Modelo analítico para la predicción de la distorsión en componentes mecanizados

Resumen

El mecanizado de componentes estructurales aeronáuticos de aluminio y titanio presenta importantes dificultades para su fabricación en cuanto a exigencias geométricas y dimensionales. Durante el mecanizado de este tipo de piezas, los problemas de distorsiones son frecuentes debido principalmente a las tensiones residuales presentes en el material y a la introducción de tensiones superficiales por el propio proceso de mecanizado. Actualmente es habitual encontrar modelos numéricos basados en software de elementos finitos para enfrentarse al cálculo de la distorsión final del componente tras el mecanizado. Dichos cálculos permiten modificar el proceso de mecanizado para obtener componentes libres de distorsiones. Sin embargo, dichos modelos presentan limitaciones en cuanto a su aplicabilidad industrial debido a la complejidad de uso y a los elevados tiempos de cálculo. El presente trabajo muestra el desarrollo de un modelo analítico que simula el mecanizado capa a capa, de forma análoga al Layer Removal, para la predicción de la distorsión en componentes mecanizados a medida que se elimina material. El modelo presentado contempla la geometría inicial de la pieza en bruto, el perfil de tensiones residuales y las tensiones superficiales introducidas en el mecanizado. Tras la introducción de esta herramienta, se presenta una comparativa entre el modelo desarrollado y un modelo numérico de elementos finitos en términos de exactitud, tiempo de cálculo y utilidad. Los resultados obtenidos reflejan los importantes beneficios de la solución aquí presentada, mostrando el potencial para su uso como herramienta industrial a la hora de afrontar la problemática de las distorsiones.