Análisis de las condiciones de mecanizado, geometría de pieza y secuencia de fresado en la fabricación de piezas aeronáuticas de bajo espesor con sujeción local

Resumen

Las piezas de aleación de aluminio son ampliamente utilizadas en el sector aeronáutico, entre otros, para los componentes de cobertura y pieles del fuselaje. Estas piezas suelen ser muy delgadas y por lo tanto su rigidez es reducida. El ensamblaje y el fresado químico solían emplearse para fabricarlas, pero presentan serios inconvenientes, por lo que la apuesta por el fresado mecánico es cada vez más decidida. Con todo, este método entraña diversos retos derivados de la baja rigidez de las piezas, como afrontar las vibraciones que suceden en ellas, minimizar las distorsiones producidas al redistribuirse las tensiones residuales, así como lograr una apropiada calidad superficial.Existen varias técnicas para afrontar estos retos, como son el empleo de utillajes flexibles y reconfigurables, y la selección de las condiciones óptimas de fresado por medio del cálculo de los lóbulos de estabilidad. Sin embargo, en el caso de las pieles aeronáuticas, en los utillajes flexibles una gran parte de la piel queda sin soporte y sin la rigidización adecuada, por lo que el fresado mecánico se hace difícil,se recurre a costosos utillajes ad hoc, o se opta en su lugar por el ensamblaje o el fresado químico, los cuales son ineficientes, contaminantes y de peores propiedades mecánicas.El propósito de la presente tesis es impulsar el uso de los utillajes flexibles para pieles aeronáuticas. Para ello, se han realizado ensayos de fresado mecánico en placas delgadas con distintas condiciones de corte y distintas geometrías de pieza, empleando una configuración experimental que emula a la de pieles aeronáuticas en utillajes flexibles. Se han calculado sus lóbulos de estabilidad y se han analizado la vibración, la rugosidad, el espesor final y las fuerzas que se producen en este fresado. Asimismo, se ha elaborado un modelo de fuerza empírico, integral y predictivo enfocado en las pieles aeronáuticas con el que optimizar las condiciones de corte, la trayectoria de la herramienta, la geometría de pieza y la distribución de las sujeciones del utillaje.Además, el análisis se complementa con un estudio del mecanizado de una pieza aeronáutica, que busca la secuencia óptima de las operaciones de mecanizado que menor distorsión provocan en la pieza final a consecuencia de la redistribución de las tensiones residuales inherentes.