Análisis y determinación de las capacidades del proceso de microlimado

Rodríguez Roca, Pablo (2017). Análisis y determinación de las capacidades del proceso de microlimado. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Análisis y determinación de las capacidades del proceso de microlimado
Author/s:
  • Rodríguez Roca, Pablo
Contributor/s:
  • Vizán Idoipe, Antonio
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: June 2017
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Mecánica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La demanda de piezas cada vez más pequeñas y precisas exige procesos competitivos que abaraten sus costes de fabricación. Entre estas técnicas se encuentran los procesos clásicos de microfresado y microtorneado, y otros de mayor complejidad como la electroerosión, el láser o el mecanizado por ultrasonidos. El microlimado es una técnica de mecanizado en desarrollo que puede competir contra los procesos mencionados anteriormente debido a su simplicidad. En el microlimado una herramienta de un único filo araña una pieza arrancando pequeñas porciones de material. Estas porciones pueden llegar a ser de grosores de 2 micras dependiendo de la calidad de la herramienta usada. Esta técnica comienza a desarrollarse en 2012, cuando, bajo la dirección de Antonio Vizán, Marcelo Fajardo Pruna y Luis Alberto López-Estrada inician sus estudios de doctorado con la fabricación de dos máquinas (de 4 y 6 ejes) capaces de orientar la herramienta tangente a su trayectoria. En esta línea de investigación, el presente Trabajo de Fin de Grado continúa el estudio del proceso de microlimado con una máquina de 4 ejes con el fin de poner de manifiesto sus capacidades de mecanizado, hasta ahora desconocidas. En primer lugar, se estudian las posibles microgeometrías a realizar y sus herramientas principales. Se plantean así el mecanizado de trayectorias interiores, exteriores, cajeados y perfiles tridimensionales. A continuación, se diseñan distintos modelos de herramienta con los que llevar a cabo los anteriores procesos mencionados incluyendo tanto cortes laterales como cortes al centro. También se diseñan distintos modelos de utillaje aplicables con el fin de que la fijación realizada sea estrictamente rígida. Entre ellos se encuentra un utillaje que sujeta la pieza mediante el vacío producido por una bomba y del que, tras su fabricación, se han realizado pruebas para comprobar su efectividad. Una vez definidas las herramientas y el material a mecanizar, es necesario estudiar el modelo de las fuerzas que gobiernan este proceso. Debido a las dificultades de medir a tiempo real todos los parámetros de influencia, se propone un modelo simplificado en el que las rugosidades y las deformaciones no intervengan. Este modelo se basa en las teorías de corte macroscópicas, como la de Ernst-Merchant, y sobre las que se han realizado ligeras modificaciones para adaptarse a escala microscópica. Sin embargo, puesto que el radio de punta es mayor que las secciones de viruta mecanizadas, se ha podido comprobar que los ángulos mecanizados macroscópicamente en la herramienta y programados en el corte no coinciden con los esperados. Por ello, se decidió realizar un ensayo de corte ortogonal con una de las herramientas diseñadas inicialmente, en el que se pudiesen medir las fuerzas en dirección tangencial y perpendicular al avance, para distintas profundidades, espesores y ángulos de desprendimiento macroscópicos. A partir de este ensayo y mediante la aplicación del modelo de corte corregido, se ha podido concluir que, para espesores menores que el radio de punta, el ángulo de desprendimiento real es siempre negativo y por tanto las fuerzas en dirección perpendicular son mayores que las tangenciales. Asimismo, se han hallado los valores para la presión específica de corte en función del espesor de viruta. Dado que las fuerzas obtenidas han sido en forma de registro temporal, se ha analizado igualmente la estabilidad del corte para cada uno de los casos. De este modo se ha podido comprobar que los procesos más estables son aquellos programados con ángulos de desprendimiento macroscópico negativos que además poseen ángulos de desprendimiento reales aún más negativos. El siguiente paso ha consistido en elegir la metodología de trabajo para la fabricación de piezas por microlimado. Esta metodología hace uso de programas CAM/CAD, programación en código G e inspección con sistemas avanzados de visión y puede resumirse en: • Diseño de pieza, elección de herramientas y parámetros y simulación en CATIA V5. • Dibujo de trayectorias en AutoCAD. • Importación del archivo .dxf de AutoCAD a código G mediante control Fagor CNC 8070. • Simulación y adaptación del código obtenido. • Mecanizado e inspección posterior mediante cámaras digitales de aumento. Haciendo uso de este procedimiento, se ha proseguido con la fabricación de piezas que demuestren las verdaderas capacidades del microlimado. Para ello se ha empleado una herramienta cónica fabricada en acero al wolframio, la cual no precisa de orientación y que resulta especialmente adecuada debido a su ángulo de desprendimiento negativo. Además, se ha seleccionado esta herramienta porque las funciones de compensación de radio no están correctamente implementadas en la máquina y resultaba inviable trabajar con otro tipo de herramientas. Las operaciones ensayadas sobre tacos de aluminio se incluyen en: • Desbastes y acabados superficiales. • Trayectorias simples. • Geometrías compuestas. • Figuras en tres dimensiones. A partir de ellas, se ha concluido que la herramienta debe ser mecanizada con extrema precisión, ya que aparecen ciertas irregularidades cuando la punta no está totalmente centrada sobre el eje de revolución. También se ha observado que la generación de rebabas debida al empleo de aluminio es abundante, pues el material sufre una deformación previa al corte. Se han intentado practicar pasadas de acabado para eliminar estas rebabas sin grandes resultados generando incluso más rebaba en algunas ocasiones. Sin embargo, la precisión lograda en ciertas geometrías resulta especialmente prometedora, ya que se han obtenido zonas con dimensiones en torno a 30 μm y cuyo tamaño podría verse disminuido si se dispusiera de medios para obtener una herramienta más afilada. Este valor resulta inferior al rango habitual del microfresado, de lo que se desprende que no sólo el microlimado es un proceso más sencillo, si no que permite la fabricación de elementos de menor tamaño. Finalmente se exponen las implicaciones del Trabajo de Fin de Grado y las futuras líneas de trabajo que se inician con él, así como la planificación y el presupuesto derivados de este proyecto de Análisis y determinación de las capacidades del proceso de microlimado.

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Item ID: 47598
DC Identifier: http://oa.upm.es/47598/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:47598
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 29 Aug 2017 06:56
Last Modified: 29 Aug 2017 06:56
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