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Estudio del taladrado de estructuras híbridas fc/aleación de aluminio

  • Autores: Edwing Isaac Rosales Molina
  • Directores de la Tesis: Mariano Marcos Bárcena (dir. tes.)
  • Lectura: En la Universidad de Cádiz ( España ) en 2015
  • Idioma: español
  • Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Angel Sebastián Pérez (presid.), Moisés Batista Ponce (secret.), Juan Antonio García Manrique (voc.)
  • Materias:
  • Resumen
    • Habitualmente, cada nuevo Proyecto Aeronáutico -entendido como un nuevo modelo de avión- conlleva el desarrollo y aplicación de nuevos materiales que permitan mejorar el rendimiento productivo de la fabricación de las nuevas aeronaves. Hasta hace relativamente poco tiempo esa mejora del rendimiento se suponía enfocada hacia la obtención de productos con una rentabilidad económica directa, sin tener en cuenta otros factores directamente implicados con el mismo. En efecto, tal y como se remarca en los objetivos específicos de la Estrategia de Investigación Estatal y de las Líneas de Investigación preferentes dentro del H2020, es necesario unir los aspectos relacionados con el entorno de producción a los factores que miden el rendimiento de proceso y producto de forma conjunta.

      Así, en ese marco, el Rendimiento de un Proceso de Fabricación se encuentra regido por una situación de compromiso y equilibrio entre los Rendimientos Económico, Energético, Medioambiental y Funcional. Evidentemente, esto, de carácter general, puede aplicarse al caso de los procesos de mecanizado. Orientar estos procesos al rendimiento, en este sentido amplio, está ligado a la correcta selección de la tecnología y a la adecuada comprensión de los fenómenos subyacentes. Como se deduce de lo anteriormente expuesto, en las operaciones de mecanizado, el tiempo de procesado, junto con la precisión (dimensional y geométrica) y la aproximación al acabado superficial requerido por las especificaciones de diseño, son algunos de los factores de peso a tener en cuenta a la hora de evaluar el rendimiento de un proceso o seleccionar tecnologías de aplicación en el mismo.

      Sobre esta base, la Tesis Doctoral trata de abordar retos tecnológicos que supone mejoras en la sostenibilidad de los procesos de mecanizado desarrollados en la fabricación de elementos de la industria aeroespacial basados en el empleo de materiales de última generación, ligando en todo momento aspectos relacionados con el rendimiento del proceso con los relativos al rendimiento del producto. Por ello, el estudio a realizar no debe quedar ajeno a consideraciones que impliquen un equilibrio entre los cuatro aspectos de sostenibilidad Económica, Energética, Funcional y Medioambiental, mediante el estudio y establecimiento de las condiciones de mecanizado de materiales de alto rendimiento que favorezcan una máxima rentabilidad del proceso aplicando tecnologías que no tengan una implicación negativa con el medioambiente pero con un acercamiento máximo a las características de diseño establecidas para el mismo, mediante, al menos, el control dimensional y geométrico de las piezas fabricadas.

      De acuerdo con lo comentado antes, el principal objetivo científico-tecnológico planteado de la Tesis se ha orientado al estudio de procesos de mecanizado de materiales estratégicos en la industria aeronáutica. En efecto, más concretamente, se ha establecido la necesidad de identificar las dificultades del taladrado en un solo paso (OSD, One Shoot Drilling) de estructuras híbridas Material Compuesto/ Aleación de Aluminio. El compuesto al que se hace referencia de aquí en adelante es el polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer) cuyas características generales se describirán oportunamente. Aunque se hace mención de otras aleaciones, se centra el análisis en la aleación de aluminio-cinc UNS A97075.

      Para cumplir con los objetivos propuestos se han desarrollado las siguientes etapas: el establecimiento de una aproximación al estado del arte del tema, la propuesta de una metodología, su implementación y el análisis de los resultados para la obtención de las conclusiones.

      La aproximación al estado del arte ha permitido poner en contexto el estudio llevado a cabo y destacar su relevancia dentro de las investigaciones que también tratan del material objeto de ella. En primer lugar, esta aproximación se enfoca en hacer un recorrido histórico y temático de las investigaciones que se han ocupado de los apilados para concluir sobre el lugar que ocupan los estudios que tratan sobre mecanizado. En segundo lugar, se exploran algunas cuestiones fundamentales en relación al taladrado, desde la operación en sí misma hasta las formas de evaluación del desempeño del proceso y de la calidad obtenida. También se ha hecho un recorrido sobre los estudios de taladrado en combinaciones que incluyen aleación de aluminio y CFRP.

      La propuesta metodológica para el abordaje de la problemática se ha ocupado de describir lo referente al material y su descripción, la configuración del ensayo, la descripción de las principales actividades de seguimiento durante y después del ensayo. También se aborda brevemente las posibilidades en cuanto a tratamiento matemático de los datos.

      La presentación de los resultados que corresponden al desarrollo de la metodología propuesta permite desarrollar el análisis de los efectos de las condiciones de corte, el estado de la herramienta y el comportamiento de la fuerza.

      Las principales conclusiones a las que se ha llegado por el desarrollo de la Tesis señalan que resultan favorables valores bajos de velocidad y avance para la calidad deseada. También se ha encontrado que la interacción de la broca con dos materiales disímiles puede resultar ventajosa en determinados casos. Además, se ha observado que la adhesión de material es la principal forma de desgaste que aparece en etapas tempranas de la vida de la herramienta.

      La Tesis propone, finalmente, las líneas de trabajo que pueden continuarse desarrollando a partir de los hallazgos realizados.


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