Proceso ecoeficiente sustitutivo del fresado químico de piele metálicas aeronáuticas basado en tecnologías convencionales de mecanizado

Resumen

El fresado químico es un proceso diseñado para la reducción de peso de pieles metálicas que, a pesar de los problemas medioambientales asociados, se utiliza en la industria aeronáutica desde los años 50. Entre sus ventajas figuran el cumplimiento de las estrictas tolerancias de diseño de piezas aeroespaciales y que, pese a ser un proceso de mecanizado, no induce tensiones residuales. Sin embargo, el fresado químico es una tecnología contaminante y costosa que tiende a ser sustituida. Gracias a los avances realizados en el mecanizado, la tecnología de fresado convencional permite alcanzar las tolerancias requeridas siempre y cuando se consigan evitar las vibraciones y la flexión de la pieza, ambas relacionadas con los parámetros del proceso y con los sistemas de utillaje empleados. Esta tesis analiza las causas de la inestabilidad del corte y la deformación de las piezas a través de una revisión bibliográfica que cubre los modelos analíticos, las técnicas computacionales y las soluciones industriales en estudio actualmente. En ella, se aprecia cómo los modelos analíticos y las soluciones computacionales y de simulación se centran principalmente en la predicción off-line de vibraciones y de posibles flexiones de la pieza. Sin embargo, un enfoque más industrial ha llevado al diseño de sistemas de fijación, utillajes, amortiguadores basados en actuadores, sistemas de rigidez y controles adaptativos apoyados en simulaciones o en la selección estadística de parámetros. Además se han desarrollado distintas soluciones CAM basadas en la aplicación de gemelos virtuales. En la revisión bibliográfica se han encontrado pocos documentos relativos a pieles y suelos delgados por lo que se ha estudiado experimentalmente el efecto de los parámetros de corte en su mecanizado. Este conjunto de experimentos ha demostrado que, pese a usar un sistema que aseguraba la rigidez de la pieza, las pieles se comportaban de forma diferente a un sólido rígido en términos de fuerzas de mecanizado cuando se utilizaban velocidades de corte cercanas a la alta velocidad. También se ha verificado que todas las muestras mecanizadas entraban dentro de tolerancia en cuanto a la rugosidad de la pieza. Paralelamente, se ha comprobado que la correcta selección de parámetros de mecanizado puede reducir las fuerzas de corte y las tolerancias del proceso hasta un 20% y un 40%, respectivamente. Estos datos pueden tener aplicación industrial en la simplificación de los sistemas de amarre o en el incremento de la eficiencia del proceso. Este proceso también puede mejorarse incrementando la vida de la herramienta al utilizar fluidos de corte. Una correcta lubricación puede reducir la temperatura del proceso y las tensiones residuales inducidas a la pieza. Con este objetivo, se han desarrollado diferentes lubricantes, basados en el uso de líquidos iónicos (IL) y se han comparado con el comportamiento tribológico del par de contacto en seco y con una taladrina comercial. Los resultados obtenidos utilizando 1 wt% de los líquidos iónicos en un tribómetro tipo pin-on-disk demuestran que el IL no halogenado reduce significativamente el desgaste y la fricción entre el aluminio, material a mecanizar, y el carburo de tungsteno, material de la herramienta, eliminando casi toda la adhesión del aluminio sobre el pin, lo que puede incrementar considerablemente la vida de la herramienta.