DESARROLLO DE UN MODELO PREDICTIVO PARA LA CALIDAD

SUPERFICIAL EN UN PROCESO DE TORNEADO SOBRE ACEROS DE ALTA

RESISTENCIA

HUGO ENRIQUE ORTEGA BARCO

Cd. 2111040

WALTER JOS ROMERO PADILLA

Cd. 2111468

ISNARDO GONZALEZ JAIMES

INGENIERO MECNICO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERAS FISICO-MECNICAS

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

BUCARAMANGA

2015

DESARROLLO DE UN MODELO PREDICTIVO PARA LA CALIDAD

SUPERFICIAL EN UN PROCESO DE TORNEADO SOBRE ACEROS DE ALTA

RESISTENCIA

La calidad superficial es uno de los indicadores de desempeo que tiene

efecto sobre la aceptacin o rechazo de un producto terminado. Un producto

terminado que no cumpla con el acabado superficial requerido por el cliente

es garanta de la generacin de costos en el proceso de corte de metales

manifestndose a travs de grandes cantidades de desperdicio de material,

re-trabajo de piezas, tiempos extras, etc.

El articulo presenta un estudio sobre la influencia de los parmetros de corte

en la calidad superficial en el proceso de torneado cilndrico de aceros. El

trabajo experimental se ha desarrollado controlando el proceso de mecaniza-

do y estableciendo valores fijos para los parmetros de Velocidad, Avance y

Profundidad de corte. Se utiliza una tcnica estadstica basada en el anlisis

de varianza (ANOVA) y la Metodologa de la Superficie de Respuesta para

establecer el grado de dependencia del acabado final con los parmetros de

corte y obtener un modelo que permite que la rugosidad superficial pueda

predecirse mediante la combinacin optima de los factores de estudio,

logrando as que las especificaciones dimensionales proporcionales en el

diseo de las piezas puedan cumplirse.

Los resultados del experimento fueron los siguientes:

Puesto que en el experimento han tomado tres variables de entrada (rpm, avance

y profundidad de corte), se utilizarn los resultados obtenidos para una velocidad

del torno constante de 400 rpm y un avance de corte tambin constante de

0,15[mm/rev], de forma que se analice el efecto que presenta la profundidad de

corte sobre la rugosidad de la pieza torneada.

APLICACIN DEL MTODO CIENTFICO PARA LA DETERMINACIN DE LA

INFLUENCIA DE LA PROFUNDIDAD DE CORTE SOBRE LA CALIDAD

SUPERFICIAL EN UN PROCESO DE TORNEADO PARA ACERO DE ALTA

RESISTENCIA

1. RECONOCIMIENTO Y ESTABLECIMIENTO DEL PROBLEMA OBJETO DE

ESTUDIO.

Se pretende establecer un modelo matemtico que permita estimar la el acabado

superficial que tendr una pieza torneada de acero AISI 4140, con base en los

valores pre-establecidos de las variables controlables que influyen directamente

en esta caracterstica.

Para lograr esto, se deben primero se identificar los tratamientos establecidos para

el experimento, as:

Tratamiento 1 2 3

Profundidad de corte [mm] 2 3 4

Montaje del experimento:

Problema a solucionar: El acabado superficial de una pieza torneada de acero

AISI 4140, es funcin, entre otras de variables, de la profundidad de corte.

Rango de inters de la variable independiente: 2 a 4 [m].

2. SELECCIN DE VARIABLES INDEPENDIENTES Y NMERO DE

TRATAMIENTOS A VARIAR

Variable Independiente: Profundidad de corte.

Tratamientos: 2 [mm]

3 [mm]

4 [mm]

El orden de las pruebas para cada tratamiento es aleatorio.

3. SELECCIN DE VARIABLES DEPENDIENTES Y UNIDADES

Variable Dependiente: Acabado superficial (rugosidad) de la pieza.

Unidades: micrmetros [m]

4. SELECCIN DEL DISEO EXPERIMENTAL QUE SE AJUSTE AL PROBLEMA

O CASO

TIPO DE EXPERIMIENTO: TOTALMENTE ALEATORIO.

Hiptesis:

H0: Con un nivel de significancia de =0,05, todas las profundidades de corte darn

el mismo resultado en la medicin de rugosidad de la pieza.

H1: Con un nivel de significancia de =0,05, por lo menos una de las profundidades

de corte dar un resultado significativamente diferente en la medicin de rugosidad

de la pieza.

5. EJECUCIN DEL EXPERIMENTO

Los resultados del experimento se presentan en la siguiente tabla:

Profundidad de corte [mm] Rugosidad [m]

1 2 3 4

2 2795 2923 2723 2872

3 6451 6444 6439 6533

4 6418 6442 6456 6503

Las mediciones de rugosidad fueron tomadas en una longitud de barrido de 5 mm

en cada pieza.

6. ANLISIS ESTADSTICO DE LOS DATOS [ANOVA]

= + + +

Dnde:

=

=

=

=

Se realiza la tabla para facilitar los clculos del ANOVA:

Profundidad de corte [mm] Rugosidad [m]

Totales Promedios 1 2 3 4

2 2795 2923 2723 2872 11313 2828,25

3 6451 6444 6439 6533 25867 6466,75

4 6418 6442 6456 6503 25819 6454,75

TOTAL 62999 5249,916667

ANOVA:

Fuente de variacin

Grados de libertad

Suma de cuadrados

F

Tratamiento 2 35187104,67 17593552 4821,29

Error 9 32842,25 3649,139

TOTAL 11 35219946,92

Ahora buscando en la Tabla ANOVA para un nivel de significancia de =0.05 se

tiene:

Entonces:

F (tabla)=3,863

7. CONCLUSION

Como la F calculada es mucho mayor que la F de la tabla se deduce que los

tratamientos s tienen influencia, debido a esto se rechaza H0 y se acoge H1.

H1: Con un nivel de significancia de =0,05, por lo menos una de las profundidades

de corte dar un resultado significativamente diferente en la medicin de rugosidad

de la pieza.

8. ANLISIS DE DUNCAN

ANLISIS DUNCAN

COMPARANDO T2 CON TODAS

Medias Diferencia de medias Valor Duncan Duncan Ajustado Conclusin

T2 6466,75 3638,5 3,339 100,851 T2>T1

T3 6454,75 12 3,199 96,62276049

T1 2828,25

COMPARANDO T3 CON T1

Medias Diferencia de medias Valor Duncan Duncan Ajustado Conclusin

T3 6454,75 3626,5 3,199 96,62276049 T3>T1

T1 2828,25

De los resultados que arroj el anlisis Duncan se puede decir:

El tratamiento 2, que tiene una profundidad de corte de 3 mm, genera una

rugosidad ms alta que la obtenida en el tratamiento 1, donde la profundidad

de corte fue de 2 mm. Con base a esto es posible concluir que a partir de 3

mm el valor de rugosidad de la pieza empieza a verse afectado

significativamente.

Con el tratamiento 3 se presenta una situacin similar respecto al tratamiento

1, este resultado es esperado ya que si se present un gran cambio de la

rugosidad a partir de 3 mm, en 4 mm este cambio debe presentarse tambin.

En cuanto a la comparacin entre los tratamientos 2 y 3, no es posible definir

estadsticamente cul de los dos afecta en mayor medida al acabado

superficial de la pieza.