En los experimentos de rectificado realizados sobre aleación de titanio TC4, se evaluó el impacto de diferentes tipos de nanolíquidos y la vibración ultrasónica longitudinal y torsional en la temperatura de la superficie de las piezas de trabajo. La investigación mostró que las condiciones de rectificado seco producen la temperatura más alta en la superficie de la pieza, alcanzando los 190,4°C, mientras que el uso de palm oil puro y los nanolíquidos de CNTs, Al2O3 y MoS2 en condiciones de micro-lubricación disminuyó significativamente esta temperatura.

Uno de los hallazgos clave de los experimentos es que la vibración ultrasónica longitudinal y torsional, cuando se acopla con nanolíquidos, mejora la dispersión del calor y, por ende, reduce la temperatura de rectificado. En particular, la combinación de vibración ultrasónica con el nanolíquido de CNTs resultó en una temperatura de rectificado de tan solo 109,5°C, lo que representa una disminución del 42,49% en comparación con el rectificado en seco. Esto se atribuye a que la vibración ultrasónica mejora la calidad de la atomización de los nanolíquidos y aumenta la cantidad efectiva de fluido que ingresa a la zona de rectificado, lo que permite una mejor disipación del calor.

El uso de nanopartículas también juega un papel fundamental en la mejora de la capacidad de transferencia de calor de los líquidos base. Los líquidos con nanopartículas como CNTs, Al2O3 y MoS2 tienen una mayor conductividad térmica en comparación con los líquidos base tradicionales, lo que reduce la cantidad de calor que fluye hacia la pieza de trabajo. Este fenómeno contribuye a la reducción de la temperatura de rectificado. Entre los diferentes nanolíquidos evaluados, el de CNTs mostró el mejor rendimiento en términos de reducción de temperatura debido a sus propiedades superiores de conductividad térmica.

Además, los experimentos que investigaron el flujo de los nanolíquidos Al2O3 revelaron que, a medida que se aumenta el caudal del nanolíquido, la temperatura de rectificado disminuye. Este efecto se observa hasta un caudal de 100 ml/h, después de lo cual el impacto sobre la temperatura de rectificado se reduce, ya que el área de rectificado llega a una saturación de nanolíquido efectivo. La formación de una película de aceite lubricante de alta calidad y la optimización del flujo de nanolíquido son esenciales para una eficaz disipación del calor durante el rectificado.

En cuanto a los parámetros de procesamiento, el aumento de la profundidad de rectificado, la velocidad del husillo y la velocidad de avance contribuyen al incremento de la temperatura en la zona de rectificado. Estos efectos se pueden modelar numéricamente para optimizar las condiciones de rectificado y evitar un exceso de calor que afecte la calidad de la pieza. La simulación y los experimentos demostraron que un mayor avance y una mayor velocidad del husillo aumentan la cantidad de calor generada, lo que incrementa la temperatura en la zona de contacto, dificultando la disipación del calor.

Es importante destacar que la utilización de ultrasonido en combinación con nanolíquidos no solo mejora la disipación térmica, sino que también influye en la calidad de la superficie rectificada. La modificación de la trayectoria de las partículas abrasivas y la creación de un mejor acceso del nanolíquido a la zona de corte son elementos cruciales para obtener una mayor eficiencia en el proceso de rectificado.

Además, hay que tener en cuenta que el comportamiento de los nanolíquidos puede variar en función de las condiciones experimentales, como el tipo de material de la pieza, la velocidad de rectificado y la cantidad de fluido presente. El comportamiento de estos sistemas complejos debe analizarse cuidadosamente, ya que pequeñas variaciones en los parámetros de procesamiento pueden tener un impacto significativo en la temperatura de la pieza y, por ende, en la calidad del rectificado.

¿Cómo influyen las técnicas de vibración ultrasónica y descarga eléctrica en la temperatura de la herramienta y en el proceso de remoción de material?

En el estudio de procesos de mecanizado avanzados, la relación de velocidad (S.R.) juega un papel crucial en el comportamiento térmico de la herramienta y en la efectividad del proceso de remoción de material. En particular, al analizar las técnicas de Mecanizado Asistido por Descarga Eléctrica Ultrasonica (UEVC + EDA), se observa que a una alta relación de velocidad, la temperatura de la herramienta disminuye en comparación con una baja relación de velocidad. Este fenómeno se debe a que a mayor velocidad, la interacción de corte entre la herramienta y la pieza de trabajo se vuelve menos periódica, generando fluctuaciones en el patrón térmico de la herramienta. La alta frecuencia de las vibraciones de la herramienta en este régimen de velocidad contribuye directamente a esa fluctuación, lo que indica que el contacto repetido con la pieza de trabajo disminuye, resultando en una reducción de la temperatura promedio de la herramienta.

Sin embargo, esta fluctuación no es necesariamente perjudicial. En los métodos que integran la asistencia de la descarga eléctrica y la vibración ultrasónica (UEVC + EDA), se observa que, aunque las temperaturas promedio entre los métodos de UEVC y UEVC + EDA son similares, el primero muestra una intensidad máxima más elevada en los picos de temperatura. Esta diferencia, aunque pequeña (alrededor de 1 o 2 °C), resalta la efectividad del método UEVC + EDA en mejorar la remoción del material, especialmente bajo condiciones de alta relación de velocidad. La asistencia de la descarga eléctrica contribuye a la creación de un espacio de descarga más efectivo, lo que permite una mayor disipación del calor y una remoción de material más eficiente.

Al analizar experimentalmente, el método UEVC + EDA no solo mejora la remoción de material, sino que también ayuda a disipar de manera más eficiente el calor generado durante el proceso de mecanizado, lo que en última instancia reduce la probabilidad de deformación térmica y mejora la precisión del proceso. El uso de cámaras de infrarrojos (IR) también valida este fenómeno, al mostrar que incluso en condiciones de alta S.R., la temperatura de la herramienta en el UEVC + EDA es la más alta, lo que confirma su capacidad para manejar condiciones térmicas más exigentes.

El proceso de Mecanizado Asistido por Descarga Eléctrica y Vibración Ultrasónica (US-EDAM) se distingue por la integración de dos técnicas clave: el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) y el fresado. El principio fundamental del US-EDAM es que utiliza la descarga eléctrica para suavizar el material que se está mecanizando, convirtiéndolo en una capa de corte libre, compuesta por capas recocidas y afectadas por el calor. Posteriormente, se utiliza el fresado para eliminar esta capa de corte libre junto con una pequeña cantidad del sustrato.

El US-EDAM destaca principalmente por la vibración ultrasónica generada por un transductor piezoeléctrico en el husillo, lo cual altera la trayectoria de la herramienta de corte. Esta vibración ultrasónica induce un contacto intermitente entre la herramienta y la pieza de trabajo, reduciendo el calor generado durante el proceso de mecanizado y facilitando la expulsión de virutas. El vibrado axial de alta frecuencia de la herramienta de corte elimina eficazmente el material de la pieza de trabajo en forma de viruta, disipando el calor generado a lo largo del proceso.

Además, el trabajo en el campo del US-EDAM revela cómo la vibración influye directamente en la eficiencia del proceso de Mecanizado por Descarga Eléctrica (EDM). En el proceso de EDM, la descomposición del fluido dieléctrico da lugar a una serie de chispas, lo que, sin la asistencia de vibración, puede generar acumulación de burbujas y posibles problemas de cortocircuitos. Sin embargo, cuando se introduce la vibración, el espacio de descarga se ajusta adecuadamente, lo que mitiga el riesgo de cortocircuitos y mejora la velocidad de mecanizado. La vibración también dispersa las burbujas y residuos generados durante el proceso, lo que previene la concentración de descargas y, en consecuencia, mejora la precisión del mecanizado.

Los estudios muestran que la vibración asistida por ultrasonido juega un papel crucial en la mejora del rendimiento de EDM. Al dispersar los residuos y las burbujas, se optimiza el proceso de mecanizado, mejorando tanto la eficiencia como la precisión. Este enfoque tiene un impacto directo en la velocidad de corte y en la calidad del producto final, lo que hace que el US-EDAM sea una técnica prometedora en el mecanizado de materiales difíciles de cortar, como aleaciones de titanio (Ti–6Al–4V), como lo demuestra la experimentación realizada con este material.

Es importante destacar que, además de los beneficios térmicos y de remoción de material, la vibración ultrasónica también afecta directamente la calidad superficial de la pieza mecanizada. La capacidad de eliminar eficientemente las capas recocidas y afectadas por el calor contribuye a obtener una superficie más uniforme y libre de defectos térmicos. Sin embargo, la comprensión de este proceso no debe limitarse solo a la teoría; es crucial también considerar la optimización práctica de parámetros como la frecuencia de vibración, la amplitud de las vibraciones y el ajuste adecuado del espacio de descarga, los cuales influyen significativamente en la efectividad del proceso.

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