Predicción de estabilidad en procesos de torneado por el método de colocación por polinomios de chebysev

Resumen

Aunque el torneado suele tomarse como un proceso inicial previo a posteriores procesos de mecanizado, muchas de las operaciones que se llevan a cabo en un torno sobre piezas aeronáuticas requieren de un alto grado de calidad para que la integridad de la pieza no se vea afectada gravemente. Dependiendo de la severidad de las vibraciones, un acabado deficiente puede llevar a que la pieza deba ser desechada. En la fabricación de carcasas de motores aeronáuticos (motores Trent de ITP), son frecuentes los problemas de vibraciones debido fundamentalmente a falta de rigidez estática local o a problemas de tipo dinámico. En este tipo de piezas es habitual encontrar geometrías variables, salientes, cambios de dirección, bridas y ranuras para conexión con otros elementos de la turbina. A estos componentes se una el hecho de que a veces se trata de materiales de baja maquinabilidad (aceros austeníticos, Ti6Al4V, Inconel 718) muy agresivos para la vida de la placa.La tesis presentada trata el estudio de la estabilidad en diversos procesos de torneado y es aplicable al tipo de piezas anteriores que obligan a considerar modos variables en distintos estados de la operación, cortes interrumpidos o que implican grandes voladizos de herramienta. En este tipo de piezas, suelen utilizarse herramientas de geometría redonda (o herramientas cortando únicamente con el radio) lo cual obliga a utilizar métodos de análisis de estabilidad de mayor precisión que los tradicionales, los cuales han llegado considerar únicamente un ángulo de posición constante para la placa. Las soluciones propuestas por estos autores para estudiar operaciones con placas trabajando con ángulo de posición variable resultan muy poco eficientes computacionalmente y limitadas en precisión.En este trabajo, se ha optado en primer lugar por analizar algunos de los métodos numéricos más exitosos en el estado del arte, semi-discretización, perturbación y colocación por polinomios de Chebyshev, llegando a la conclusión de que es este último quien alcanza un mejor compromiso entre rapidez computacional y precisión. Dada la especial localización de los puntos de discretización, el método posee lo que se denomina convergencia espectral, llegando a la solución en un número de discretizaciones mucho menor que para el resto de métodos numéricos.Así, el método adoptado resuelve la ecuación dinámica en una serie de puntos del dominio para una representación precisa de las curvas de lóbulos. El hecho de resolver la ecuación representativa del chatter de una forma tan ágil es especialmente interesante en casos donde es necesario tener en cuenta condiciones de corte variables no lineales, ya sea por la geometría de la placa, el material a cortar o por la zona del diagrama de estabilidad a estudiar.De forma resumida, se ha trabajado en dos áreas:1.- Aplicación del método de resolución a casos particulares de torneado:- Estabilidad en procesos de semi-acabado y acabado de pieza flexible con herramientas de geometría general donde se han considerado variaciones de flexibilidad local de la pieza a distintos pasos de mecanizado.- Estabilidad en operaciones de herramienta con grandes voladizos (chatter de herramienta) donde se ha validado un modelo de chatter tipo B para distintas geometrías de herramienta.- Estabilidad en el torneado de superficies interrumpidas (con superficies planas o cambios bruscos de sección).- Estabilidad en grandes máquinas: código adaptado al análisis de grandes máquinas permitiendo la incorporación de varios modos de dirección cualquiera. Útil para la etapa de diseño y crítica de una arquitectura de máquina dada.2.- Interfaz práctica e intuitiva para análisis de procesos de arranque (torneado y fresado):Como culminación, se ha diseñado una interfaz gráfica que aglutina los códigos desarrollados a lo largo del trabajo junto con nuevas aplicaciones para fresado. Está dividida en módulos y pestañas para la predicción de magnitudes fundamentales (fuerzas, estabilidad, rugosidad, etc.) como para la grabación, análisis y post-procesado de señales de corte in-situ. Se pretende con la misma un acortamiento entre los tiempos de detección de problemas y toma de decisiones. Entre sus capacidades se incluyen la limitación y control de fuerzas en amarres, predicción de zonas de corte S-ap más favorables (productivas) u obtención de rugosidades y topografías bajo condiciones estáticas y dinámicas.