Caracterización y simulación del comportamiento mecánico de aglomerantes vítreos para muelas de rectificado de alúmina

Abstract

Este trabajo tiene como objetivo principal la caracterización del comportamiento mecánico de una muela de alúmina vitrificada. Nace de la necesidad por parte de los fabricantes de muelas abrasivas de obtener información que permita identificar los fenómenos de desgaste predominantes que suponen el desgaste prematuro de la herramienta durante el proceso de rectificado.

Para la caracterización del material se realiza una serie de ensayos experimentales de flexión a 3 puntos. Se realiza, además, la simulación de un modelo computacional con el fin de caracterizar otras tipologías de muela sin la necesidad de llevar a cabo ensayos experimentales como los realizados. Se lleva a cabo un análisis visual a nivel microscópico de la fractura de las probetas de alúmina vitrificada ensayada con el fin de estudiar los fenómenos de desgaste predominantes.

Lan honen helburu nagusia alumina beiraztatuzko harri baten portaera mekanikoa ezaugarritzea da. Harri urratzaileen fabrikatzaileek informazioa lortzeko duten beharretik sortzen da, artezketa-prozesuan erremintaren higadura goiztiarra dakarten higadura- fenomeno nagusiak identifikatzeko, eta, beraz, kostu gehigarria. Material konposatuen karakterizazio mekanikoari eta artezketa-prozesuaren modelizazioari dagokion bibliografia ondo aztertu ondoren, lanaren metodologia eta prozedura diseinatu eta egin da. Harri urratzaileen karakterizazio mekanikoa egingo da 3 puntuko flexio-saiakuntzaren bidez. Prismatikoak diren probetak aztertzen dira, eta horien konposizioa alumina beiraztatuzko harri urratzaile batena da. 2 ale urratzaile mota aztertzen dira, konbentzionalak edo polikristalinoak eta monokristalistak, harri urratzailearen propietate mekanikoetan kristal-egituraren eragina lortzeko. Azpimarratu behar da karakterizazio mekaniko hori esperimentalki zein zenbakizko simulazioaren bidez egiten dela, harri urratzaileko materialaren propietate mekanikoak zehaztu ahal izateko, etorkizunean harri-konposizio mota bakoitza esperimentalki entseatu behar izan gabe, eta zenbakizko simulazioa nahikoa izanik. Horrek harrien konfigurazio berriak prest jartzeko kostuak merkatzen ditu. Gainera, saiakuntza esperimentalen sentsorizazioa egiten da, indarra eta desplazamendua neurtuz, horietatik abiatuta hausturaren tentsioaren balioa eta materialaren modulu elastikoa lortzeko eta egitura kristalografiko motak harriaren portaera mekanikoan duen eragina aztertzeko. Bestalde, esperimentalki entseatutako probeten laginak hartzen dira eta Ikerketa Zerbitzu Orokorretako (SGIKER) espektroskopia akoplatuen laborategi berezira eramaten dira (LASPEA). Bertan, haustura-aurpegiaren ikuskapen bisuala egiten da, SEM irudiak hartuz eta EDAX analisia eginez. Horrela, maila mikroskopikoan aztertzen dira materialaren haustura nagusitzen eta errazten duten higadura-fenomenoak, bai eta horien konposizioaren eragina ere. Azkenik, saiakuntza esperimentalen, ikus-analisi mikroskopikoen eta simulazio konputazionalen blokean aipatutako alderdiak aztertu ondoren, emaitza batzuk lortu eta konparatu egiten dira ondorio batzuk ateratzeko. Gainera, honekin, harri urratzaileen portaera mekanikoaren eta etorkizuneko lanetan higaduraren izaeraren azterketan aurrera egteko azterketa-puntu batzuk ezartzen dira.

The objective of this work is the characterization of the vitrified alumina grinding wheel mechanical behavior. It arises from the need of grinding wheel manufacturers to obtain information to identify the predominant wear phenomena. This information may allow to reduce the tool premature wear during the grinding process and, therefore, to reduce this additional cost. Initially, an exhaustive analysis of the state of the art in relation to the composite materials mechanical characterization and the grinding process modeling is carried out. The grinding wheels mechanical behavior characterization by performing flexural tests is obtained from of the 3-point bending test. Prismatic specimens of vitrified alumina are analyzed. Two types of abrasive grains are tested, conventional or polycrystalline and monocrystalline, in order to obtain the influence of the crystalline structure on the grinding wheel mechanical properties. This mechanical characterization is carried out both experimentally and numerically, in order to be able to determine the grinding wheel mechanical properties without having to experimentally test each type of wheel composition in the future, being sufficient its numerical simulation. This reduces the costs for the development of new wheel configurations. In addition, the sensorization of the experimental tests is carried out, measuring force and displacement, to obtain from them the value of the fracture stress and the elastic modulus of the material and to study the influence of the crystallographic structure type on the grinding wheel mechanical behavior. On the other hand, samples of the experimentally tested specimens are taken to the singular laboratory of coupled multispectroscopy (LASPEA) of the General Research Services (SGIKER). There, a visual inspection of the fracture face is carried out by SEM and EDAX analysis. In this way, the wear phenomena that predominate and favor the fracture of the material, as well as the influence of its composition, are studied at a microscopic level. Finally, results are obtained and compared to reach conclusions. Furthermore, some future study points are established to advance in the study of the mechanical behavior of grinding wheels and the nature of the wear.