Mecanizado
Problemas estático y dinámicos del Fresado de estructuras de rigidez reducida
Bravo, U, Altuzarra, O, López de Lacalle L.N, Pinto, Ch.01/12/2002
1. Introducción
El mecanizado a alta velocidad de elementos estructurales a partir de bloques de aluminio (estructuras monolíticas), eliminando más del 90% de material en forma de viruta es ya una realidad que representa una auténtica revolución en la fabricación de componentes aeronáuticos. Con este fin se están desarrollando máquinas de estructura novedosa, dotadas algunas de ellas de accionamientos lineales.
En este trabajo se ha abordado la problemática del fresado a alta velocidad. Para ello se ha caracterizado el proceso de corte atendiendo a las características de rigidez dinámica de las paredes, que varían a lo largo del mecanizado. Se han estudiado dos aspectos, en primer lugar las deformaciones estáticas debidas a las fuerzas de corte [1], y en segundo lugar las deformaciones y marcas de mecanizado debidas al acoplamiento dinámico entre las fuerzas de corte (fuerzas variables y periódicas [2]), y la vibración de las paredes que están siendo mecanizadas.
2. Experimental
Las dificultades aparecen cuando se desean mecanizar elementos cuya rigidez se encuentra comprometida por dos aspectos fundamentales. Primero, las paredes poseen espesores inferiores a 1 mm, con elevadas relaciones de esbeltez (baja rigidez) [3]. Al mecanizar estas paredes se producen complejas interacciones entre las fuerzas de corte y la sección de viruta que implican por un lado deformaciones estáticas, y por otro inestabilidad dinámica en el corte. El segundo aspecto fundamental es la complejidad que presentan las fijaciones de estas piezas, su geometría requiere de fijaciones especiales, y el mecanizado se realiza sobre elementos en condiciones alejadas a las óptimas.
3. Resultados y Discusión
Se han realizado diversos experimentos mecanizando paredes de espesores 0,8mm y 0,5mm y dimensiones 200x30mm, 250x45mm en Al-7075-T6. Todas ellas con diferentes estrategias y realizando estudios de elementos finitos para obtener características dinámicas de las paredes y así mejorar la calidad y tiempos de mecanizado, evitando de esta forma la excitación dinámica, bien forzada o autoexcitada, y la flexión estática de la pared debida a las fuerzas de corte.
Las pruebas se han realizado en máquinas de diferente arquitectura y accionamientos, disponibles en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la E.S.I. de Bilbao.
4. Conclusiones
El artículo presenta un compendio de los problemas estáticos y dinámicos que surgen en el mecanizado de estructuras monolíticas de baja rigidez.
Para solucionar estos problemas es necesario realizar un estudio de la pieza a mecanizar evaluando su debilidad a flexión estática y su riesgo de excitación dinámica, tanto forzada, como autoexcitada (Chatter [4]).
Se presenta una serie de estrategias y condiciones óptimas de corte logrando condiciones de mecanizado superiores en calidad y productividad a las utilizadas hasta la fecha.
5. Referencias
[1] Budack, E. and Altintas,Y.(1992). Flexible Milling Force Model for Improved Surface Error Predictions, Proceedings of the 1992 Engineering System Design and Analysis, ASME, pp. 89-94, Istambul, Turkey. [2]Altintas,Y. (2000). Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations,and CNC Design. Cambridge University Press, ISBN 521 650291.
[3] Ishee, David. (1998).A comparison of thedistorsion of thin aluminium ribs in high speed machining and low speed machining, Thesis Mississippi State University.
[4] Kevin Scott, Smith. (1987). Automatic selection of the optimum spindle speed in high.-speed milling Thesis, University of Florida.
