El bruñido de baja plasticidad ( LPB ) comprime el metal en frío para proporcionar tensiones residuales superficiales profundas y estables para mejorar la tolerancia al daño y extender la vida útil del metal por fatiga ; mitigando el daño superficial, incluyendo el frotamiento, las picaduras de corrosión , el agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) y el daño por objetos extraños (FOD). Se ha documentado un mejor rendimiento de la fatiga por frotamiento y la corrosión bajo tensión, incluso a temperaturas elevadas donde la compresión de otros procesos de mejora del metal: rectificado de baja tensión (LSG), etc. se relaja. También se ha demostrado que la capa profunda resultante de tensión residual compresiva mejora el rendimiento de la fatiga de alto ciclo (HCF), la fatiga de bajo ciclo (LCF) y el agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC). [1]
El LPB es el único método conocido de mejora de metales aplicado bajo un control de proceso de circuito cerrado continuo y se ha aplicado con éxito a motores de turbina, motores de pistón, hélices, estructuras de aeronaves antiguas, trenes de aterrizaje, contenedores de material de desechos nucleares, implantes biomédicos, armamentos, equipos de gimnasia y uniones soldadas. Las aplicaciones típicas incluyen componentes a base de titanio, hierro, níquel y acero que mostraron una mejor tolerancia al daño, así como un rendimiento de HCF y LCF en un orden de magnitud en comparación con los procesos de mejora de metales existentes.
El bruñido por rodillos o bolas, a diferencia de las herramientas tradicionales, consiste en una rueda dura o una bola fija lubricada que se presiona contra la superficie de una pieza de trabajo asimétrica con suficiente fuerza para deformar las capas superficiales, generalmente en un torno. Se realizan múltiples pasadas sobre la pieza de trabajo, generalmente bajo una carga creciente, para mejorar el acabado de la superficie y trabajar deliberadamente en frío la superficie. El bruñido por rodillos y bolas se ha estudiado en Rusia y Japón, y se aplicó más ampliamente en la URSS en la década de 1970 y en Europa del Este.
LPB fue desarrollado y patentado por Lambda Technologies en Cincinnati, Ohio en 1996.
La herramienta LPB básica es una bola, rueda u otra punta similar sostenida por un cojinete hidrostático esférico colocado en una máquina CNC o un robot industrial, según la aplicación. El flujo continuo de refrigerante presuriza el cojinete de la herramienta LPB para sostener la bola. La bola no entra en contacto con el asiento del cojinete mecánico , incluso bajo carga. La bola se carga en un estado normal en la superficie de un componente con un cilindro hidráulico que se encuentra en el cuerpo de la herramienta. La LPB se puede realizar junto con operaciones de mecanizado de formación de viruta en la misma herramienta de mecanizado CNC.
La bola rueda sobre la superficie de un componente siguiendo un patrón definido en el código CNC, como en cualquier operación de mecanizado. La trayectoria de la herramienta y la presión normal aplicada están diseñadas para crear una distribución de la tensión residual de compresión. La forma de la distribución está diseñada para contrarrestar las tensiones aplicadas y optimizar el rendimiento frente a la fatiga y la corrosión bajo tensión. Como no se aplica ninguna fuerza cortante a la bola, puede rodar libremente en cualquier dirección. A medida que la bola rueda sobre el componente, la presión de la bola hace que se produzca una deformación plástica en la superficie del material que se encuentra debajo de la bola. Como el volumen del material restringe el área deformada, la zona deformada queda en compresión después de que pasa la bola.
La temperatura de trabajo en frío producida a partir de este proceso es típicamente mínima; similar al trabajo en frío producido por granallado láser , pero mucho menor que el granallado por gravedad , el granallado por gravedad o el laminado profundo. El trabajo en frío es particularmente importante porque cuanto más altas sean las temperaturas de trabajo en frío en la superficie de un componente, más vulnerable será ese componente a temperaturas elevadas y sobrecarga mecánica y más fácil será que se relaje la compresión residual beneficiosa de la superficie, haciendo que el tratamiento sea inútil. En otras palabras, un componente muy trabajado en frío no mantendrá la compresión si entra en contacto con calor extremo, como un motor, y será igualmente vulnerable a daños sin trabajo en frío. Por lo tanto, el LPB y el granallado láser se destacan en la industria de mejora de superficies porque ambos son térmicamente estables a altas temperaturas. La razón por la que el LPB produce porcentajes tan bajos de trabajo en frío se debe al control de proceso de circuito cerrado mencionado anteriormente. Los procesos de granallado convencionales tienen algunas conjeturas sobre la cobertura completa del componente y no son exactos en absoluto, lo que hace que el procedimiento se realice varias veces en un componente para garantizar un trabajo en frío adecuado. Por ejemplo, el granallado, para asegurarse de que se trate cada punto del componente, normalmente especifica una cobertura de entre el 200 % (2T) y el 400 % (4T). Esto significa que con una cobertura del 200 % (2T), se producen 5 o más impactos en el 84 % de los lugares y con una cobertura del 400 % (4T), es significativamente más. Un problema es que una zona será golpeada varias veces mientras que la zona contigua puede ser golpeada menos veces, lo que deja una compresión desigual en la superficie; lo que da como resultado que todo el proceso sea inestable y se "deseche" fácilmente, como se mencionó anteriormente. El granallado con granallado requiere solo una pasada con la herramienta y deja una tensión de compresión profunda, uniforme y estable.
El proceso LPB se puede realizar en el taller o in situ mediante robots, lo que facilita su incorporación a los procedimientos de fabricación y mantenimiento diarios. El método se aplica bajo un control de proceso de bucle cerrado continuo (CLPC), lo que genera una precisión del 0,1 % y alerta al operador y al departamento de control de calidad de inmediato si se superan los límites de procesamiento. Un problema de este proceso es que se deben desarrollar diferentes códigos de procesamiento CNC para cada aplicación, al igual que otras tareas de mecanizado. Otro problema potencial es que, debido a las restricciones dimensionales, puede que no sea posible crear las herramientas necesarias para trabajar en determinadas geometrías, aunque esto todavía no ha sido un problema.