Turn+: El procés de tornejat, més segur i assequible

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

L'aplicació Turn+ s'ha desenvolupat per a la simulació i optimització dels processos de tornejat amb la finalitat de prevenir problemes de vibració i qualitat. A continuació s'explica com s'ha de treballar amb aquest instrument.

En primer lloc, es fixaran els paràmetres inicials (figura 1):

1. Tipus i geometria de l'eina: l'aplicació permet diferents tipus d'eines: punta rodona (circular, R), triangular (T), o romboidal (C, D, V). Cadascuna d'elles requereix definir les variables Kr (angle de posició) i/o re (radio de punta) corresponents a la geometria.
2. Coeficients de tall (material): els coeficients de tall (Kf, Kn) reflecteixen la resistència mecànica, elasticitat i/o flexibilitat de l'eina del material. En teoria, aquests paràmetres no afecten la rugositat enfront d'un tall estable (en la fórmula teòrica de la rugositat, \(Ra = {f {f {2 temps \over 32r}\\senar f són l'avanç i r el radi de la placa). No obstant això, en sistemes flexibles (eines molt llargues, parets primes, etc.), la magnitud de les forces de tall, i per tant els coeficients, condicionen completament la tendència a la vibració.
3. Formes i tipus de tornejat (extern o intern): Abans d'executar l'aplicació Turn+ és necessari obtenir els paràmetres modals del sistema (per exemple, mitjançant assajos d'impacte). Tal com està organitzat, els tres paràmetres modals seran fàcilment considerats: freqüència natural, rigidesa i taxa d'amortiment. Al costat d'això, cal definir el tipus de tornejat: en el nostre cas, l'elecció del tornejat extern (cilindrada) o intern (mandrinatge) és fonamental. En un primer moment, en les anàlisis només es consideren els modes de direcció Z i X.

Una vegada configurats aquests tres grups, Turn+ està llest per a iniciar les simulacions.

Funcions de l'aplicació Turn+

Una vegada definits els paràmetres inicials, l'aplicació Turn+ inicia una simulació dinàmica. Les equacions dinàmiques que governen el comportament del sistema es resolen en els intervals de diferents velocitats de gir (en abscisses) i de profunditat de tall (en ordenades). Així, mitjançant la tècnica d'integració Euler, les forces de tall es calculen en el temps tenint en compte els paràmetres dinàmics, els coeficients de tall i la geometria de l'eina. L'acceleració, la velocitat i la posició causades per les forces de cort instantànies s'actualitzen constantment.

S'identifica el llindar en el qual comencen les vibracions chatter, si per a una determinada velocitat de gir, en augmentar la profunditat de tall, la diferència entre el màxim i el mínim de les forces dinàmiques es fa molt sensible. Quan això ocorre, significa que hem entrat dins d'un lòbul de vibració, la qual cosa marca un camp de tall inestable. Els diagrames no donen un límit absolut d'estabilitat, sinó una tendència o gradient a la inestabilitat. Per això, juntament amb el diagrama de lòbuls, expressat en crestes en forces dinàmiques (figura 2 a l'esquerra), s'ofereix també un diagrama multivariant (figura 2 a la dreta). En ella també s'indiquen els aïllaments de les forces dinàmiques, la potència, el cabal d'encenall (MRR, mass removal rate) i la rugositat mitjana esperada. Així, l'usuari té en un únic mapa un resum de les estimacions de les variables clau del procés des del punt de vista de la productivitat i de la qualitat de la peça.

Però Turn+ no es limita a això. També és capaç de calcular la rugositat dinàmica per a un cas concret. En primer lloc, s'emmagatzemen les desviacions (desplaçaments) de l'eina respecte a la trajectòria teòrica en tots els períodes (t, t+T, t+2T,...). Amb aquestes dades de posició és possible completar el perfil de pistes. La figura 3 mostra un cas concret de tornejat extern en el qual l'eina vibra en direcció Z.

Això té efectes directes sobre el perfil de rugositat de la superfície de la peça. Aquest cas està indicant una situació inestable en la qual tant la força de tall com la vibració tenen una tendència negativa. Està dibuixada en verd la distància utilitzada per al càlcul de la rugositat mitjana (Ra) (exclosos els transitoris).

Així, Turn+ ofereix a l'usuari una interfície senzilla i fàcil d'usar per a accedir al nivell mig-alt en el procés de tornejat. Compta amb una completa configuració inicial dels paràmetres, que inclou les dades de la geometria quinemática i dinàmica del sistema, així com els resultats concrets de les variables més importants. D'aquesta manera, en la nova era del tornejat digital, Turn+ pot convertir-se en una valuosa eina tant per a l'aprenentatge com per a la presa de decisions en la industria.de fet, aquesta aplicació completa el camí iniciat amb l'aplicació Mill+.

Bibliografia

[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 Manufacturi, Vol. 54–55, 2012.

[2] G. Urbikain, Predicció d'estabilitat en processos de tornejat pel mètode de col·locació per polinomis de Chebyshev, Tesi Doctoral, Universitat del País Basc, UPV-EHU, 2014.

[3] J.A. Palacios, D. Olvera, G. Urbikain, A. Elías - Zúñiga, O. 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 Programari, Vol. 115, 2018.

[4] G. Urbikain, D. Olvera, Mill+: eina per a fresats estables i de qualitat, Elhuyar, 09/12/2024.