Análisis termomecánico del proceso de taladrado en seco de la aleación de titanio-Ti6Al4V : daño térmico en el material

Abstract

Los procesos de mecanizado constituyen en la actualidad el tipo de procesos de fabricación más ampliamente difundido en el sector industrial. 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. Las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en diferentes sectores industriales de elevada responsabilidad debido a propiedades como su alta resistencia específica, que se mantiene a temperaturas elevadas, y a su elevada resistencia a la corrosión. En concreto, la aleación Ti6Al4V es la más empleada, especialmente en la industria aeroespacial. El daño térmico del material que se produce en los procesos de mecanizado de las aleaciones de titanio es muy relevante debido a su baja conductividad térmica y a la elevada reactividad del titanio a altas temperaturas. El objetivo principal de esta Tesis es el análisis termomecánico del material en el proceso de taladrado en seco de aleación de titanio-Ti6Al4V orientado al control de la integridad superficial del componente. La acumulación de calor en el material es especialmente significativa en este tipo de procesos, lo que justifica el interés del objetivo planteado. Para ello, se realizaron ensayos de taladrado con herramientas con dos recubrimientos, considerando diferentes parámetros de corte. Durante el proceso se determinó la evolución de la fuerza de avance, el par torsor y la temperatura en el material. Con objeto de analizar variables termomecánicas de difícil determinación experimental, se desarrolló un modelo numérico tridimensional de Elementos Finitos, reproduciendo las condiciones de corte consideradas.

Mechanical working processes are currently the type of manufacturing processes most widely diffused in the industry sector. The drilling is particularly important within this group, since it is a process extensively used and it often takes place at the end of the manufacturing process, so that a failure represents significant losses. Titanium alloys are widely used in several industries of high responsibility due to their properties such as high specific strength, which it stays even at high temperatures; and their high corrosion resistance. In all, Ti6Al4V alloy is the most widely used, especially in the aerospace industry. Thermal damage of the material produced in the processes of machining titanium alloys is very important due to its low thermal conductivity and high reactivity of titanium at high temperatures. The main objective of this thesis is the thermal analysis of the material in the dry drilling process titanium alloy Ti6Al4V. The heat accumulation in the material is particularly significant in this type of process which justifies the stated objective. Therefore, Drilling tests were done using tools with 2 coatings, employing different cutting parameters. During the drilling process was determined the feed force evolution, the torque and the material temperature. A three-dimensional finite element numerical model was developed, reproducing the cutting conditions considered for analyze variables thermomechanical that they are difficult determination experimental.