Predicción de fuerzas de corte y topografía superficial para la mejora de fresado de rotores de álabes integrados

Resumen

Los rotores de álabes integrados consisten en discos rotativos con álabes fabricados en una sola pieza, los cuales están siendo cada vez más utilizados en los motores aeronáuticos debido a sus ventajas en cuanto a fiabilidad, reducción del peso, eficiencia y reducción de ruido. Estos componentes plantean uno de los problemas más difíciles desde el punto de vista del mecanizador, ya que se combinan tres factores críticos: 1) el fresado de superficies complejas en 5 ejes continuos, 2) materiales de baja maquinabilidad que generan grandes fuerzas de corte y altas temperaturas durante el mecanizado y, por último, 3) presencia de paredes delgadas y estructuras poco rígidas que son propensas a deformarse o vibrar durante el mecanizado.En este trabajo se define una metodología fiable de diseño y verificación de operaciones de fresado en cinco ejes de IBR-s. En una primera fase experimental de fabricación de geometrías de impeller y blisk, se han estudiado y analizado los diferentes tipos de operaciones de desbaste y acabado, así como lasherramientas de geometría tradicional y las de nuevo diseño. En concreto, existe gran interés enintroducir las nuevas geometrías de fresa de barril en el sector aeronáutico en operaciones desemiacabado y acabado de álabes. El elevado radio de curvatura del contorno permite reducir el númerode pasadas, y por lo tanto el tiempo de mecanizado, sin aumentar el tamaño de la herramienta.Para completar la metodología propuesta se han desarrollado herramientas predictivas de la topografía yrugosidad superficial de la pieza, y de las fuerzas de corte del proceso. Por un lado, se ha validado unmodelo de predicción basado en la substracción de sólidos, para operaciones de fresado periférico confresa cilíndrica considerando la flexión estática de la pared. Por otro lado, se han desarrollado dosmodelos enfocados a las operaciones de cinco ejes con fresas de barril. El primero de ellos permitesimular la topografía y rugosidad teniendo en cuenta el runout de la herramienta y la orientación de lafresa. El segundo modelo propuesto predice las fuerzas de corte en mecanizados utilizando fresas debarril, para condiciones de corte estacionarias y en las que no se producen deflexión de pieza oherramienta.