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Utillaje flexible basado en fluidos magnetorheológicos para el fresado de largueros aeronáuticos

05/06/2014

Este artículo explica el utillaje compacto basado en fluidos magnetoreológicos (MR, sus siglas en inglés), que ha sido diseñado y validado para el fresado de largueros en aeronáutica. El utillaje desarrollado basado en fluidos MR es flexible y reconfigurable, ya que puede adaptarse a diferentes longitudes y secciones de perfiles y puede fijar piezas sin caras de referencia, ya que el fluido MR se adapta a la geometría externa de cada perfil. El utillaje basado en fluidos MR sirve para sujetar materiales no magnéticos, tales como el aluminio, así como materiales que no admiten grandes fuerzas de apriete, tales como el titanio, ya que aparecen deformados tras el mecanizado, debido al efecto de memoria del titanio. El utillaje basado en fluidos MR ha sido probado en una máquina real, bajo condiciones de mecanizado reales, y se han obtenido resultados muy prometedores.

En el sector de la fabricación de componentes, diversos expertos consideran que los utillajes son el último obstáculo para conseguir sistemas de fabricación flexibles. De hecho, el utillaje constituye, a menudo, una barrera costosa y que requiere mucho tiempo, que impide obtener tiempos de fabricación más competitivos. Los sistemas de utillaje para piezas difíciles de manipular [1] (tales como superficies curvadas complejas, piezas flexibles, piezas que se vuelven más débiles a medida que avanza el proceso de mecanizado, o piezas que no tienen caras de referencia) y que sólo son necesarias en pequeños lotes, pueden llegar a sumar hasta el 80% del total de los costes del proceso. En sectores que están sometidos a una gran presión en cuanto a costes, como la industria aeronáutica y la aeroespacial, hay una clara necesidad de sistemas de fijación alternativos que sirvan para amarrar cualquier tipo de pieza de trabajo, sean cuales sean su forma y condición. [2]
En la mayoría de utillajes basados en líquidos [3], [4], [5], las piezas de trabajo se sumergen total o parcialmente en un tanque que contiene un líquido, como el agua o un material polímero especial que después se enfría, solidificándose en el proceso y sujetando en posición la pieza que a de ser trabajada. Estas fases de transición inducidas por temperatura, conllevan el riesgo de que la pieza a fabricar se expanda o se contraiga. En casos extremos, esos cambios de tamaño pueden influir de manera negativa sobre la precisión y la reproducibilidad del proceso de mecanizado posterior. Además, las fases de transición del líquido consumen gran cantidad de energía y tiempo.
En cambio, los fluidos magnetoreológicos [6], [7], [8] que en estado líquido tienen la consistencia de aceite viscoso, se solidifican en fracciones de segundo cuando están bajo la influencia de un campo magnético. Los fluidos MR también se adaptan a pequeñas variaciones geométricas y, por lo tanto, puede utilizarse para aplicar fuerzas de agarre uniformes, incluso sobre piezas de trabajo que tienen grandes áreas de superficie. Así, se compensan las leves imprecisiones o los leves cambios en la geometría. Dado que los fluidos MR eliminan simultáneamente las vibraciones, como por ejemplo, las que tienen lugar en las operaciones de fresado, permiten trabajar sobre piezas flexibles de manera especialmente cuidadosa y con gran precisión. [9]
Esta reflexión ha llevado a los autores a desarrollar, fabricar y validar experimentalmente un utillaje compacto basado en fluidos magnetoreológicos (MR) capaz de situar, fijar y apoyar firmemente piezas largas y flexbiles sin caras de referencia. En particular, se ha diseñado y validado un utillaje basado en fluidos MR para fijar largueros aeronáuticos de titanio en forma de T (cuya anchura puede estar entre los 74 y los 76 mm y cuya largura puede estar entre los 422 y los 1400 mm) mientras son mecanizados.

Requerimientos para utillajes basados en fluidos mr
La pieza que se quiere utillar es un elemento estructural secundario integrado en la estructura de la panza de un avión cuya función es sostener los paneles aerodinámicos exteriores e interiores. Se trata de un perfil de titanio en T con curvatura. ACITURRI AERONAUTICA fabrica diferentes perfiles con estos parámetros generales, teniendo como diferencias principales la longitud, que varía entre 414 mm y 2.875 mm, la curvatura que depende de la posición en la estructura completa y el grado de inclinación de la pared central del perfil. El proceso de fabricación desarrollado por ACITURRI AERONAUTICA para obtener dichas piezas consiste en el mecanizado de una pieza extruída con una forma similar en T y con aproximadamente 4 mm extra de material respecto a las dimensiones finales requeridas.
 

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