Estudio de los procesos de taladrado en estructuras aeronáuticasdesgaste de herramientas, calidad y control del daño en el componente

Resumen

Las operaciones de taladrado tienen un gran impacto en los tiempos y costes de los procesos de fabricación y montaje de estructuras aeronáuticas, debido al gran volumen de uniones mecánicas que se realizan, la dificultad para mecanizar estos componentes y los altos estándares de calidad requeridos. En esta industria, destaca el uso de materiales compuestos, especialmente, reforzados con fibras de carbono (CFRPs), que poseen excelentes propiedades mecánicas específicas y una buena resistencia a la fatiga y a la corrosión. El mecanismo de arranque de material que se produce en los CFRP, se caracteriza por cortes intermitentes de las fibras y la fluctuación de las fuerzas de corte. Además, las herramientas sufren un desgaste severo causado por la abrasividad y dureza de las fibras de carbono. Por otro lado, en elementos estructurales con elevas y complejas cargas, se requiere el uso de aleaciones de titanio y aluminio, por sus mejores propiedades mecánicas. Esta tesis se centra en el estudio de las operaciones de taladrado en Ti por su menor maquinabilidad debido a su elevada resistencia y dureza, baja conductividad térmica y afinidad química con la mayoría de los materiales que se utilizan en la fabricación de herramientas. En los procesos de montaje, cuando se requiere la unión de dos o más componentes formados por materiales compuestos y aleaciones metálicas, se denomina apilado híbrido, cuyo mecanizado supone una gran complejidad. Esto se debe a la baja maquinabilidad de los materiales y a las interacciones que se producen durante su taladrado, pudiendo afectar a la calidad y a la integridad superficial del agujero. En esta tesis se analizan, de forma experimental, diversas operaciones de taladrado con herramientas de metal duro y recubrimiento de diamante para los procesos de taladrado automático. En los materiales compuestos CFRP se estudia la influencia de los parámetros de corte en los mecanismos y evolución del desgaste de herramienta, así como en la calidad y control del daño inducido por el mecanizado en el agujero. Este análisis combinado permite optimizar las condiciones de corte y determinar la dependencia de estas variables en avanzados estados de desgaste. En cuanto a los apilados híbridos, se presenta un estudio sobre la influencia de los niveles de lubricación MQL (Minimum Quantity Lubrication) en los mecanismos de desgaste y la calidad de cada una de las capas que componen un apilado Ti/CFRP/Ti. La mejora de los procesos de taladrado en apilados híbridos y la optimización de los niveles de lubricación MQL permiten realizar mayor cantidad de agujeros en una única operación de taladrado (One Shot Drilling, OSD) e introducir técnicas de montaje avanzadas.