RT Dissertation/Thesis
T1 Estudio de los Procesos de Taladrado en Estructuras Aeronáuticas: Desgaste de herramientas, calidad y control del daño en el componente
A1 Fernández Pérez, Juan
AB Las operaciones de taladrado tienen un gran impacto en los tiempos y costes de losprocesos de fabricación y montaje de estructuras aeronáuticas, debido al gran volumende uniones mecánicas que se realizan, la dificultad para mecanizar estos componentesy los altos estándares de calidad requeridos.En esta industria, destaca el uso de materiales compuestos, especialmente, reforzadoscon fibras de carbono (CFRPs), que poseen excelentes propiedades mecánicas específicasy una buena resistencia a la fatiga y a la corrosión. El mecanismo de arranque de materialque se produce en los CFRP, se caracteriza por cortes intermitentes de las fibras y lafluctuación de las fuerzas de corte. Además, las herramientas sufren un desgaste severocausado por la abrasividad y dureza de las fibras de carbono.Por otro lado, en elementos estructurales con elevas y complejas cargas, se requiere eluso de aleaciones de titanio y aluminio, por sus mejores propiedades mecánicas. Estedocumento se centra en el estudio de las operaciones de taladrado en Ti por su menormaquinabilidad debido a su elevada resistencia y dureza, baja conductividad térmica yafinidad química con la mayoría de los materiales que se utilizan en la fabricación deherramientas.En los procesos de montaje, cuando se requiere la unión de dos o más componentesformados por materiales compuestos y aleaciones metálicas, se denomina apiladohíbrido, cuyo mecanizado supone una gran complejidad. Esto se debe a la bajamaquinabilidad de los materiales y a las interacciones que se producen durante sutaladrado, pudiendo afectar a la calidad y a la integridad superficial del agujero.En esta tesis se analizan, de forma experimental, diversas operaciones de taladradocon herramientas de metal duro y recubrimiento de diamante para los procesos detaladrado automático.En los materiales compuestos CFRP se estudia la influencia de los parámetros decorte en los mecanismos y evolución del desgaste de herramienta, así como en lacalidad y control del daño inducido por el mecanizado en el agujero. Este análisiscombinado permite optimizar las condiciones de corte y determinar la dependencia deestas variables en avanzados estados de desgaste.En cuanto a los apilados híbridos, en este documento se presenta un estudio sobrela influencia de los niveles de lubricación MQL (Minimum Quantity Lubrication) enlos mecanismos de desgaste y la calidad de cada una de las capas que componen unapilado Ti/CFRP/Ti.La mejora de los procesos de taladrado en apilados híbridos y la optimización delos niveles de lubricación MQL permiten realizar mayor cantidad de agujeros en unaúnica operación de taladrado (One Shot Drilling, OSD) e introducir técnicas de montajeavanzadas.
AB Drilling operations have a huge impact of time and cost on aircraft structuresmanufacturing and assembly processes, owing to the big volume of mechanical jointsused, the complexity of the machining operation and the quality standards required.In this industry, composite materials are used extensively, mainly, Carbon FiberReinforced Plastics (CFRPs), which stand out by their excellent specific mechanicalproperties and good fatigue and corrosion resistance. The material removal process ischaracterized by intermittent fracture of the fibers and oscillation of the cutting forces.Furthermore, the drill bits suffer a severe tool wear produced by the abrasiveness andhardness of the carbon fibers.On the other hand, structural elements with very demanding and complex loadsare made of titanium and aluminum alloys for their superior mechanical properties.This document focuses on the analysis of Ti drilling due to its high hardness andstrength, poor thermal conductivity and chemical affinity with most cutting toolmaterials, which result in a lower machinability.In assembly processes, components made from composite materials and Ti alloysare usually joined, producing hybrid stacks, which machining imposes an extracomplexity. During drilling operations, interactions may occur between these differentnature materials that may affect the quality and surface integrity of the hole.In this thesis, multiple drilling operations are analyzed, from an experimentalpoint of view, with diamond coated carbide tools for automatic drilling processes.For CFRP drilling, it was studied the influence of the cutting parameters in toolwear mechanisms and evolution, as well as in the quality and control of the machininginduced damage of the hole. This combined analysis allows to optimize cuttingconditions and to determine the dependence of these variables under severe tool wear.Regarding hybrid stacks, this document focuses on the analysis of the MinimumQuantity Lubrication (MQL) level influence in tool wear mechanisms and the quality ofeach layer in a Ti/CFRP/Ti stack.The improvement of hybrid stacks drilling processes and the optimization of theMQL lubrication level, allows to perform more holes in a single drilling operation (OneShot Drilling, OSD) and to introduce advance assembly processes.
YR 2020
FD 2020-12
LK https://hdl.handle.net/10016/32319
UL https://hdl.handle.net/10016/32319
LA spa
NO El proyecto de investigación está financiado por Airbus Defense andSpace, a través de Airbus Group Innovation (AGI), con el proyecto "Drilling ProcessesImprovement for Multi Material CFRP-Al-Ti Stacks". También se ha contado confinanciación complementaria por parte del Ministerio de Economía y Competitividaddel Gobierno de España, a través de la ayuda para Personal Técnico de Apoyo conreferencia PTA2015-10741-I.
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RD 1 sept. 2024