En este artículo IK4-IDEKO presenta una nueva estrategia para mejorar la fabricación y la productividad de piezas de paredes delgadas y álabes mediante la modificación de sus módulos de unión. Estas son piezas clave en el sector aeronáutico, apuesta estratégica de la industria española. Las simulaciones llevadas a cabo en este trabajo muestran una mejora en la respuesta dinámica del utillaje cuando se introduce material viscoelástico en su base, aunque este punto no sea el que presente la máxima energía de deformación en la vibración del modo crítico. La pérdida de rigidez estática no es significativa ya que la flexibilidad que presentan estas piezas es de por sí muy elevada. La presente investigación está financiada por el proyecto PoPJIM (260048) del 7º Programa Marco europeo.
El sector aeronáutico es una apuesta estratégica de la industria española, que tiene como objetivo fortalecer la industria auxiliar y sus clientes, aumentar el peso de las exportaciones en la producción consolidada, aumentar la productividad y reforzar las capacidades tecnológicas existentes y del futuro. Estos factores fortalecen la posición de esta industria en el mercado europeo, permitiendo hacer frente a la competitividad de los mercados emergentes.
Las estructuras aeronáuticas presentan formas complejas y paredes de baja flexibilidad que, junto a la baja maquinabilidad de algunas aleaciones como el titanio, dificultan en gran medida el proceso de mecanizado. Esto es un factor crítico, debido al alto valor añadido que presentan habitualmente este tipo de piezas.
Este trabajo presenta una nueva estrategia para mejorar la fabricación y la productividad de piezas de paredes delgadas y álabes mediante la modificación de sus módulos de unión.
Problemática y estrategias de solución
En los procesos de fresado, las vibraciones generadas por el chatter plantean un grave problema que obstaculiza el proceso de corte y pone en peligro la calidad de la superficie de la pieza, limitando la vida tanto de la herramienta como de los componentes mecánicos de la máquina. Este efecto auto-excitado se origina por la regeneración del espesor de viruta que surge entre dos pasadas de filo consecutivas de la herramienta.
Con el fin de obtener mayores niveles de productividad, se han desarrollado métodos para la predicción de la estabilidad y diferentes estrategias para solucionar los problemas de chatter. Un enfoque consiste en modificar las condiciones de corte del proceso. Utilizando los diagramas de estabilidad como referencia, se pueden definir la velocidad de giro óptima de la herramienta que permita aumentar la capacidad de corte. Otras técnicas que actúan sobre las condiciones del proceso son la variación continua de la velocidad de corte, la variación del ángulo de la hélice de la herramienta o el paso no uniforme de la herramienta.
Una perspectiva diferente para hacer frente a los problemas de estabilidad se basa en el aumento de la rigidez dinámica de las estructuras a cortar mediante la introducción de amortiguadores pasivos y activos. Un amortiguador pasivo o absorbedor de vibración dinámica (DVA), es un dispositivo que introduce una fuerza de inercia gracias a una masa sintonizada, aumentando el amortiguamiento del sistema. Se han utilizado con éxito en utillajes para máquinas de fresado, reduciendo significativamente los niveles de vibración. Por el contrario, los amortiguadores activos miden la velocidad de vibración e introducen una fuerza controlada en fase y en la dirección opuesta, logrando un efecto similar al amortiguador pasivo.
Es bien sabido que la amortiguación de sistemas de múltiples componentes está prácticamente definida por las uniones estructurales. Esta característica ofrece la posibilidad de cambiar las propiedades dinámicas del sistema variando únicamente la rigidez y el amortiguamiento de sus uniones. Gran parte de la energía de deformación del modo de vibración crítico debe concentrarse en la unión con el fin de que esta estrategia sea efectiva. De esta manera, las características dinámicas del sistema pueden ser mejoradas a través de sus uniones y sus valores se pueden modificar a través de una precarga controlada.
Este trabajo estudia la capacidad de sintonización y el aumento de la estabilidad de corte de piezas esbeltas y de paredes delgadas introduciendo material viscoelástico (VEM) en las uniones más cercanas al punto de corte.
La presente investigación está financiada por el proyecto PoPJIM (260048) del 7º Programa Marco europeo.
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