Turn+: O proceso de torneado, máis seguro e alcanzable

2025/04/08 Gorka Urbikain Pelayo - Gipuzkoako Ingeniaritza Eskola (EHU). CFAA Fabrikazio Aeronautiko Aurreratuko Zentroa (EHU). | Daniel Olvera Trejo - Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing, Tecnológico de Monterrey. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Industria
• Softwarea
• Ingeniaritza

A aplicación Turn+ desenvolveuse para a simulación e optimización dos procesos de torneado co fin de previr problemas de vibración e calidade. A continuación explícase como se debe traballar con este instrumento.

En primeiro lugar, fixaranse os parámetros iniciais (figura 1):

1. Tipo e xeometría da ferramenta: a aplicación permite diferentes tipos de ferramentas: punta redonda (circular, R), triangular (T), ou romboidal (C, D, V). Cada unha delas require definir as variables Kr (ángulo de posición) e/ou re (radio de punta) correspondentes á xeometría.
2. Coeficientes de corte (material): os coeficientes de corte (Kf, Kn) reflicten a resistencia mecánica, elasticidade e/ou flexibilidade da ferramenta do material. En teoría, estes parámetros non afectan á rugosidad fronte a un corte estable (na fórmula teórica da rugosidad, \(Ra = {f {f {2 tempo \over 32r}\\non f son o avance e r o radio da placa). Con todo, en sistemas flexibles (ferramentas moi longas, paredes delgadas, etc.), a magnitude das forzas de corte, e por tanto os coeficientes, condicionan completamente a tendencia á vibración.
3. Formas e tipo de torneado (externo ou interno): Antes de executar a aplicación Turn+ é necesario obter os parámetros modais do sistema (por exemplo, mediante ensaios de impacto). Tal e como está organizado, o tres parámetros modais serán facilmente considerados: frecuencia natural, rixidez e taxa de amortiguación. Xunto a iso, hai que definir o tipo de torneado: no noso caso, a elección do torneado externo (cilindrada) ou interno (mandrinado) é fundamental. Nun primeiro momento, nas análises só se consideran os modos de dirección Z e X.

Unha vez configurados este tres grupos, Turn+ está listo para iniciar as simulacións.

Funcións da aplicación Turn+

Unha vez definidos os parámetros iniciais, a aplicación Turn+ inicia unha simulación dinámica. As ecuacións dinámicas que gobernan o comportamento do sistema resólvense nos intervalos de diferentes velocidades de xiro (en abscisas) e de profundidade de corte (en ordenadas). Así, mediante a técnica de integración Euler, as forzas de corte calcúlanse no tempo tendo en conta os parámetros dinámicos, os coeficientes de corte e a xeometría da ferramenta. A aceleración, a velocidade e a posición causadas polas forzas de corte instantáneas actualízanse constantemente.

Identifícase o limiar no que comezan as vibracións chatter, si para unha determinada velocidade de xiro, ao aumentar a profundidade de corte, a diferenza entre o máximo e o mínimo das forzas dinámicas faise moi sensible. Cando isto ocorre, significa que entramos dentro dun lóbulo de vibración, o que marca un campo de corte inestable. Os diagramas non dan un límite absoluto de estabilidade, senón unha tendencia ou gradiente á inestabilidade. Por iso, xunto co diagrama de lóbulos, expresado en cristas en forzas dinámicas (figura 2 á esquerda), ofrécese tamén un diagrama multivariante (figura 2 á dereita). Nela tamén se indican os illamentos das forzas dinámicas, a potencia, o caudal de labra (MRR, mass removal rate) e a rugosidad media esperada. Así, o usuario ten nun único mapa un resumo das estimacións da variables clave do proceso desde o punto de vista da produtividade e da calidade da peza.

Pero Turn+ non se limita a iso. Tamén é capaz de calcular a rugosidad dinámica para un caso concreto. En primeiro lugar, almacénanse as desviacións (desprazamentos) da ferramenta respecto da traxectoria teórica en todos os períodos (t, t+T, t+2T,...). Con estes datos de posición é posible completar o perfil de pistas. A figura 3 mostra un caso concreto de torneado externo no que a ferramenta vibra en dirección Z.

Isto ten efectos directos sobre o perfil de rugosidad da superficie da peza. Este caso está a indicar unha situación inestable na que tanto a forza de corte como a vibración teñen unha tendencia negativa. Está debuxada en verde a distancia utilizada para o cálculo da rugosidad media (Ra) (excluídos os transitorios).

Así, Turn+ ofrece ao usuario unha interfaz sinxela e fácil de usar para acceder ao nivel medio-alto no proceso de torneado. Conta cunha completa configuración inicial dos parámetros, que inclúe os datos da xeometría quinemática e dinámica do sistema, así como os resultados concretos das variables máis importantes. Desta maneira, na nova era do torneado dixital, Turn+ pode converterse nunha valiosa ferramenta tanto para a aprendizaxe como para a toma de decisións na industria.De feito, esta aplicación completa o camiño iniciado coa aplicación Mill+.

Bibliografía

[1] G. Urbikain, S.L. López de Lacalle, F.J. Campa, A. Fernández, A. Elías, Stability prediction in straight turning of a flexible workpiece by collocation method, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 54–55, 2012.

[2] G. Urbikain, Predición de estabilidade en procesos de torneado polo método de colocación por polinomios de Chebyshev, Tese Doutoral, Universidade do País Vasco, UPV-EHU, 2014.

[3] J.A. Palacios, D. Olvera, G. Urbikain, A. Elías - Zúñiga, Ou. Martínez-Romero, L.N. López de Lacalle C. Rodríguez, H. Martínez Alfaro, Combination of simulated annealing and pseudo spectral methods for the optimum removal rate in turning operations of nickel-based alloys, Advances in Engineering Software, Vol. 115, 2018.

[4] G. Urbikain, D. Olvera, Mill+: ferramenta para fresados estables e de calidade, Elhuyar, 09/12/2024.