Un modelo del proceso de fresado por agua a alta presión

Resumen

El objetivo del presente trabajo de tesis doctoral ha sido desarrollar un modelo que permita predecir la topografía de la superficie obtenida en diferentes operaciones de fresado por chorro de agua y abrasivo de superficies libres. La metodología llevada a cabo para alcanzar este objetivo, ha consistido en desarrollar y combinar modelos empíricos que tienen en cuenta los diferentes factores que afectan a este proceso. En primer lugar, se ha desarrollado un modelo para la predicción del perfil geométrico de una ranura, que tiene en cuenta 4 parámetros de proceso: la presión, el caudal de abrasivo, la distancia de trabajo y la velocidad de avance. Para ello, se ha caracterizado el perfil de ranuras a través de dos parámetros: la profundidad máxima hmax y la anchura total intermedia FWHM. Este primer modelo se ha generado a través de técnicas de computación evolutiva, ANOVA y regresión. Además, se ha definido una velocidad equivalente que permite utilizar este modelo en los casos en que la velocidad de avance varía debido a las aceleraciones y deceleraciones que sufre el cabezal de corte a lo largo de una trayectoria.En segundo lugar, puesto que el fresado por agua de una superficie consiste en mecanizar unas ranuras junto a otras, se ha estudiado el efecto de mecanizar ranuras adyacentes. De esta forma, se ha obtenido un segundo modelo empírico que relaciona la profundidad total alcanzada al fresar una superficie, por un lado, con las características de una ranura (hmax y FWHM) mecanizada a las mismas condiciones, y por otro lado, con la distancia lateral entre ranuras adyacentes, es decir, con el paso lateral.A diferencia de cuando se utiliza una máscara que protege la pieza en las zonas donde no se desea incidir con el chorro, cuando no se utiliza ninguna máscara, la geometría de la superficie mecanizada queda definida a través de la trayectoria de la herramienta. Además, al no utilizar una máscara protectora, las variaciones en la profundidad que ocurren debido a las variaciones en la velocidad de avance del cabezal a lo largo de una trayectoria de fresado, se producen sobre la misma pieza, en lugar de sobre la máscara. Por lo tanto, en tercer lugar, puesto que cada tipo de trayectoria supone un comportamiento diferente de aceleraciones y deceleraciones del cabezal, se ha realizado un estudio cualitativo del efecto tanto de la trayectoria como del sentido de recorrer la misma sobre la superficie obtenida. Los resultados obtenidos, se han relacionado por un lado, con el efecto del paso lateral, y por otro lado, con el efecto de las aceleraciones y deceleraciones que sufre el cabezal al ejecutar las diferentes trayectorias. Por último, se ha desarrollado una metodología que a través del modelo geométrico de las ranuras, permite deducir la capacidad erosiva del chorro a lo largo de una operación de fresado, y de esta forma, realizar una simulación del proceso. Como resultado, se ha obtenido que la distribución de la capacidad erosiva del chorro tiene una forma ondulada, que ha sido validada a través de la simulación de la generación del chorro mediante la técnica de dinámica de fluidos computacional.El modelo desarrollado ha sido validado a través de ensayos experimentales en diferentes materiales metálicos de baja maquinabilidad. Para ello, se ha utilizado el concepto de número de maquinabilidad, que se emplea habitualmente para generar bases de datos para el corte de diferentes materiales. Este trabajo se encuadra dentro de la investigación que tiene como objetivo desarrollar nuevos procesos de arranque de material, con capacidad de arrancar cualquier tipo de material con alto rendimiento y bajo coste, y que a la vez, garanticen su integridad superficial.