Análisis de taladrado en seco asistido por vibraciones de estructuras híbridas de aleaciones ligeras

Resumen

La presente Tesis Doctoral se ha enmarcado dentro de las actividades de un Proyecto FEDER-INTERCONNECTA. En él que participan la Universidad de Cádiz, la Universidad de Sevilla, Airbus Military S.L. e INESPASA, y lleva por título DESARROLLO E INVESTIGACIÓN DE NUEVAS TECNOLOGÍAS PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE MONTAJE AERONÁUTICO (DIANNA). Para la automatización de los procesos de montaje aeronáuticos es necesario la implementación de técnicas de montaje OWA (One Way Assembly) que optimice la producción y elimine las operaciones innecesarias de trabajo que no suponen un aporte de calidad. Dentro de este ámbito, resulta especialmente relevante el estudio de procesos de taladrado en un solo paso (OSD - One Shot Drilling) de stacks de materiales de uso estratégico para la industria aeronáutica y que requieren de diferentes estrategias de mecanizado. Debido a que su empleo en el sector aeronáutico se encuentra cada vez más extendido, se ha orientado este estudio a los apilados de aleación de aluminio y CRFP (Carbon Fiber Reinforced Plastics). El taladrado de ambos materiales ha sido estudiado por otros autores y, en general, se ha podido constatar la diferencia entre las condiciones de mecanizado ideales de uno y otro. Por esta razón, la realización de un proceso OSD resulta especialmente complicada para este tipo de apilados. Adicionalmente, se ha tenido en cuenta que la legislación actual en materia medioambiental obliga a desarrollar procesos de mecanizado en los que se minimice el uso de líquidos lubricantes y/o refrigerantes. Debido a esto, la maximización del rendimiento medioambiental sugiere la realización de procesos de mecanizado en seco. Esto resulta especialmente agresivo y poco recomendable para las aleaciones de aluminio, por lo que si además éstas se disponen en forma de apilados, se añade una dificultad al procesado OSD. Entre las tecnologías que pueden facilitar el mecanizado en seco se encuentra el taladrado asistido por vibraciones. En el mismo se crea un movimiento secundario axial oscilatorio en adición al movimiento estándar de rotación y avance del taladrado, el cual además puede ajustarse en frecuencia y en amplitud. Como resultado se obtiene un continuo control en la fractura y en la formación óptima de la viruta. En esta Tesis se ha desarrollado el análisis de taladrado en seco asistido por vibraciones de estructuras hibridas de aleaciones ligeras formadas por la superposición de planchas de CFRP, la aleación de aluminio UNS A97075, una de las estructuras más empleadas en la industria aeronáutica. Para realizar este análisis se han establecido las relaciones que ligan los parámetros tecnológicos de corte con las variables de salida inherentes al proceso y al producto (fuerzas de corte, geometría de los agujeros, etc.). Para ello, se han abordado los siguientes puntos: - Se ha realizado una revisión del proceso de taladrado en seco de estructuras híbridas de aleaciones ligeras, identificando los mecanismos que intervienen en los mismos, la metodología de evaluación de la calidad del proceso propuesta hasta la actualidad y la caracterización del desgaste de la herramienta de corte y su influencia en la calidad de los taladros. - Se ha identificado el "material controlante" del proceso y se han establecido unas condiciones de partida para poder abordar el taladrado en seco de estructuras híbridas. - Se han estudiado las condiciones de aplicación del Taladrado Asistido por Vibraciones (TAV) a estructuras CFRP/Al. - Se han analizado las mejoras producidas por el empleo de TAV en seco en las estructuras CFRP/Al. - Se han analizado los cambios y alteraciones en la herramienta debido a la combinación del mecanizado de materiales disímiles (CRFP/Al) y marcado su relación con los parámetros de corte en el TAV. - Se han identificado los distintos parámetros y variables que definen la defectología del agujero y se ha estudiado la influencia de los parámetros de corte en la calidad de los taladros con TAV. A partir de este punto se han establecido: • Los métodos y parámetros de evaluación de los aspectos geométricos de la calidad superficial de los taladros a partir de variables micro y macrogeométricas. • Los métodos y parámetros de evaluación de los aspectos fisicoquímicos de la calidad superficial de los taladros a partir de variables del proceso y del producto. - Como consecuencia de todo lo anterior, se han identificado las condiciones óptimas de mecanizado para cada una de las variaciones de los parámetros de corte en el TAV en seco de estructuras híbridas de aluminio y de fibra de carbono.