Desarrollo de una nueva técnica de análisis de rendimiento de muelas abrasivas para la selección de la muela óptima según aplicación

Abstract

Dokumentu honetan aurkezten den doktoretza-tesia, Arrasateko Goi Eskola Politeknikoko Errendimendu Altuko Mekanizatuko ikerketa arloan kokatzen da. Helburu nagusia industri sektore ezberdinetako mekanizazio bidezko fabrikazio prozesuak hobetzea da, baita produktu berritzaileak eta merkatu berrietan sartzeko ideiak proposatzea ere. Mekanizazio prozesuen artean, artezketako prozesuen berezitasuna, dimentsio eta zimurtasun aldetik piezan lortzen den zehaztasun altua da. Hala ere, gainontzeko txirbil harroketazko mekanizazio prozesuekin konparatuz gero, artezketa prozesuen produktibitatea nabarmenki txikiagoa da eta errendimendua handitzeko harri urratzaile eta lan baldintza egokiak aukeratu behar dira. Bestalde, artezketa prozesuari lotutako zenbait arazo aurkitzen dira maiz, prozesuaren produktibitatea mugatzen dutenak. Hauen artean, garrantzitsuena, piezan sor daitekeen kalte termikoa da. Arazo honen sorrera, beste zenbait faktoreen artean, harri urratzailearen portaerarekin lotuta dago, honen etengabeko higadurak tenperatura igoera bat eragiten baitu ebaketa gunean. Testuinguru honetan, tesi honen helburu nagusia harri egokien aukeraketa egiteko metodologia bat garatzea da, gainazalaren zuzentasuna bermatuz eta produktibitatea maximizatuz. Helburu hau lortzeko, Malkin eta Madariagak sortutako kalte termikoa aurreikusten duten modeloetatik abiatzen da, baita harrien errendimendua definitzen duten aldagaiak kontrolatzen duen set-up esperimentaletik ere. Honako doktoretza-tesiaren garapenak, egokiena den harri urratzailearen aukeraketarako metodologia berria lortu du emaitza nagusi bezala. Metodologia hau, artezketa makinetan inplementatu daiteke Metodes deritzon erremintaren bitartez. Erreminta honen bidez, moldagarria den kontrol bat garatzen da, Malkin (altzairuen kasurako) eta Madariagak (gainontzeko materialentzako) definitutako potentzia limite batera iristean, ebaketa sakonera aldatzen da. Era honetara, harri urratzaile bakoitzaren kasurako harroketa tasa maximizatzea lortzen da eta metodologian oinarritutako saiakuntza jakin batzuen bitartez, harriaren errendimendua ere. Metodes-en funtzio nagusien artean, harri urratzailearen aukeraketa eta ebaketa baldintzen optimizazioa aurki daitezke, produktibitatea handitzeko helburuarekin. Etorkizunean Metodes aplikazioak ikerketa bide berriak irekitzen ditu artezketa prozesuetan, bereziki artezketa ez hain ezaguna duten materialetan, esaterako, aeronautikan maiz erabiltzen diren aleazioak.

La presente tesis doctoral se enmarca dentro de la línea de investigación del Grupo de Mecanizado de Alto Rendimiento de la Escuela Politécnica Superior de Mondragon Unibertsitatea, cuyo principal objetivo es la mejora de procesos de producción por mecanizado en diferentes sectores industriales y la generación de ideas para fabricar productos innovadores o entrar en nuevos negocios y mercados. Dentro de los procesos de mecanizado, el rectificado se caracteriza por los excelentes valores de rugosidad y precisión dimensional que se pueden obtener en la pieza. No obstante, la productividad del rectificado es notablemente inferior a la de otros procesos de arranque de viruta y depende en gran medida de la correcta selección de la muela, así como de las condiciones de trabajo que maximicen su rendimiento. Por otro lado, durante el rectificado aparecen con relativa frecuencia dificultades inherentes al propio proceso, que limitan aún más su productividad. El más significativo es el dañado térmico de la pieza. La aparición de este problema está ligada, entre otros factores, al comportamiento de las muelas abrasivas, cuyo desgaste progresivo provoca un aumento de la temperatura en la zona de corte. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis consiste en desarrollar una metodología que permita seleccionar la muela idónea para una aplicación, asegurando la integridad superficial de la pieza y optimizando la productividad. Para alcanzar este objetivo se parte de los modelos predictivos de dañado térmico desarrollados por Malkin y Madariaga, así como del desarrollo de un set-up experimental donde se monitorizan las variables que permiten evaluar el rendimiento de las muelas. El desarrollo de la presente tesis doctoral ha dado como resultado principal una nueva metodología de selección de la muela abrasiva óptima, la cual se implementa en máquinas rectificadoras mediante una herramienta inteligente denominada Metodes. Esta herramienta realiza un control adaptativo que modifica la profundidad de pasada en función de la potencia límite de quemado estimada por los modelos de Malkin (para aceros) y Madariaga (para el resto de materiales). De esta forma, se consigue maximizar la tasa de arranque de material para cada muela y, a través de una serie de ensayos específicos de la metodología, el rendimiento de dicha muela con criterios objetivos. Entre las principales funcionalidades de Metodes se encuentran la selección de muela abrasiva y la optimización de sus condiciones de trabajo con el objeto de aumentar la productividad. La aplicación futura de Metodes abre nuevas vías de investigación en procesos de rectificado, especialmente en materiales cuya rectificabilidad es poco conocida, como diversas familias de aleaciones de uso frecuente en aeronáutica.