Evaluation of surface integrity in cryogenic cylindrical grinding for automotive components

Resumen

La industria automotriz es una actividad clave para la economía global y el bienestar de las personas, su nivel de producción supera los 1.9 billones de euros, generando más de 8 millones de empleos en el mundo. Debido a sus grandes cantidades de producción y sus altos requerimientos de calidad, las líneas de fabricación están obligadas a trabajar con capacidades de producción cercanas a CpK=1,67. Para poder mantener estos estándares de producción, los componentes mecánicos críticos que tienen tolerancias (IT6 o IT8) deben cumplir altas características en cuanto a su integridad superficial; principalmente, superficies sin línea-blanca y rugosidades superficiales Ra no mayores a 0,32 ¿m. Para lograr estas características superficiales, en los procesos de acabado como el rectificado, se utilizan fluidos refrigerantes/lubricantes que reducen la temperatura y la fricción entre la herramienta de corte y el componente mecánico, logrando así mejorar la calidad superficial y mitigando la aparición de defectos en la superficie. Los aceites de corte y los refrigerantes sintéticos a base de agua son los más utilizados como fluidos de corte, si bien estos productos han sido utilizados por décadas en la industria y permiten mejorar la calidad superficial de los componentes, se ha comprobado que estos fluidos afectan negativamente la salud humana y el medio ambiente. A pesar de los esfuerzos generados por los gobiernos para controlar el uso y posterior deposición, estos no han sido suficientes para impulsar procesos de mecanizado libres de residuos contaminantes en el creciente sector automotriz. El sustituir estos fluidos contaminantes por fluidos ecológicos en operaciones de acabado podría contribuir significativamente en la protección del medio ambiente y garantizar lugares de trabajo más seguros. Por lo cual, el objetivo de esta tesis es analizar los efectos que tiene el rectificado criogénico en la integridad superficial del acero 27MnCr5, un material ampliamente utilizado en la fabricación de componentes de cajas de cambios automotrices, para cumplir con este objetivo, en esta tesis se desarrollaron pruebas experimentales mediante dos estrategias criogénicas, donde se comparó la integridad superficial frente a un proceso de rectificado convencional y se estimaron los parámetros de rectificado óptimos. Después, utilizando estas condiciones, se fabricaron y experimentaron probetas de fatiga y de tribología para validar el desempeño de las superficies criogénicas rectificadas frente al proceso convencional. Adicionalmente, con los resultados experimentales, se desarrollaron modelos basados en datos para explicar y predecir la variación en la distribución de la rugosidad superficial debido a las estrategias criogénicas. Finalmente, los resultados evidencian que la estrategia criogénica con LN2 es una alternativa para el rectificado; por lo que, se desarrolló un análisis técnico y económico considerando los desafíos más relevantes para su implementación en la industria automotriz