Estudio sobre el rendimiento de fricción y desgaste de superficies funcionales biónicas en fresado de bolas a alta velocidad
Autores: Cui, Youzheng; Li, Xinmiao; Zheng, Minli; Mu, Haijing; Liu, Chengxin; Wang, Dongyang; Yan, Bingyang; Li, Qingwei; Wang, Fengjuan; Hu, Qingming
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estudio sobre el rendimiento de fricción y desgaste de superficies funcionales biónicas en fresado de bolas a alta velocidad
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Automotriz
Troqueles de estampado de paneles
Ingeniería biomimética
Resistencia al desgaste
Comportamiento tribológico
Ingeniería de superficies
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Durante la vida útil de los troqueles de estampado de paneles automotrices, la superficie a menudo está sujeta a altas cargas y fricción repetida, lo que resulta en un desgaste excesivo. Esto conduce a fallos en el troquel, reducción de la precisión de mecanizado y disminución de la eficiencia de producción. Para mejorar el rendimiento anti-fricción y resistente al desgaste de las superficies de acero para troqueles, este estudio introduce el concepto de ingeniería biomimética en la ciencia de superficies. Al imitar configuraciones microestructurales encontradas en la naturaleza con una resistencia al desgaste excepcional, se diseñaron y fabricaron superficies funcionales biomiméticas. Específicamente, se seleccionaron hoyuelos cuadriláteros inspirados en la parte posterior de los escarabajos peloteros, escamas pentagonales de la piel de armadillo y escamas hexagonales del vientre de víboras del desierto como prototipos biológicos. Estas texturas de superficie se fabricaron en acero para troqueles Cr12MoV utilizando fresado de bola de alta velocidad. Se realizaron simulaciones de elementos finitos y pruebas de desgaste por deslizamiento en seco para investigar sistemáticamente el comportamiento tribológico de superficies con diferentes geometrías de hoyuelos. Los resultados mostraron que la superficie de hoyuelos cuadriláteros derivada del escarabajo pelotero exhibió el mejor rendimiento en la reducción de la fricción y el desgaste. Además, se optimizaron los parámetros de fresado para esta superficie utilizando metodología de superficie de respuesta. Después de la optimización, el coeficiente de fricción se redujo en un 21.3%, y el volumen de desgaste disminuyó en un 38.6% en comparación con una superficie lisa. Este estudio confirma la viabilidad de fabricar superficies funcionales biomiméticas a través del fresado de bola de alta velocidad y establece un enfoque integrado de ingeniería de superficies que combina diseño biomimético, fabricación eficiente y optimización de parámetros. Los resultados proporcionan tanto apoyo teórico como metodológico para mejorar la vida útil y el rendimiento superficial de grandes troqueles de paneles automotrices.
Descripción
Durante la vida útil de los troqueles de estampado de paneles automotrices, la superficie a menudo está sujeta a altas cargas y fricción repetida, lo que resulta en un desgaste excesivo. Esto conduce a fallos en el troquel, reducción de la precisión de mecanizado y disminución de la eficiencia de producción. Para mejorar el rendimiento anti-fricción y resistente al desgaste de las superficies de acero para troqueles, este estudio introduce el concepto de ingeniería biomimética en la ciencia de superficies. Al imitar configuraciones microestructurales encontradas en la naturaleza con una resistencia al desgaste excepcional, se diseñaron y fabricaron superficies funcionales biomiméticas. Específicamente, se seleccionaron hoyuelos cuadriláteros inspirados en la parte posterior de los escarabajos peloteros, escamas pentagonales de la piel de armadillo y escamas hexagonales del vientre de víboras del desierto como prototipos biológicos. Estas texturas de superficie se fabricaron en acero para troqueles Cr12MoV utilizando fresado de bola de alta velocidad. Se realizaron simulaciones de elementos finitos y pruebas de desgaste por deslizamiento en seco para investigar sistemáticamente el comportamiento tribológico de superficies con diferentes geometrías de hoyuelos. Los resultados mostraron que la superficie de hoyuelos cuadriláteros derivada del escarabajo pelotero exhibió el mejor rendimiento en la reducción de la fricción y el desgaste. Además, se optimizaron los parámetros de fresado para esta superficie utilizando metodología de superficie de respuesta. Después de la optimización, el coeficiente de fricción se redujo en un 21.3%, y el volumen de desgaste disminuyó en un 38.6% en comparación con una superficie lisa. Este estudio confirma la viabilidad de fabricar superficies funcionales biomiméticas a través del fresado de bola de alta velocidad y establece un enfoque integrado de ingeniería de superficies que combina diseño biomimético, fabricación eficiente y optimización de parámetros. Los resultados proporcionan tanto apoyo teórico como metodológico para mejorar la vida útil y el rendimiento superficial de grandes troqueles de paneles automotrices.