Análisis y modelización de los parámetros de influencia en la electroerosión por penetración de materiales de baja mecanizabilidad

Abstract

En la presente tesis doctoral se realiza un análisis y una modelización de los parámetros de mayor influencia en la electroerosión por penetración de tres materiales de baja mecanizabilidad. En concreto, el estudio se centra en la aleación Inconel® 600 (Special Metals Corporation) y en las cerámicas diboruro de titanio (TiB2) y carburo de silicio infiltrado con silicio (SiSiC). Actualmente, estos materiales resultan de gran interés para aplicaciones industriales en los sectores aeronáutico, nuclear y automotriz, debido a la combinación de buenas propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y extremada dureza a altas temperaturas. Para llevar a cabo dicho estudio, se emplean metodologías basadas en el Diseño de Experimentos (DOE), para la planificación y selección de los valores de los parámetros, así como para la obtención de modelos matemáticos que permitan predecir las condiciones óptimas de mecanizado. Asimismo, se determinan tablas tecnológicas, para dichos materiales, en función de los parámetros de diseño: intensidad, tiempo de impulso y rendimiento, en los rangos de estudio considerados. A partir de estas tablas, es posible predecir la obtención de una determinada rugosidad superficial en base a dos estrategias de mecanizado consistentes en maximizar la tasa de eliminación de material, o bien, en minimizar el desgaste del electrodo. Para la generación de las tablas tecnológicas, se emplean los valores experimentales y, en aquellos casos donde no sea posible disponer de datos experimentales, se emplean métodos de optimización no lineal para predecir dichos valores, utilizando los modelos matemáticos generados, en base a los resultados experimentales. Además, se hace uso de microscopía electrónica de barrido (SEM), con objeto de obtener información relativa a la topografía de las superficies resultantes tras la EDM. Finalmente, se propone un nuevo parámetro denominado ‘densidad de energía’ con el fin de profundizar en el estudio del proceso de EDM.

In the present doctoral thesis the analysis and the modeling of the most influential parameters on the EDM of three low machinability materials are dealt with. Specifically, the study is focused on the alloy Inconel® 600 (Special Metals Corporation) and on the ceramics titanium diboride (TiB2) and siliconised silicon carbide (SiSiC). Nowadays, these materials are of great interest for industrial applications in the aeronautical, nuclear and automotive sectors, due to the combination of good mechanical properties, corrosion resistance and extreme hardness at high temperatures. To carry out this study, Design of Experiments (DOE) techniques are used in order to plan and to select the values for these parameters, as well as, to obtain mathematical models to predict the optimum machining conditions. Moreover, the technological tables for such materials are determined in function of the following design factors: current intensity, pulse time and duty cycle, in the study ranges considered. From these tables, it is possible to achieve a certain surface quality based on two machining strategies: a machining strategy that maximises the material removal rate and other that minimizes the electrode wear. To obtain the technological tables, experimental values are used and, in those cases where it is not possible to provide data, nonlinear optimization methods are employed to predict these values, by using the generated mathematical models, based on the experimental results. Furthermore, scanning electron microscopy (SEM) is used so as to obtain information of the topography of the resulting surfaces after the EDM process. Finally, a new parameter called ‘energy density’ is proposed for further research in the EDM process.