El fresado químico es un proceso diseñado para la reducción de peso de pieles metálicas que, a
pesar de los problemas medioambientales asociados, se utiliza en la industria aeronáutica desde los
años 50. Entre sus ventajas figuran el cumplimiento de las estrictas tolerancias de diseño de piezas
aeroespaciales y que pese a ser un proceso de mecanizado, no induce tensiones residuales. Sin
embargo, el fresado químico es una tecnología contaminante y costosa que tiende a ser sustituida.
Gracias a los avances realizados en el mecanizado, la tecnología de fresado convencional permite
alcanzar las tolerancias requeridas siempre y cuando se consigan evitar las vibraciones y la flexión
de la pieza, ambas relacionadas con los parámetros del proceso y con los sistemas de utillaje
empleados.
Esta tesis analiza las causas de la inestabilidad del corte y la deformación de las piezas a través
de una revisión bibliográfica que cubre los modelos analíticos, las técnicas computacionales y las
soluciones industriales en estudio actualmente. En ella, se aprecia cómo los modelos analíticos y las
soluciones computacionales y de simulación se centran principalmente en la predicción off-line de
vibraciones y de posibles flexiones de la pieza. Sin embargo, un enfoque más industrial ha llevado al
diseño de sistemas de fijación, utillajes, amortiguadores basados en actuadores, sistemas de rigidez
y controles adaptativos apoyados en simulaciones o en la selección estadística de parámetros.
Además se han desarrollado distintas soluciones CAM basadas en la aplicación de gemelos virtuales.
En la revisión bibliográfica se han encontrado pocos documentos relativos a pieles y suelos
delgados por lo que se ha estudiado experimentalmente el efecto de los parámetros de corte en su
mecanizado. Este conjunto de experimentos ha demostrado que, pese a usar un sistema que
aseguraba la rigidez de la pieza, las pieles se comportaban de forma diferente a un sólido rígido en
términos de fuerzas de mecanizado cuando se utilizaban velocidades de corte cercanas a la alta
velocidad. También se ha verificado que todas las muestras mecanizadas entraban dentro de
tolerancia en cuanto a la rugosidad de la pieza. Paralelamente, se ha comprobado que la correcta
selección de parámetros de mecanizado puede reducir las fuerzas de corte y las tolerancias del
proceso hasta un 20% y un 40%, respectivamente. Estos datos pueden tener aplicación industrial en
la simplificación de los sistemas de amarre o en el incremento de la eficiencia del proceso.
Este proceso también puede mejorarse incrementando la vida de la herramienta al utilizar
fluidos de corte. Una correcta lubricación puede reducir la temperatura del proceso y las tensiones
residuales inducidas a la pieza. Con este objetivo, se han desarrollado diferentes lubricantes, basados
en el uso de líquidos iónicos (IL) y se han comparado con el comportamiento tribológico del par de
contacto en seco y con una taladrina comercial. Los resultados obtenidos utilizando 1 wt% de los
líquidos iónicos en un tribómetro tipo pin-on-disk demuestran que el IL no halogenado reduce
significativamente el desgaste y la fricción entre el aluminio, material a mecanizar, y el carburo de
tungsteno, material de la herramienta, eliminando casi toda la adhesión del aluminio sobre el pin, lo
que puede incrementar considerablemente la vida de la herramienta.Chemical milling is a process designed to reduce the weight of metals skin panels. This process
has been used since 1950s in the aerospace industry despite its environmental concern. Among its
advantages, chemical milling does not induce residual stress and parts meet the required tolerances.
However, this process is a pollutant and costly technology. Thanks to the last advances in
conventional milling, machining processes can achieve similar quality results meanwhile vibration
and part deflection are avoided. Both problems are usually related to the cutting parameters and the
workholding.
This thesis analyses the causes of the cutting instability and part deformation through a literature
review that covers analytical models, computational techniques and industrial solutions. Analytics
and computational solutions are mainly focused on chatter and deflection prediction and industrial
approaches are focused on the design of workholdings, fixtures, damping actuators, stiffening
devices, adaptive control systems based on simulations and the statistical parameters selection, and
CAM solutions combined with the use of virtual twins applications.
In this literature review, few research works about thin-plates and thin-floors is found so the
effect of the cutting parameters is also studied experimentally. These experiments confirm that even
using rigid workholdings, the behavior of the part is different to a rigid body at high speed machining.
On the one hand, roughness values meet the required tolerances under every set of the tested
parameters. On the other hand, a proper parameter selection reduces the cutting forces and process
tolerances by up to 20% and 40%, respectively. This fact can be industrially used to simplify
workholding and increase the machine efficiency.
Another way to improve the process efficiency is to increase tool life by using cutting fluids.
Their use can also decrease the temperature of the process and the induced stresses. For this purpose,
different water-based lubricants containing three types of Ionic Liquids (IL) are compared to dry and
commercial cutting fluid conditions by studying their tribological behavior. Pin on disk tests prove
that just 1wt% of one of the halogen-free ILs significantly reduces wear and friction between both
materials, aluminum and tungsten carbide. In fact, no wear scar is noticed on the ball when one of
the ILs is used, which, therefore, could considerably increase tool life
