Metodología para la predicción de la estabilidad dinámica en el mecanizado de alta velocidad de suelos delgados

Resum

El objetivo de este trabajo de investigación ha sido desarrollar una metodología de estimación de condiciones de corte para evitar la aparición de problemas de chatter en el fresado de piezas con suelos delgados. El fresado en condiciones de semiacabado y acabado es la última operación a realizar en la fabricación de componentes estructurales de aluminio para la industria aeronáutica. La herramienta empleada en esta operación es una fresa de punta tórica, que sigue trayectorias de mecanizado sobre la superficie a generar. Este proceso, hoy día realizado en fresadoras de alta velocidad, es una operación de muy alto valor añadido que determina la precisión y rugosidad final de la superficie generada. La predicción de vibraciones y su minimización es un camino para la selección de estrategias de corte que consigan la forma final de la forma más productiva con las mínimas operaciones de acabado manual posteriores. El hecho de que el proceso de fresado constituya un sistema autoexcitado, permite obtener un diagrama de lazo cerrado y estudiar su estabilidad. La solución pasa por resilver un problema de valores propios para obtener el diagrama de lóbulos, que permite seleccionar condiciones de corte libres de chatter. Puesto que las herramientas tóricas tienen una geometría de filo y unos coeficientes de corte variables a lo largo del eje aparece una nolinealidad en el modelo que se ha resuelto mediante métodos de promediado que linealizan el problema facilitando la solución numérica. Por otra parte, el arranque de material y el movimiento de la herramienta durante el corte de acabado se traducen en una variación de los parámetros modales de la pieza. Dicha variación ha sido contemplada discretizando la trayectoria de la herramienta, generando modelos de elementos finitos de los estados intemedios de la pieza, y realizando en todos ellos un análisis de modos y frecuencias. A través de las relaciones obtenidas con el modelo de estabilidad se ha obtenido además la rigidez dinámica mínima que debe tener una suelo delgado para que pueda ser mecanizado en ausencia de chatter con una profundidad axial y radial mínima. Esta herramienta permite plantearse la modificación de la demasía previa al corte de acabado o de la profundidad radial en los casos en los que un suelo resulte flexible en exceso. El presente trabajo de investigación se sitúa dentro del campo de la predicción de la estabilidad del fresado, cuyo avance ha sido constante en los últimos años, y no olvida la posible aplicación del modelo a la fabricación de piezas estructurales para el sector aeronáutico, de gran importancia en nuestro entorno industrial.