Resumen de Análisis experimental y numérico del taladrado de materiales compuestos
Los procesos de mecanizado por arranque de viruta están muy extendidos en la industria. En estos procesos, el tamaño de la pieza original circunscribe la geometría final, y el material sobrante es arrancado en forma de virutas. El taladrado es especialmente importante dentro de este conjunto, ya que es un proceso ampliamente utilizado y que frecuentemente se realiza al final del proceso de fabricación, por lo que un fallo puede representar cuantiosas pérdidas.
Los materiales compuestos se emplean ampliamente en diferentes sectores industriales debido principalmente a propiedades como su elevada resistencia, su baja densidad y muy buena resistencia a la corrosión. Dentro de éstos, los más empleados son los materiales compuestos con refuerzos de fibras.
El daño mecánico del material que se produce en los procesos de mecanizado de los materiales compuestos es muy relevante debido principalmente a su disposición en capas y a la separación de las mismas durante el procesado de éste, originando su consecuente merma de propiedades.
El objetivo principal de esta Tesis es el análisis mecánico del material durante el proceso de taladrado en seco de distintos materiales compuestos: fibra de carbono, fibras de aramida y naturales. Los defectos en la superficie alrededor del taladro, así como la posible separación de las capas son especialmente significativos en este tipo de procesos, lo que justifica el interés del objetivo planteado.
Para ello, se realizaron ensayos de taladrado con herramientas de distintas geometrías, considerando diferentes parámetros de corte. Durante el proceso se determinó la evolución de la fuerza de avance, el par torsor así como los posibles defectos presentes en los materiales durante el mismo. De igual forma, se desarrolló un modelo numérico tridimensional de Elementos Finitos, reproduciendo las condiciones de corte consideradas, validado experimentalmente.
A continuación, se indican las principales aportaciones del trabajo realizado en el marco de esta Tesis.
- Se ha desarrollado y aplicado una metodología de ensayos de taladrado que permite determinar experimentalmente la fuerza axial y el par torsor.
- Se han diseñado y fabricado los utillajes específicos requeridos para el posicionamiento y fijación del material, herramienta e instrumentación. También se ha realizado la puesta a punto y verificación del sistema.
- Mediante la aplicación de la metodología experimental desarrollada se han realizado ensayos de taladrado en seco sobre fibra de carbono, fibras de aramida y naturales, empleando 9 condiciones de corte y brocas con distintas geometrías de corte por cada material. Los resultados experimentales obtenidos presentan una gran fiabilidad y se corresponden con un amplio rango de condiciones de mecanizado.
- El análisis de los resultados experimentales obtenidos ha permitido extraer conclusiones en relación con la evolución de las fuerzas de mecanizado y el daño en el material para distintos parámetros de corte y geometrías de broca. Por ello, suponen una aportación novedosa de interés para el conocimiento de los procesos de taladrado en seco sobre material compuesto.
- Se han analizado distintos aspectos relativos a la modelización tridimensional de procesos de taladrado, principalmente en relación con el mallado del material y condiciones de simulación. Estos modelos tridimensionales requieren gran cantidad de elementos y por consiguiente elevados tiempos de simulación.
- Se ha desarrollado un modelo numérico tridimensional de procesos de taladrado en seco de los distintos materiales compuestos para cada geometría de broca. El modelo ha sido validado experimentalmente obteniéndose una buena correlación en relación con las fuerzas de mecanizado.
