Estudio del proceso de bruñido con bola asistido por una vibración

Abstract

The aim of this thesis is studying and characterizing a ball burnishing process assisted with vibrations. By introducing vibrations in the overall process, results are enhanced if compared to the ones derived from a conventional ball burnishing operation. The main contribution of this research is exploring the effectiveness of a special vibrations-assisted ball-burnishing tool, with no current commercial homologous. The first step of the research was obtaining a model to predict the dynamic behavior of the tool's plates, taking into account the physical analysis of the vibration of rigid thin plates. The results were used to determine the most relevant features of the vibrations-assisted tool, and its nominal working frequency. From here, a functional prototype was manufactured, and was used to perform the experimental tests on specimens made of two materials: aluminum A92017 and steel G10380. To evaluate the benefits of the process, the following quality indicators were taken into account: average surface roughness, micro-hardness profile and compressive residual stresses induced in the tested specimens. Furthermore, the additional forces and energy added to the process due to the assistance of the vibrations were calculated. An experimental study of the footprint shape after burnishing was then carried out. Tests were performed in two conditions along the whole thesis: conventional burnishing and assisted by vibrations. The results achieved in both conditions were

El objetivo fundamental planteado en esta tesis es el estudio del proceso de bruñido con bola asistido por vibraciones. La introducción de las vibraciones se realiza para mejorar los resultados que se obtienen en un bruñido convencional, siendo ésta una aportación novedosa, ya que no existe en el mercado ninguna herramienta con características homólogas. Se ha partido de la obtención de un modelo para predecir el comportamiento dinámico de las placas que conforman la herramienta, a partir del análisis físico del fenómeno de la vibración de una placa delgada rígida, el cual ha posibilitado predeterminar las características más relevantes de la herramienta y la frecuencia a la que trabajará la misma. A partir de aquí se ha fabricado un prototipo funcional con el que se realizarán y se presentarán las pruebas experimentales en piezas de dos materiales: aluminio A92017 y acero G10380. Para evaluar las bondades del proceso se han tomado como indicadores de la calidad del mismo: la rugosidad superficial, la micro-dureza del perfil bruñido y las tensiones residuales compresivas introducidas en las piezas ensayadas. Además, se calculan las fuerzas adicionales aportadas al proceso de bruñido, así como la energía añadida a éste, producto de la asistencia de las vibraciones. En una última etapa se lleva a cabo un estudio experimental de la forma de la huella que deja la pasada de bruñido. Se efectúan ensayos de bruñido convencional y asistido con vibraciones y se analizan los resultados alcanzados en ambas condiciones. Al finalizar, se llegan a conclusiones importantes sobre el proceso de bruñido con bola asistido con vibraciones, y sobre las hipótesis y objetivos que establecieron los puntos de partida de esta tesis. Además, se realizan toda una serie de recomendaciones acerca de nuevos estudios que podrían abordarse en un futuro inmediato, cuyas bases fundamentales quedan establecidas en este trabajo.