Un grupo de investigadores -uno de ellos de EGADE Business School- generó procedimientos y metodologías para optimizar la rugosidad superficial de las cuchillas para corte de lámina, adicionando nanopartículas de dióxido de titanio al lubricante utilizado durante el proceso de rectificado en la etapa final de fabricación de la herramienta.

Sus hallazgos quedaron detallados en el artículo científico titulado Optimization of surface roughness on slitting knives by titanium dioxide nano particles as an additive in grinding lubricant, publicado recientemente en The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (June 2018, Volume 96, Issue 9–12, pp 4111–4121).

Nuestro profesor de Business Analytics, Federico Trigos Salazar; el representante de la empresa Grupo Industrial Blomer y alumno del Doctorado en Ciencias de Ingeniería (DCI) del Tecnológico de Monterrey, Gilberto Enoc García Acosta, y los profesores del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Monterrey, Demófilo Maldonado Cortés y Laura Peña Parás, son los autores del paper.

La publicación del artículo significó la culminación de un proyecto que realizaron en conjunto, apoyado con fondos federales del Programa de Estímulos a la Innovación (PEI) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), en la modalidad PROINNOVA para iniciativas presentadas por empresas en vinculación con instituciones de educación superior.

García Acosta explicó que las cuchillas son una de las herramientas que producen en su compañía, sirven para cortar la lámina de acero que viene en rollo, y se utilizan, por citar un ejemplo, para la fabricación del chasis en la industria automotriz. En cuanto al lubricante, agregó, se utiliza como refrigerante, mantiene una temperatura constante en el proceso de manufactura de las cuchillas y ayuda en el enjuague, y ese fluido adicionado con nanopartículas logra cubrir cavidades o imperfecciones en la superficie de las piezas.

“Mejoramos el acabado superficial de las cuchillas disminuyendo significativamente su rugosidad, y a la vez aumentamos la vida de los componentes abrasivos del proceso de rectificado. Cabe destacar que el tiempo de manufactura no se incrementó y el resultado fue una cuchilla mejorada, lo que nos presenta la oportunidad de crear una línea de cuchillas de valor agregado, que al final ayudarán a los fabricantes de automóviles a proveerse de mejores herramientas, mismas que representan el primer paso de calidad del cual dependen sus productos”, expresó el representante de Grupo Industrial Blomer.

Dentro de la investigación, Peña Parás llevó a cabo la selección de nanopartículas aptas para adicionar al lubricante del proceso de rectificado de las cuchillas; Maldonado Cortés realizó las pruebas de desempeño en tribómetros, y Trigos Salazar y García Acosta hicieron las pruebas en línea de producción y el análisis estadístico de resultados.

“Mi labor fue la selección de las nanopartículas de dióxido de titanio. Por la experiencia que tenemos en pruebas de laboratorio hemos visto que ciertas nanopartículas tienen muy buena compatibilidad con ciertos lubricantes, y aquí lo interesante es que las herramientas por más lisas que están van a tener una cierta rugosidad, entonces las nanopartículas al ser tan pequeñas son capaces de llenar estos valles, lo que hace que la herramienta sea más lisa y tenga una mejor calidad de corte”, comentó Peña Parás.

“Siguiendo con la cronología del desarrollo, una vez que Peña Parás definió la fórmula del lubricante con nanopartículas de dióxido de titanio, mi intervención fue específicamente probarlo en el área de tribología con ayuda del personal de la empresa, para validar la fórmula y proceder a las pruebas de campo que lideraron magistralmente Trigos Salazar y García Acosta con excelentes resultados. Todo el trabajo resultó una combinación muy buena de ciencia básica hasta ingeniería aplicada”, agregó Maldonado Cortés.

Trigos Salazar refirió que en las conclusiones del paper establecieron que la rugosidad superficial de las cuchillas, medida por Ra, pasó de una estimación estadística de 0.9448 micrómetros (sin nanopartículas en el lubricante de mecanización) a un mínimo industrial estadístico de 0.2805 micrómetros (con un 0.055% en peso de nanopartículas), y que la reducción mencionada en los valores de rugosidad superficial representó una mejora del 68.84% en la calidad de la superficie de mecanizado medida por Ra. Asimismo, dijo, como las variables spindle speed y feed rate no fueron estadísticamente significativas en su análisis, se establecieron en sus niveles máximos de 5,000 RPM y 1.15 in/min para maximizar el rendimiento.

"La rugosidad superficial medida en Ra disminuyó, y menos es mejor. Las variables de  spindle speed y feed rate quedaron en sus niveles más rápidos. Estos dos aspectos tienen que ver con el maquinado de la pieza. Entonces, la medida de rugosidad de las cuchillas no sólo se mejoró tres veces sino que el ciclo de maquinado quedó más rápido".

“Por tanto estamos muy contentos porque este proyecto no solamente culminó en un desarrollo tecnológico sino que también representó la interacción de varios elementos estratégicos en nuestro país; por un lado, el Conacyt, a través de su convocatoria PEI, y por otro, la ciencia vinculada al proceso productivo, a través de la colaboración de la empresa, EGADE Business School y la UDEM”, concluyó Trigos Salazar.

Un abstract del artículo científico puede ser descargado aquí, donde también puede comprarse la versión completa.