avanzada, donde un alto grado de
envejecimiento deriva en un rápido fallo.
Tipos de desgaste La información fue tomada del artículo publicado por M. en I. Felipe Díaz del Castillo Rodríguez. El estudio de los procesos de desgate es parte de la
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ciencia de la tribología. La naturaleza compleja del desgaste ha retardado su estudio y lo ha encaminado hacia mecanismos o procesos específicos de desgaste. Algunos mecanismos (o procesos) específicos de desgaste son:
• Desgaste por adherencia. • Desgaste por abrasión. • Desgaste por fatiga. • Desgaste por erosión. • Desgaste corrosivo
Además de los anteriores, existen otros tipos de desgaste comúnmente encontrados en la literatura especializada como; Desgaste por impacto, por cavitación, difusivo y desgaste corrosivo. Desgaste adhesivo. Esta forma de desgaste ocurre cuando dos superficies se deslizan una contra otra bajo presión. Los puntos de contacto (ver figura 9) , proyecciones microscópicas o la aspereza de la unión en la interfase donde ocurre el deslizamiento debido a los altos esfuerzos localizados, llevan a que las fuerzas de deslizamiento fracturen la unión, desgarrando al material de una superficie y transfiriéndolo a otra, lo que puede ocasionar posteriormente mayor daño. El desgaste adhesivo puede darse entre materiales metálicos, cerámicos o polímeros, o en una combinación de estos. Depende mucho
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de la existencia de películas superficiales como óxidos o lubricantes y de la afinidad entre los materiales
Figura 9. Desgaste adhesivo entre dos piezas en movimiento.
Desgaste por abrasión. Es la remoción de material de la superficie en contacto por superficies duras en superficies de coincidencia o con superficies duras que presentan un movimiento relativo en la superficie desgastada. Cuando es el caso de partículas duras, ellas pueden encontrarse entre las dos superficies que se deslizan entre sí (como se muestra en la figura 10) o se podrían incrustar en cualquiera de las superficies. Es conveniente aclarar que este tipo de desgaste se puede presentar en estado seco o bajo la presencia de un fluido.
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Figura 10. Desgaste abrasivo debido a la presencia de partículas duras.
Desgaste por fatiga superficial. Es probable que el modo predominante de la mayoría de los tipos de desgaste sea por desprendimiento de material de la superficie por fatiga, ya sea que la naturaleza del movimiento sea unidireccional o de vaivén. Clasificar un tipo particular de falla como desgaste por fatiga puede ser confuso. Sin embargo, a fin de hacer un clasificación, el término desgaste por fatiga se reserva para identificar la falla de contactos lubricados en casos como los rodamientos de bolas o rodillo, engranes, levas y mecanismos impulsores de fricción. La pérdida de material es por desprendimiento de superficiales y por picaduras, como en los engranes. Se piensa que las grietas por fatiga aparecen debajo de la superficie en un cortante es máximo, Figura 11.
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punto en que el esfuerzo
Figura 11. Desgaste por fatiga superficial
Desgaste erosivo. Este tipo de desgaste ocasiona pérdidas de material en la superficie por el contacto con un líquido que contiene en suspensión cierta cantidad de partículas abrasivas (como se muestra en la figura 12), siendo esencial el movimiento relativo entre el fluido y la superficie; ya que la fuerza de las partículas; que de hecho son responsables del daño; se aplica cinématicamente. En el desgaste erosivo es donde el movimiento relativo de las partículas sólidas es casi paralelo con las superficies erosionadas se denomina erosión abrasiva, por otro lado, la erosión en la que el movimiento relativo de las partículas es casi normal (perpendicular) a la superficie erosionada se conoce como erosión bajo impacto.
Figura 12. Desgaste erosivo debido a la acción de un fluido con partículas abrasivas en suspensión. 29
Desgaste corrosivo. En esta forma de desgaste las reacciones químicas
o
electroquímicas
con
el
medio
ambiente
contribuyen
significativamente en la velocidad del desgaste. En algunas ocasiones, las reacciones químicas ocurren primero y son seguidas por una remoción de los productos de la corrosión mediante una acción mecánica (abrasión), de otra manera, la acción mecánica podría preceder a la acción química dando como resultado la creación de pequeñas partículas de desperdicio, (como se muestra en la figura 13). (6)
Figura 13 desgaste corrosivo.
Desgaste inicial. Se ha encontrado experimentalmente que para muchos sistemas la pérdida de material por desgaste es verdaderamente proporcional a la distancia de deslizamiento (y así, con deslizamiento a velocidad constante, al tiempo). Algunas veces se observa un comportamiento transitorio al inicio del
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deslizamiento, hasta que se establecen las condiciones de equilibrio; la razón de desgaste durante este periodo inicial de asentamiento puede ser más alta o más baja que la correspondiente razón de desgaste en el estado estacionario, dependiendo de la naturaleza del proceso de asentamiento. En algunos casos, no se tiene la condición de asentamiento y el desgaste continúa con una alta razón de desgaste, llamado “desgaste severo”, figura 14.
. Figura 14. El desgaste continúa con una alta razón de desgaste, llamado “desgaste severo”
El asentamiento es considerado como la transición desde el comienzo inicial de un sistema caracterizado por un alto coeficiente de fricción y una resistencia general al movimiento, generación de calor y desgaste ligero de las piezas en contacto. La condición de asentado se caracteriza por un coeficiente de fricción bajo o menor y un desgaste mínimo. Durante este desgaste ligero las asperezas se truncan lo que resulta en un perfil superficial que consiste en mesetas y ranuras. En tales superficies la distribución de alturas es bimodal.(1) 31
Técnica luz láser esparcida LLS (Laser Light Scattering). Esta es una técnica óptica no destructiva con aplicación en diversos procesos industriales, en los cuales la técnica de esparcimiento de luz láser ha sido usada como herramienta para medir la rugosidad de superficies. El esparcimiento es un proceso físico general donde algunas formas de radiación tales como la luz, el sonido o las partículas en movimiento, son forzadas a desviarse de una trayectoria recta por una o más irregularidades en el medio de propagación o en una superficie o interface entre dos medios. Esto también incluye la desviación de la radiación reflejada del ángulo predicho por la ley de reflexión. El esparcimiento desde una superficie o interface también se llama reflexión difusa. La mayoría de las aplicaciones de la luz láser esparcida están enfocadas principalmente a la correlación que se obtiene entre la intensidad de la LLS con la micro-textura de la superficie (rugosidad rms Rq menor a 1 μm), pero no para mayores modificaciones en la macro-textura (topografía) de la superficie. Se describen brevemente la interacción de la luz con la superficie y se sugieren el uso de las técnicas de esparcimiento de luz láser para el estudio de superficies rugosas considerando que el esparcimiento de la luz contiene componentes especulares y difusos. Presentan varios casos en que el esparcimiento de la luz láser está correlacionado con la textura y forma de la superficie. Finalmente, sugieren a la técnica de esparcimiento de luz láser como técnica de caracterización de superficies pero que requiere de una selección cuidadosa de la configuración óptica. (1)
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VII. Plan de Actividades. A continuación se presenta la tabla 3, donde se presenta el plan de actividades que se realizaron para el proyecto, se presenta mediante un diagrama de Gantt que fue elaborado en el programa de Microsoft Project.
Tabla No. 3 Diagrama de Gantt (plan de actividades).
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VIII. Recursos Materiales y Humanos. En el proyecto que realizó se requirió de diversos recursos materiales y humanos, equipos o herramental de trabajo; estos se adquirieron por medio del centro de investigación, unos fueron comprados y otros prestados. Los materiales que se utilizaron fueron: Pliegos de lijas de agua (80, 320,400, 600 y 800), barra de acero inoxidable 304 (2” de diámetro por 10” de largo), barra de bronce estándar (2” de diámetro por 10” de largo), barra de aluminio (2” de diámetro por 10” de largo), 1lt de acetona y una caja de pañuelos Kimwipes; el equipo utilizado fue: Tribómetro perno en disco, torno THL machine 34 Tools, cortadora de cierra flexible THL machine 34 Tools, rectificadora con control numérico (CNC) THL machine 34 Tools, vernier digital marca Mitutoyo mod. IP 66, flexómetro truper, Rugosímetro marca Mitutoyo mod. SJ-400, computadora de escritorio, bolas de rubí sintético de .125 in. Marca Small Parts.
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A continuación se presenta la tabla 4. Donde se muestra la cantidad y los recursos humanos, materiales y equipos que se utilizaron para la realización del proyecto.
Tabla No.4 Recursos Materiales y Humanos Cantidad. N° 1
R. Materiales.
Barra de acero inoxidable 304 de 2” (Ø) x 10” largo
Cantidad. N° 1
Equipos.
Tribómetro perno en disco.
Cantidad . N° 1
R. Humanos.
Practicante: Víctor Hernández Gómez
Software ( Labview 8.5)
1
Barra de bronce estándar de 22” (Ø) x 10” largo
1
Torno THL machine 35 Tools.
1
Asesor de la escuela: Víctor Manuel Castañeda Montiel, M. en T. A.
1
Barra de aluminio 6160 de 2” (Ø) x 10” largo
1
Cortadora eléctrica de cierra flexible THL machine 35 Tools.
1
Asesor de la empresa: Dr. Iván Domínguez López.
2
Pliegos de lija N° 80
1
Rectificadora con control numérico. (CNC) THL machine 35 Tools.
2
Apoyo en la empresa: M. en C. especialidad en Óptica Eloy Edmundo Rodríguez y Ing. Miguel Ángel Ramírez
2
Pliegos de lija N° 320
1
Vernier digital marca
1
Técnico en Máquinas de la
35
Mitutoyo mod. IP 66 2
Pliegos de lija N° 400
1
Flexómetro Truper
2
Pliegos de lija N° 600
1
Rugosímetro marca Mitutoyo mod. SJ-400
2
Pliegos de lija N° 800
1
Computadora de escritorio DELL
2
Pliegos de lija N° 1000
1lt.
Acetona
1
Caja de pañuelos Kimwipes marca kimberly- Clark
2
Bolas de rubí sintético de .125 in. Marca Small Parts.
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empresa RHEM.
IX. Desarrollo del Proyecto Este proyecto se desarrolló en el
Centro de Investigación en Ciencia
Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA Querétaro) en el Laboratorio de Tribología y Análisis de Superficies que es donde se encuentra el equipo donde se desarrolló la experimentación del proyecto, que se localiza en Cerro Blanco No. 141. Col. Colinas del Cimatario, Santiago de Querétaro, Querétaro MÉXICO C.P. 76090 y la Universidad Politécnica de Querétaro (UPQ) en el laboratorio de Tecnología de Manufactura es donde se preparo el material para la experimentación, que se localiza en Carretera Estatal 420 S/N, El Marqués, QUERÉTARO C.P. 76240.
Descripción de los equipos experimentales. Se utilizaron 2 equipos para el desarrollo del el proyecto (software labview), tribómetro perno en disco y un rugosímetro (marca Mitutoyo SJ400).
Tribómetro perno en disco. Los experimentos de desgaste se realizaron en el tribómetro de perno en disco que se fabricó en los talleres del CIITEC-IPN, y que se instrumentó en CICATA, un esquema del mismo se muestra en la figura 15 y en la figura 16 como se ve el tribómetro físicamente. La unidad de potencia de este tribómetro es un motor reductor de ¼ hp manejado por corriente directa. En el extremo inferior del eje principal, se encuentra un codificador óptico (encoder) por medio del cual se miden las revoluciones y se
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controla la velocidad de rotación del disco. La velocidad de giro puede ajustarse en un intervalo que va desde 0 a 600 rpm a través de un control electrónico de velocidad. En el brazo se encuentra un aditamento (no mostrado) para medir la fricción. El dispositivo de sujeción del disco es un chuck de tres mordazas. El perno es esférico (bola) y su altura se puede ajustar dependiendo del espesor del espécimen. El sistema de sujeción del perno cuenta con sujetadores para diferentes diámetros de la bola.
Figura 15. Esquema del tribómetro perno en disco.
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Brozo, contrapeso y carga para generar las huellas de desgaste
Inductor y detector del láser Chuck
Motor a pasos
Tribómetro perno en disco
Lock- In Control numérico de velocidad (RPM) Computadora de escritorio con el software labVIEW
Figura 16. Tribómetro perno en disco.
Procedimiento para el uso del tribómetro perno en disco El procedimiento para el uso del tribómetro perno en disco es: primero verificar que este energizado para poder encenderlo, se prende el Lock-In, se prende la computadora de escritorio y se inicia el programa que se requiera utilizar con (software labVIEW), se ajustan los parámetros de los ángulos de inducción de láser y de detección del láser, una vez que eso se ha realizado se coloca la probeta con la que trabajara en el chuck y se fija, se ajustan los parámetros de velocidad en el control numérico y por ultimo en el software (labVIEW) se ajusta lo que se requiere medir las distancia, velocidad número de pasos que se requieren avanzar la frecuencia Hz con
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la que se trabajara y se pone a trabajar, se realizará el barrido y se toman los datos de las mediciones realizadas. Figura 17
Ajuste de ángulos, colocación de probeta
Ajuste de velocidad (PRM) Ajustes de parámetros e inicio del programa Figura. 17 uso del tribómetro perno en disco.
Software labVIEW. Es una herramienta gráfica para pruebas, control y diseño mediante la programación. El lenguaje que usa se llama lenguaje G. Este programa fue creado por National Instruments; este software tiene ciertas características las cuales nos permiten: Herramientas gráficas y textuales para el procesado digital de señales, visualización y manejo de
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gráficas con datos dinámicos, adquisición y tratamiento de imágenes, control de movimiento (combinado incluso con todo lo anterior), programación de FPGAs y sincronización entre dispositivos. LabVIEW es una herramienta gráfica de programación, esto significa que los programas no se escriben, sino que se dibujan, facilitando su comprensión. Los experimentos se realizaron con en tribómetro perno en disco el cual se controlo con una computadora de escritorio la cual contiene un software llamado labVIEW versión 8.5; en este software se desarrollo un programa para la experimentación al cual se le llamo UTEQ4, en este programa se tiene el control:
De la velocidad de giro (PRM)
del motor reductor donde se
encuentra sujeto el chuck de tres mordazas (en esté se colocan los discos o probetas de experimentación).
La frecuencia Hz con la que se hace el muestreo.
No. De revoluciones.
Se controla un motor a pasos en el cual está ubicado el láser y el detector del láser.
También se controla la posición radial del motor de pasos (la distancia que se requiera mover radialmente) y su incremento ( cada que se quiera mover).
Toma el número de muestras por revolución.
Muestra una grafica de LLS (Laser Light Scattering).
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Muestra el promedio Volts de LLS en una grafica.
En la figura 18 se muestra como se observa el programa en la computadora que controla el tribómetro perno en disco.
Arranque de programa
STOP (Paro)
No. De muestras por revolución
Velocidad en (RPM)
No. De muestras por revolución
Activar motor a pasos
Posición radial
Promedio LLS (Volts)
Incremento Radia por pasos
Grafica del promedio LLS (Volts)
Figura 18. Programa UTEQ4 en labVIEW.
Lock-In. El Lock-In es el dispositivo electrónico que usamos en el montaje experimental para proporcionar la señal de entrada externa y medir la señal de
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salida interna. Es un dispositivo realmente versátil, con muchos parámetros de funcionamiento de los que sólo manejamos en una parte en nuestro experimento; las dos funciones experimentales que hacen del Lock-In algo tan útil es que es capaz de detectar la diferencia de fase entre dos señales y es capaz de atenuar el ruido de una señal débil aunque aquél tenga una intensidad de orden de la propia señal alterna que estamos midiendo. El Lock-In detecta una señal proveniente del experimento en cuestión y la compara con la señal de referencia que él mismo es capaz de generar. Esta señal de referencia puede ser usada sólo como tal o ser útil, como es nuestro caso en el montaje experimental. Figura 19 se muestra el Lock-In.
Figura 19. Lock-In
Rugosímetro. El rugosímetro es el equipo de medición más utilizado actualmente para determinar la rugosidad de una superficie, entendiéndose por rugosidad el conjunto de irregularidades de la superficie real, definida
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convencionalmente en una sección donde los errores de forma y ondulaciones han sido eliminados. La unidad de rugosidad es la micra ó micrómetro (1 micra= 1 μm = 0.000001 m = 0,001 mm) en el sistema internacional y se utiliza la micropulgada en el sistema inglés. El principio de funcionamiento del rugosímetro es el mostrado en la Figura 20, que se muestra a continuación: Cuenta con un soporte (1) con un esfuerzo en cantiléver, la punta (2) que realiza recorrido en dirección horizontal (3) sobre la superficie del objeto a medir (5) siguiendo el perfil de la superficie a medir, la punta sometida a un esfuerzo en cantiléver reacciona moviéndose verticalmente (4). La posición vertical es registrada como la medición del perfil de la superficie a medir (6) el perfil medido se muestra con línea verde.
Figura 20. Esquema de la funcionalidad de un rugosímetro.
Procedimiento para el uso del rugosímetro. Procedimiento a seguir para realizar la medición con rugosímetro marca Mitutoyo (surf tester) modelo SJ400. Figura 21 rugosímetro Mitutoyo mod SJ400
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1. Colocar rugosímetro básico sobre una mesa nivelada. 2. Colocar punta del medidor y cables eléctricos correspondientes. 3. Colocar patrón y realizar la medición de calibración para verificar que corresponde con lo indicado en block patrón. 4. Colocar muestra a medir, previamente dar la altura de la punta según espesor de muestra a medir, para evitar se dañe la punta del medidor. 5. Encender rugosímetro. 6. Acercar punta de rugosímetro con perilla y dar la presión vertical necesaria según indique en pantalla correspondiente (debe ser la menor presión posible según lectura de presión en pantalla). 7. Cambiar a pantalla principal indicando el parámetro a medir, por ejemplo Ra. 8. Oprimir botón de “start” para que se realice el recorrido de la punta sobre la superficie llamado “cut off” previamente calibrada la longitud deseada. 9. Tomar nota de la lectura indicada en el display de la pantalla principal o archivar electrónicamente el dato.
Figura.21 rugosímetro marca Mitutoyo (surf tester) modelo SJ400
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Localización de los ángulos óptimos de detección Para la localización de los ángulos óptimos de detección se realizaron varias pruebas de medición de huellas de desgaste con una probeta de acero de riel de ferrocarriles en el cual se le generaron 3 huellas de desgaste; las pruebas se realizaron a diferentes ángulos de detección y a diferente posición se coloco el detector del láser como se muestra en la figura 22.
Láser Aquí es el plano de incidencia.
Detector del láser
Figura 22. Plano del detector láser.
Las mediciones se realizaron con el detector del láser en 4 posiciones: 1.- Dentro del plano de incidencia como se muestra la figura 22 2.-. 6.4mm, fuera del plano de incidencia. 3.-. 6.4mm, fuera del plano de incidencia. .4.- 19.2mm, fuera del plano de incidencia.
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También se movió el ángulo de detección en varios ángulos tomando como la luz reflejada son: el ángulo de incidencia del láser (40°) esté ángulo es fijo y el ángulo de detección como se muestra en la tabla No 5.
Tabla No 5 Ángulos de incidencia y detección del láser.
Luz reflejada
Dentro del plano
6.4mm, fuera del
12.8mm, fuera del 19.2mm, fuera del
de incidencia
plano de
plano de
plano de
incidencia.
incidencia.
incidencia
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
incidencia y 0° de
incidencia y 0° de
incidencia y 0° de
incidencia y 0° de
detección
detección
detección
detección
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
incidencia y 13°
incidencia y 15°
incidencia y 18°
incidencia 27°
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
incidencia 23°
incidencia 25°
incidencia 28°
incidencia 37°
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
incidencia 33°
incidencia 35°
incidencia 38°
incidencia 47°
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
incidencia 43°
incidencia 45°
incidencia 48°
incidencia 57°
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
40° ángulo de
incidencia y 53°
incidencia 55°
incidencia y 58°
incidencia67°
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Luz reflejada
Una vez que se realizaron todas estas mediciones, se obtuvieron los datos y se graficaron, se obtuvo lo siguiente tabla No 6 donde se representa mediante una grafica la zona más optima de medir con el tribómetro perno en disco, en esta tabla se observa la zona de las huellas d desgaste en la probeta.
Tabla 6. Representacón grafica de las mediciones
Posición óptima que se detectó
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La posición óptima que se detecto o la más adecuada fue: 1.- Dentro de el plano de incidencia, 13° y 23° los ángulos de detección y 40° el ángulo de incidencia del láser. 2.- Fuera del plano de incidencia 6.4mm, 15° y 35° los ángulos de detección y 40° el ángulo de incidencia del láser.
Adquisición de materiales para la experimentación. El material que se utilizó para realizar las mediciones fueron 3 barras de diferentes materiales, una barra de acero inoxidable 304 de 2” (Ø) x 10” largo figura 23, una barra de bronce estándar de 2” (Ø) x 10” largo figura 24 y una barra de aluminio 6160 de 2” (Ø) x 10” largo figura 25; cuyas barras fueron adquiridas por el Dr. Iván Domínguez López.
Figura 23. Barra de acero inoxidable 304
Figura 24. Barra de bronce estándar
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Figura 25. Barra de aluminio 6160
Preparación de probetas. En la maquilación de los materiales (barras de acero inoxidable 304, bronce estándar y aluminio 6160), se requirió de una Cortadora eléctrica de cierra flexible THL machine 50 Tools para poder cortar las barras y obtener las probetas que se requerían, las probetas quedaron de una medida de 2” (Ø) x 6.5mm de altura; una vez que se obtuvieron las probetas se les tuvo que dar nuevamente otro tipo de maquinado para poder quitar las imperfecciones de rebababas o impurezas del material que se quedo al cortar las piezas con la cierra eléctrica las probetas se rectificaron con una maquina de control numérico (CNC) para así poder darle un acabado superficial más adecuado ya con esto las probetas quedaron de una medida de 2” (Ø) x 5mm como se observa en la figura 26.
2” (Ø)
5mm
Figura 26. Medidas de las probetas
50
En la preparación de las probetas de bronce estándar, acero inoxidable 304 y aluminio 6160 se requirió de un torno THL machine 1 Tools, en el cual se utilizó para pulir las probetas o darles el terminado
que se requería, se
prepararon 5 probetas de cada material (bronce estándar, acero inoxidable 304 y aluminio 6160) con medidas de 2” (Ø) x 5mm, las probetas se pulieron con lijas de agua de diferentes tipos de grano: No 80, 320, 400, 600 y 800 cada probeta se pulió por ambos lados con una lija diferente, de manera que la primer probeta se pulió con la lija del No 80, la segunda probeta No 80 y 320, la tercera probeta No 80, 320 y 400, la cuarta probeta No 80, 320 ,400 y 600 y la quinta probeta con No 80, 320, 400, 600 y 800; de tal manera que quedaron 5 probetas de cada material con 5 rugosidades diferentes. En el procedimiento de la preparación de las probetas se coloco en el torno THL machine 1 Tools la probeta sujetada del chuck, el torno se puso girar a 1600 RPM y se empezaba a pulir con las lijas de agua utilizando agua como refrigerante así el agua ayudaría a un mejor pulido y a quitar la rebaba del material. En la figura 27 se observa la probeta en el chuck del torno en el momento de la preparación de las probetas.
Figura 27. Probeta en el chuck del trono 51
Realización de mediciones Una vez que las probetas se terminaron de pulir y se les dio el terminado que se requería se empezaría
a realizar las pruebas de medición. Estas
mediciones consto de 2 partes: la primera parte fue la realización de un escaneo en el tribómetro de perno en disco y la segunda parte de una medición con un rugosímetro Mitutoyo mod. SJ-400. Como ya se menciono la primera etapa se realizaron los escaneos de las probetas (con la probetas de acero inoxidable 304, bronce estándar y aluminio 6160) el tribómetro de perno en disco, para observar los cambios de rugosidades en los diferentes materiales que se escaneaban todas las mediciones se realizaron a diferentes ángulos, como se muestra en la tabla No7. Tabla 7 Esquema de escaneos en el tribómetro de perno en disco
Material Acero Inoxidable 304 Acero Inoxidable 304 Acero Inoxidable 304 Bronce estándar Bronce estándar Bronce estándar Aluminio 6160 Aluminio 6160 Aluminio 6160
Grano de lija (80, 320,400,600,800) (80, 320,400,600,800) (80, 320,400,600,800) (80, 320,400,600,800) (80, 320,400,600,800) (80, 320,400,600,800) (80, 320,400,600,800) (80, 320,400,600,800) (80, 320,400,600,800)
Ángulo de incidencia Ángulo de detección
52
45°
13°
45°
34°
45°
42°
45°
13°
45°
34°
45°
42°
45°
13°
45°
34°
45°
42°
En el procedimiento que se utilizo fue: 1.- Una vez que la probeta estaba pulida como se requería al grano de lija que se indico figura 28 (probeta de aluminio y probeta de bronce ya pulidas).
Figura 28. Probetas de aluminio y bronce ya pulidas.
2.- Se ajustaban la posición de los ángulos de incidencia del láser y del detector, se colocaba la probeta en el chuck del tribómetro y se colocaba el láser en posición (fuera de la probeta para comenzar la prueba) como se muestra en la figura 29, se indica las partes que se ajustaban en la prueba y donde se coloca la probeta.
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Ajuste de los ángulos de Incidencia del láser y Detección de la luz láser.
Chuck donde se coloca la probeta.
Figura29. Colocación de ángulos y probeta en el tribómetro de perno en disco
3.- Ajustes de los parámetros en el lokc-In (sensibilidad y la constante de tiempo), ajuste de velocidad en el tribómetro de perno en disco (el ajuste se realiza en el un control de velocidad a PRM) y ajustes en el software que
Parámetros del Lock.In Sensibilidad y constante de tiempo Parámetro de velocidad RPM
Ajustes en el software
LabVIEW Figura 30 Ajustes para hacer las mediciones. 54
se utilizo ( LabVIEW). Como se muestra en la figura 30. Ya hecho todo lo mencionado anteriormente se comienza la prueba y se recopilan los datos obtenidos de cada prueba, las pruebas que se realizaron en este proyecto se realizaron con el software LabVIEW con el programa UTEQ4 que se encuentra en la computadora de escritorio del tribómetro de perno en disco, el programa de UTEQ4 realiza un barrido de la probeta cuando está esta girando a una velocidad que de le indico al programa en este caso 60 RPM, el tribómetro de perno en disco tiene un motor a pasos controlado por el mismo programa ya mencionado y ahí se le indica cuanto es lo que quiere que se avance radialmente el barrido del láser y por cada revolución que la probeta da el programa recopila 1000 datos y este a su vez hace u promedio de los 1000 datos recopilados y se observan en una grafica para ver el comportamiento de escaneo de cada probeta y así poder hacer una comparación de las diferentes rugosidades. En la figura 31 se puede observar como es el programa de UTEQ4 del software LabVIEW también se observa los parámetros que este controla en el tribómetro perno en disco.
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Numero de muestras por revolución
Velocidad RPM
Activación del motor a pasos
Posición radial
Grafica de la lectura de promedio por revolución
. Figura 31 Programa de UTEQ4 software LabVIEW
Ya terminado el escaneo de la probeta que se coloco en el chuck del tribómetro de perno en disco los datos se almacenan en la computadora de escritorio que controla el programa de UTEQ4, son almacenados en el disco “C” donde se ponen como carpetas con la hora en que se realizó la prueba y estas carpetas se pueden abrir con el paquete de microsoft office Excel en este paquete se pueden manipular los datos que se obtuvieron del escaneo de cada prueba y se pueden realizar graficas para observar el comportamiento de las pruebas.
56
Después de terminar los escaneos con el tribómetro de perno en disco de todas las probetas que se pulieron con los diferentes granos, se realizó una medición de las rugosidades de las mismas, las mediciones se realizaron con un rugosímetro Mitutoyo mod. SJ-400 en el cual se tomaron. En la tabla 8,9 y 10 se muestra los datos que te da el rugusímetro de las 5 mediciones que se le realizaron a las de las probetas estas tablas son una de cada material con el que se trabajo, en ellas se muestra la hora en la cual se realizó la medición, la distancia que recorrió en la probeta, el perfil que en este caso es la rugosidad y se representa con una R(Ra, Ry, Rz y Rq) y la norma con la que trabaja la JIS1994 .
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Tabla 8. Muestra los datos que muestra el rugosimetro de la proveta de Aluninio
ALUMINIO DATE 2000-01-01,TIME 04:50:51 JIS1994 profile=R filter=GAUSS E_VAL=2.0mm cutoff.h=0.8mm cutoff.L=* L=2.0mm range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL r_surf=OFF auto-rtn=ON stylus=STAND drive=ON Ra 0.36um Ry 2.3um Rz 2.0um Rq 0.44um
PROBETA DE ALUMINIO DE 2PULG. DE DIAMETRO CON MAQUINADO CNC, DISTANCIA DE MEDICIÓN CON RUGOSIMETRO 2mm. DATE 2000-01-01,TIME 04:53:31 DATE 2000-01-01,TIME 04:55:10 DATE 2000-01-01,TIME 04:58:52 DATE 2000-01-01,TIME 05:01:07 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 profile=R profile=R profile=R profile=R filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS E_VAL=2.0mm E_VAL=2.0mm E_VAL=2.0mm E_VAL=2.0mm cutoff.h=0.8mm cutoff.h=0.8mm cutoff.h=0.8mm cutoff.h=0.8mm cutoff.L=* cutoff.L=* cutoff.L=* cutoff.L=* L=2.0mm L=2.0mm L=2.0mm L=2.0mm range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON 0.36 Ra 0.37um 0.37 Ra 0.36um 0.36 Ra 0.37um 0.37 Ra 0.40um 2.3 Ry 3.1um 3.1 Ry 2.4um 2.4 Ry 2.4um 2.4 Ry 2.7um 2 Rz 2.4um 2.4 Rz 2.1um 2.1 Rz 2.1um 2.1 Rz 2.3um 0.44 Rq 0.46um 0.46 Rq 0.45um 0.45 Rq 0.46um 0.46 Rq 0.49um
58
0.4 2.7 2.3 0.49
Tabla 9. Muestra los datos que arroja el rugisímetro de una probeta de Acero Inoxidable
Acero Inoxidable DATE 2000-01-01,TIME 02:38:25 JIS1994 profile=R filter=GAUSS E_VAL=2.0mm cutoff.h=0.8mm cutoff.L=* L=2.0mm range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL r_surf=OFF auto-rtn=ON stylus=STAND drive=ON Ra 0.56um Ry 3.8um Rz 3.3um Rq 0.70um
PROBETA DE ACERO INOXIDABLE DE 2PULG. DE DIAMETRO CON MAQUINADO CNC, DISTANCIA DE MEDICIÓN CON RUGOSIMETRO 2mm. DATE 2000-01-01,TIME 02:43:29 DATE 2000-01-01,TIME 02:46:37 DATE 2000-01-01,TIME 02:51:04 DATE 2000-01-01,TIME 02:55:58 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 profile=R profile=R profile=R profile=R filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS E_VAL=2.0mm E_VAL=2.0mm E_VAL=2.0mm E_VAL=2.0mm cutoff.h=0.8mm cutoff.h=0.8mm cutoff.h=0.8mm cutoff.h=0.8mm cutoff.L=* cutoff.L=* cutoff.L=* cutoff.L=* L=2.0mm L=2.0mm L=2.0mm L=2.0mm range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON 0.56 Ra 0.45um 0.45 Ra 0.32um 0.32 Ra 0.30um 0.3 Ra 0.31um 3.8 Ry 2.9um 2.9 Ry 2.2um 2.2 Ry 2.1um 2.1 Ry 2.0um 3.3 Rz 2.6um 2.6 Rz 2.0um 2 Rz 1.8um 1.8 Rz 1.8um 0.7 Rq 0.54um 0.54 Rq 0.40um 0.4 Rq 0.37um 0.37 Rq 0.38um . 59
0.31 2 1.8 0.38
Tabla 10. Muestra los datos que arroja el rugosímetro de una probeta de bronce.
BRONCE DATE 2000-01-01,TIME 01:30:07 JIS1994 profile=R filter=GAUSS E_VAL=2.0mm cutoff.h=0.8mm cutoff.L=* L=2.0mm range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL r_surf=OFF auto-rtn=ON stylus=STAND drive=ON Ra 0.48um Ry 2.9um Rz 2.6um Rq 0.58um
PROBETA DE BRONCE DE 2PULG. DE DIAMETRO CON MAQUINADO CNC, DISTANCIA DE MEDICIÓN CON RUGOSIMETRO 2mm. DATE 2000-01-01,TIME 01:20:01 DATE 2000-01-01,TIME 01:28:17 DATE 2000-01-01,TIME 01:26:17 DATE 2000-01-01,TIME 01:31:58 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 profile=R profile=R profile=R profile=R filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS E_VAL=2.0mm E_VAL=2.0mm E_VAL=2.0mm E_VAL=2.0mm cutoff.h=0.8mm cutoff.h=0.8mm cutoff.h=0.8mm cutoff.h=0.8mm cutoff.L=* cutoff.L=* cutoff.L=* cutoff.L=* L=2.0mm L=2.0mm L=2.0mm L=2.0mm range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON 0.48 Ra 0.47um 0.47 Ra 0.48um 0.48 Ra 0.48um 0.48 Ra 0.48um 2.9 Ry 2.6um 2.6 Ry 2.5um 2.5 Ry 2.7um 2.7 Ry 3.3um 2.6 Rz 2.4um 2.4 Rz 2.4um 2.4 Rz 2.5um 2.5 Rz 2.6um 0.58 Rq 0.56um 0.56 Rq 0.57um 0.57 Rq 0.57um 0.57 Rq 0.57um
60
0.48 3.3 2.6 0.57
Mediciones con las probetas de acero inoxidable 304 pulido grano 80, 320 y 400. Una vez realizadas las pruebas con las probetas de (acero inoxidable 304, bronce estándar y aluminio 6160) se seleccionaron 3 probetas de acero inoxidable que se pulieron con una lija de agua de grano 80, 320 y 400, a las cuales se les realizaron 3 huellas de desgaste con el tribómetro de perno en disco, estas huellas fueron generadas con el brazo que tiene el tribómetro de perno en disco en la figura 32 se observa el brazo con el cual se generaron las huellas de desgaste y las partes que lo componen para poder generar las huellas en las probetas de acero inoxidable. Carga que se le aplica al brazo para generar la huella
Inserto donde va colocada la bola de rubí sintético.
Brazo con el que se generan las huellas de desgaste.
Figura 32. Indica el brazo con el que se generan las huellas de desgaste.
Las huellas son generadas por unas bolas de rubí sintético de .125 in. Marca Small Parts.
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La forma como se generaron las huellas de desgaste fue: 1. Se colocaba la probeta en el Chuck del tribómetro de perno en disco y se ajustan los parámetros de distancia a los que se generara la primera huella de desgaste. 2. Una vez hecho lo anterior en el software de LabVIEW se encuentra un programa que se llama “lazo abierto” el cual se contra el número de vueltas que da el chuck del tribómetro de perno en disco, esto para saber cuantas vueltas de desgaste se le dará a la primera huellas q se va a generar. 3. Se verifica que la bola de rubí sintético este en condiciones favorables sin ralladuras ni desgaste para poder generar las huellas de desgaste (cada que se realiza una huella de desgaste se gira el rubí sintético para que la siguiente huella se realice con la bola de rubí en buenas condiciones sin desgaste). 4. Ya realizado y verificado lo anterior, se pone a funcionar el programa con las condiciones que se desee (velocidad, No. De vueltas y que registre los datos), se baja el brazo del tribómetro de perno en disco y se empiezan a generar las huellas de desgaste.
En las 3 probetas de acero inoxidable que se seleccionaron (pulido 80, 320 y 400) se hizo es procedimiento mencionado anterior mente para generar 3 huellas de desgaste, estas huellas se realizaron a diferentes
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radios la distancia entre cada huella fue de 1.94mm, el tribómetro de perno en disco se puso a girar a una velocidad de 120 RPM y con una cagar de 509.5 gr. En la figura 33 se muestra como se generan las huellas de desgaste.
Carga que se aplica para generar las huellas de desgaste
Figura 33. Muestra como se generan las huellas de desgaste.
En la figura 34 se observa la probeta de cero inoxidable pulido 80 a la cual se generaron 3 huellas de desgaste a una velocidad de 120 RPM y una carga de 509.5 gr; la primera huella e se hizo con 50 vueltas, la segunda huella con 100 vueltas y la tercer huella con 150 vueltas.
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1 2 3
Figura 34. Probeta acero inoxidable 304 pulido 80 3 huellas de desgaste.
En la figura 35 se observa la probeta de cero inoxidable pulido 320 a la cual se generaron 3 huellas de desgaste a una velocidad de 120 RPM y una carga de 509.5 gr; la primera huella e se hizo con 50 vueltas, la segunda huella con 100 vueltas y la tercer huella con 150 vueltas.
3
2
1
Figura 35. Probeta acero inoxidable 304 pulido 320 3 huellas de desgaste.
En la figura 36 se observa la probeta de cero inoxidable pulido 400 a la cual se generaron 3 huellas de desgaste a una velocidad de 120 RPM y una carga de
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509.5 gr; la primera huella e se hizo con 50 vueltas, la segunda huella con 150 vueltas y la tercer huella con 100 vueltas.
3
2
1
Figura 36. Probeta acero inoxidable 304 pulido 400 3 huellas de desgaste.
En la figura 37. Se observa la comparación de la bola de rubí sintético cuando no se ha generado huellas de desgaste con ella y cuando ya se genero la huella de desgaste ahí se observa el desgaste que también se le hace a la bola de rubí sintético esta se observa un microscopio.
Figura 37. Comparación bola de rubí sintético.
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Después de que se realizaron las huellas de desgaste se realizaron escaneos con el tribómetro de perno con el software de LabVIEW en el programa UTEQ4 para poder identificar los cambios de luz en las huellas de desgaste, para así poder observar claramente en los ángulos de incidencia y detección que se indicaron anteriormente entre (40° incidencia, 13°-23° dentro del plano) y (40° incidencia, fuera de plano 6.44mm 15°y 25°); se midieron las 3 probetas de acero inoxidable con las huellas ya generadas, en la figura 38 se observa como en el programa de UTEQ4 muestra los cambios de luz y se muestran con picos las huellas de desgaste.
Figura 38. Programa UTEQ4.
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El programa UTEQ4 cada que realiza un barrido o escaneo de cada probeta y los datos obtenidos son guardados en el disco “C” de la computadora, estos mismos datos se pueden abrir con el paquete de microsoft office Excel y en este mismo paquete se graficaron los datos promediados de las mediciones realizadas de cada una de las 3 probetas de acero inoxidable, en la figura 39, 40 y 41 estas fueron tomadas fuera del plano de incidencia 6.4mm, se muestra una de las graficas que se obtuvieron de un escaneo de una de las probetas de acero inoxidable con un ángulo de incidencia de 40° y un ángulo de detección de 15° con el pulido de lija 80, 320 y 400 como se indica en la figura.
Figura 39. Grafica del barrido, probeta pulido 80.
En el primer pico de 50 vueltas es la primera huella de desgaste, el segundo pico de 100 vueltas es la segunda huella y el tercer pico de 150 vueltas es la tercera huella de desgaste, como se observa en la grafica el
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primer y segundo pico no son tan pronunciados como el tercero donde se ve que tiene una mayor altura y se puede identificar mas fácil que los otros 2.
Figura 40. Grafica del barrido, probeta pulido 320.
En la primer pico de 50 vueltas es la primera huella de desgaste, el segundo pico de 100 vueltas es la segunda huella y el tercer pico de 150 vueltas es la tercera huella de desgaste, en esta grafica se nota la profundidad de las huellas en un grado ascendente como se menciono que se realizaron.
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Figura 41. Grafica del barrido, probeta pulido 400.
En la primer pico de 50 vueltas es la primera huella de desgaste, el segundo pico de 150 vueltas es la segunda huella y el tercer pico de 100 vueltas es la tercera huella de desgaste, en esta grafica se muestra como la huella de mayor desgaste es la segunda ya que en esta se le dieron un mayor número de vueltas para desgastar esa zona.
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Análisis de resultados. Una vez terminadas los escaneos de las probetas de acero inoxidable con el tribómetro de perno en disco y ya identificado las huellas de desgaste generadas, lo siguiente fue realizar unas mediciones con el rugosímetro y ahí también poder identificar las huellas de desgaste, en las tablas 11, 12 y 13 se muestran los datos obtenidos del rugosímetro en cada una de las diferentes probetas de acero inoxidable 304.
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Tabla 11. Muestra las rugosidades de la probeta de acero inoxidable 304 con pulido 80 y con 3 diferentes huellas de desgaste
Acero Inoxidable PROBETA DE ACERO INOXIDABLE DE 2PULG. DE DIAMETRO CON LIJADO DE 80, DISTANCIA DE MEDICIÓN CON RUGOSIMETRO 5.5mm. DATE 2000-01-01,TIME 02:50:21 DATE 2000-01-01,TIME 02:54:13 DATE 2000-01-01,TIME 02:59:42 DATE 2000-01-01,TIME 03:03:04 DATE 2000-01-01,TIME 03:09:18 DATE 2000-01-01,TIME 03:16:26 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 profile=W profile=W profile=W profile=W profile=W profile=W filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm L=5.5mm L=5.5mm L=5.5mm L=5.5mm L=5.5mm L=5.5mm range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON Wa 0.76um 0.76 Wa 0.64um 0.64 Wa 0.70um 0.7 Wa 0.76um 0.76 Wa 0.53um 0.53 Wa 0.81um 0.81 Wy 10.4um 10.4 Wy 7.2um 7.2 Wy 8.2um 8.2 Wy 11.1um 11.1 Wy 6.6um 6.6 Wy 15.9um 15.9 Wz # 4.7um 4.7 Wz 3.9um 3.9 Wz 4.5um 4.5 Wz 5.8um 5.8 Wz # 3.8um 3.8 Wz # 12.8um 12.8 Wq 1.31um 1.31 Wq 0.90um 0.9 Wq 0.98um 0.98 Wq 1.16um 1.16 Wq 0.80um 0.8 Wq 1.63um 1.63 Wsk 2.47 2.47 Wsk 0.10 0.1 Wsk -0.69 -0.7 Wsk -1.25 -1.25 Wsk -1.22 -1.22 Wsk 2.55 2.55 Wku 12.94 12.94 Wku 5.41 5.41 Wku 5.93 5.93 Wku 9.31 9.31 Wku 9.47 9.47 Wku 17.93 17.93
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Tabla 12. Muestra las rugosidades de la probeta de acero inoxidable 304 con pulido 320 y con 3 diferentes huellas de desgaste
DATE 2000-01-01,TIME 02:23:10 JIS1994 profile=W filter=GAUSS E_VAL=5.0mm cutoff.h=0.08mm cutoff.L=0.8mm L=5.0mm range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL r_surf=OFF auto-rtn=ON stylus=STAND drive=ON Wa 0.58um Wy 9.0um Wz # 6.5um Wq 1.08um Wsk 0.72 Wku 8.05
PROBETA DE ACERO INOXIDABLE DE 2PULG. DE DIAMETRO CON LIJADO DE 320, DISTANCIA DE MEDICIÓN CON RUGOSIMETRO 5.5mm. DATE 2000-01-01,TIME 02:27:38 DATE 2000-01-01,TIME 02:35:25 DATE 2000-01-01,TIME 02:38:34 DATE 2000-01-01,TIME 02:40:13 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 profile=W profile=W profile=W profile=W filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS E_VAL=5.0mm E_VAL=5.0mm E_VAL=5.0mm E_VAL=5.0mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.L=0.8mm cutoff.L=0.8mm cutoff.L=0.8mm cutoff.L=0.8mm L=5.0mm L=5.0mm L=5.0mm L=5.0mm range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON 0.58 Wa 0.67um 0.67 Wa 0.37um 0.37 Wa 0.48um 0.48 Wa 0.33um 9 Wy 11.8um 11.8 Wy 6.2um 6.2 Wy 7.9um 7.9 Wy 5.1um 6.5 Wz 6.8um 6.8 Wz 4.1um 4.1 Wz 5.1um 5.1 Wz 4.0um 1.08 Wq 1.30um 1.3 Wq 0.70um 0.7 Wq 0.94um 0.94 Wq 0.63um 0.72 Wsk -1.36 -1.36 Wsk -1.15 -1.2 Wsk 0.33 0.33 Wsk -0.20 8.05 Wku 12.29 12.29 Wku 9.32 9.32 Wku 8.95 8.95 Wku 8.08
72
DATE 2000-01-01,TIME 02:42:22 JIS1994 profile=W filter=GAUSS E_VAL=5.0mm cutoff.h=0.08mm cutoff.L=0.8mm L=5.0mm range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL r_surf=OFF auto-rtn=ON stylus=STAND drive=ON 0.33 Wa 0.66um 0.66 5.1 Wy 13.4um 13.4 4 Wz # 9.7um 9.7 0.63 Wq 1.42um 1.42 -0.2 Wsk 2.98 2.98 8.08 Wku 19.29 19.29
Tabla 13. Muestra las rugosidades de la probeta de acero inoxidable 304 con pulido 400 y con 3 diferentes huellas de desgaste.
PROBETA DE ACERO INOXIDABLE DE 2PULG. DE DIAMETRO CON LIJADO DE 400, DISTANCIA DE MEDICIÓN CON RUGOSIMETRO 5.5mm. DATE 2000-01-01,TIME 03:20:30 DATE 2000-01-01,TIME 03:22:19 DATE 2000-01-01,TIME 03:24:00 DATE 2000-01-01,TIME 03:26:48 DATE 2000-01-01,TIME 03:28:35 DATE 2000-01-01,TIME 03:30:27 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 JIS1994 profile=W profile=W profile=W profile=W profile=W profile=W filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS filter=GAUSS E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm E_VAL=5.5mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.h=0.08mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm cutoff.L=2.5mm L=5.5mm L=5.5mm L=5.5mm L=5.5mm L=5.5mm L=5.5mm range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC range=800 +-ESC M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s M-SPEED=0.5mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s R-SPEED=1mm/s pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF pre/post-travel=OFF tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL tilt compensa=ALL r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF r_surf=OFF auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON auto-rtn=ON stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND stylus=STAND drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON drive=ON Wa 0.56um 0.56 Wa 0.49um 0.49 Wa 0.40um 0.4 Wa 0.74um 0.74 Wa 0.59um 0.59 Wa 0.35um 0.35 Wy 9.1um 9.1 Wy 9.9um 9.9 Wy 7.1um 7.1 Wy 16.3um 16.3 Wy 10.9um 10.9 Wy 7.0um 7 Wz # 5.3um 5.3 Wz # 6.0um 6 Wz # 4.4um 4.4 Wz # 15.5um 15.5 Wz # 7.0um 7 Wz # 6.3um 6.3 Wq 1.07um 1.07 Wq 0.88um 0.88 Wq 0.77um 0.77 Wq 1.77um 1.77 Wq 1.24um 1.24 Wq 0.80um 0.8 Wsk -3.27 -3.27 Wsk -0.17 -0.17 Wsk -2.60 -2.6 Wsk -3.78 -3.78 Wsk -3.15 -3.15 Wsk -2.62 -2.62 Wku 16.74 16.74 Wku 12.72 12.72 Wku 13.52 13.5 Wku 25.48 25.48 Wku 18.10 18.1 Wku 17.29 17.29
73
Como se menciono que en la tabla 11 que muestra las rugosidades de la probeta de acero inoxidable 304 con pulido 80 y con 3 diferentes huellas de desgaste, también se realizaron graficas de los perfiles de rugosidad figura 42 en la grafica se pueden observar las huellas de desgaste que se les generaron a las probetas, como se puede notar en las variaciones mas grandes son las zonas de las huellas de desgaste.
Figura 42. Grafica del perfil de rugosidad de la probeta de acero inoxidable pulido 80 con 3 huellas de degaste.
En la tabla
12 que muestra las rugosidades de la probeta de acero
inoxidable 304 con pulido 320 y con 3 diferentes huellas de desgaste, también se realizaron graficas de los perfiles de rugosidad figura 43, en la grafica se pueden observar las huellas de desgaste que se les generaron a las probetas, como se puede notar en las variaciones mas grandes son las zonas de las huellas de desgaste.
74
Figura 43. Grafica del perfil de rugosidad de la probeta de acero inoxidable pulido 320 con 3 huellas de degaste.
En la tabla
13 que muestra las rugosidades de la probeta de acero
inoxidable 304 con pulido 400 y con 3 diferentes huellas de desgaste, también se realizaron graficas de los perfiles de rugosidad figura 44 en la grafica se pueden observar las huellas de desgaste que se les generaron a las probetas, como se puede notar en las variaciones mas grandes son las zonas de las huellas de desgaste.
75
Figura 44. Grafica del perfil de rugosidad de la probeta de acero inoxidable pulido 400 con 3 huellas de degaste.
Se obtuvo una representación grafica de la superficie de las probetas de acero inoxidable 304 con diferente tipo de pulido con lijas de agua (80, 320 y 400) a alas cuales se les generaron 3 huellas diferentes de desgaste a diferentes radios, de las cuales se tomó en cuenta 1 probeta la pulida 320 para las figuras 45 y 46, estas son representadas por una
grafica en tres
dimensiones donde muestra su superficie y las mediciones que se realizaron con la LLS y con su posición radial. A continuación se muestran las tablas 14 y 15 las cuales indican la medición de 2 probetas de acero inoxidable pulida 320 una dentro del plano de incidencia y otra fuera del plano de incidencia 6.44mm con la intensidad de la LLS, los ángulos de medición y la posición radial.
76
Tabla 14. Datos de las graficas en 3D Probeta de acero inoxidable pulido 320 con 3 huellas de desgaste dentro del plano de incidencia. Intensidad de luz láser (LLS) 8.5 Mv. Ángulos
Posición radial
5°Detector
10°Detector
15°Detector
20°Detector
25°Detector
40° Incidencia
40° Incidencia
40° Incidencia
40° Incidencia
40° Incidencia
950 pasos
950 pasos
950 pasos
950 pasos
950 pasos
(100.66 mm)
(100.66 mm)
(100.66 mm)
(100.66 mm)
(100.66 mm)
Figura 45. Superficie de la probeta acero inoxidable pulido 320 con 3 huellas de desgate dentro del plano de incidencia.
77
Tabla 15. Datos de las graficas en 3D Probeta de acero inoxidable pulido 320 con 3 huellas de desgaste fuera del plano de incidencia 6.44mm.. Intensidad de luz láser (LLS) 4.5 mV. Ángulos
Posición radial
5°Detector
10°Detector
15°Detector
20°Detector
25°Detector
40° Incidencia
40° Incidencia
40° Incidencia
40° Incidencia
40° Incidencia
950 pasos
950 pasos
950 pasos
950 pasos
950 pasos
(100.66 mm)
(100.66 mm)
(100.66 mm)
(100.66 mm)
(100.66 mm)
Figura 46. Superficie de la probeta acero inoxidable pulido 320 con 3 huellas de desgate fuera del plano de incidencia 6.44m.
78
X. Resultados Obtenidos Objetivos.
Resultados.
Determinar los parámetros óptimos Con un tribómetro de perno en disco para la detección de huellas de “Pin on Disk” utilizando la técnica LLS desgaste utilizando la técnica de (luz láser esparcida) se realizaron esparcimiento de luz láser en un experimentos en diferentes materiales tribómetro de perno en disco.
(Acero
inoxidable
304,
Bronce
estándar y aluminio 6160) en los cuales se busco los ángulos de detección. El objetivo se cumplió en una 90% ya que con el plano de incidencia no hubo una variación ya que por lo regular las mediciones fueron realizadas afuera del plano de incidencia y no dentro del mismo. Determinar el ángulo de detección Se determinaron los ángulos óptimos óptimo del detector LLS dentro del de detector LLS dentro del plano de plano de incidencia.
incidencia en los cuales se observo que estos eran entre 13° y 23° respecto un ángulo de incidencia de
79
40° ya determinado, en la
poción
donde se debe colocar el detector para observar el cambio de luz láser en las probetas que se utilizaron para la experimentación. Determinar él ángulo de detección Se determinaron los ángulos óptimos óptimo del detector LLS fuera del de detector LLS fuera del plano de plano de incidencia
incidencia 6.44mm en los cuales se observo que estos eran entre 15° y 25° respecto un ángulo de incidencia de 40° ya determinado, en la poción donde se debe colocar el detector para observar el cambio de luz láser en las probetas que se utilizaron para la experimentación.
Realizar diferentes mediciones en Se seleccionaron 3 probetas de acero probetas de acero inoxidables en tres inoxidable diferentes
rugosidades
las
cuales
se
les
para generaron 3 huellas de desgaste, con
determinar la confiabilidad de los los ajustes antes mencionados
en
ángulos
ya
determinados
de
incidencia y detección, se realizo un escaneo
80
donde
se
observo
la
variación de luz donde existían las huellas de desgaste y donde no las había y así se observo que la confiabilidad de los parámetros antes mencionados es buena.
XI. Análisis de Riesgo Para este tipo de mediciones el riesgo que se puede generar al realizar un experimento es: la intensidad del rayo láser baje en la realización de un experimento y que haya iniciado con una buena intensidad, la posición de los ángulos este variando al realizar un experimento por una vibración o que no se hayan apretado bien al colocarlos en la posición que se requiera, que uno de los motores del tribómetro de perno en disco tenga una falla (mecánica o eléctrica), que los cables que están conectados al Lock In tengan un falso contacto o estén flojos por que se hayan estirado mucho, que tenga una baja alimentación de energía y que la computadora que esta conectada al tribómetro de peno en disco tenga un falla en el software LabVIEW.
81
XII. Conclusiones
El resultado más significativo obtenido fue la realización de mediciones con la técnica de la luz láser, probando diferentes ángulos de detección y un ángulo fijo para el láser, para poder observar las variaciones de luz en probetas de acero inoxidable 304 con diferente tipo de pulido con lijas de agua (80, 320 y 400) a alas cuales se les generaron 3 huellas diferentes de desgaste a diferentes radios con ayuda del programa UTEQ4.
Se obtuvo las mediciones de las probetas con diferente pulido con las huellas de desgaste realizadas con el tribómetro de perno en disco obteniendo que los mejores ángulos para realizar las mediciones con el ángulo de láser fijo a 40° los ángulos de detección fuera del plano de incidencia 6.44mm serán entre (15° y 25°) y los ángulos dentro del plano de incidencia serán (13° y 23°) en esta posición los cambios de luz son más notables, esto ayudara a poder ubicar los ángulos donde se pueda ver mejor la variación de luz cuando se quiera analizar una medición.
XIII. Recomendaciones
Para realizar estos trabajos de medición sería necesario tomar en cuenta el diámetro del láser ya que esté se puede enfocar dependiendo del grosor de la huella de desgate, se tiene que tomar en cuanta la distancia de láser hacia la 82
probeta, también es necesario decir que dependiendo del pulido de la probeta se observara el cambio de luz esparcida entre mas pulida este la probeta se notara más el cambio de luz para poder diferenciar las huellas de desgate de la parte donde no exista desgaste y que la prueba cuente con un sensor de posicionamiento de distancia para el láser para que este nos pueda indicar los milímetros recorridos o la posición real del láser sobre la probeta.
XIV. Referencias Bibliográficas (1)
M. T. A. Martínez Fuentes Víctor (2010) “Modelo numérico de esparcimiento de luz láser en superficies metálicas usando el método de Monte Carlo para el análisis de huellas de desgaste de un tribómetro de perno en disco”. (2)
Rodríguez Tirado J, Antonio (2009) “Inspección para el acabado superficial para procesos de rectificado mediante un esparcimiento de luz láser.” (3)
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