Experimental study on the efficiency and sustainability of hole repair and maintenance operations of UNS M11917 magnesium parts of aerospace interest based on surface quality

Resumen

En los últimos tiempos, se está produciendo un aumento en los costes energéticos en muchos sectores industriales y, en particular, en el sector de los transportes. Esto va a potenciar, sin duda alguna, una intensificación en la búsqueda de soluciones que permitan reducir su consumo y, al mismo tiempo, la contaminación derivada del uso. Una de las vías más interesantes para conseguirlo es la reducción de la masa, especialmente importante en el sector aeronáutico, para lo cual el empleo de aleaciones ligeras permite una mejora respecto a otros tipos de materiales estructurales. Dentro del sector aeronáutico tiene capital importancia la realización de agujeros, debido al altísimo número que existen en las aeronaves, en las cuales son utilizados para la inserción de elementos de unión mecánica; mayoritariamente, mediante elementos roscados y remaches, los cuales requieren de un agujero previo. En este contexto, existe el problema que puede originar el crecimiento de grietas sobre la integridad estructural de los fuselajes, así como de otros tipos de componentes. El presente trabajo se ha enmarcado en tareas de mantenimiento y/o reparación de estos agujeros en piezas fabricadas de la aleación de magnesio AZ91D-F, en los cuales se pretende agrandar el agujero previo a un diámetro ligeramente superior para eliminar grietas u otro tipo de problemas sin debilitar el componente. Así, se pretende estudiar la eficacia y eficiencia de estas operaciones, relacionándolas con los parámetros operativos del proceso de retaladrado, cumpliendo los requerimientos de calidad generales establecidos en este sector, y realizándolas de forma segura y medioambientalmente sostenible, de tal manera que se obtengan reglas y recomendaciones sobre su ejecución que puedan ser aprovechadas en los talleres reales donde se efectúan estas operaciones. Para ello, se ha realizado un diseño experimental en dos etapas, la primera más general, que va a abordar si es factible la ejecución de estas operaciones alcanzando los requerimientos de rugosidad superficial establecidos y, la segunda etapa, que se centra en la optimización de los factores que han sido identificados como más determinantes en el proceso; fundamentalmente las características de las brocas, extendiendo el estudio de la calidad superficial más allá de los parámetros de rugosidad, abordando la integridad superficial obtenida en el mecanizado, empleando, para ello, otros medios como son la micrografía, las imágenes 3D, la microdureza y las rebabas producidas en el mecanizado. Mediante el análisis de la varianza se concluyó que, era factible efectuar las operaciones de retaladrado obteniendo valores de Ra por debajo del límite de 1,6 µm, siendo las características de la herramienta, ángulo de punta y tipo de recubrimiento, los factores con mayor contribución a la variabilidad del modelo obtenido. De igual manera, el ángulo de punta se mostró como el factor más influyente en la altura de la rebaba obtenida. Además, las imágenes macroscópicas y las reconstrucciones 3D obtenidas de las superficies mecanizadas mostraron 3 zonas con características topológicas diferenciadas, afectadas por los movimientos de avance y retroceso de la herramienta y, por los parámetros operativos del proceso. Adicionalmente, se establecieron los parámetros y condiciones de mecanizado que mejoraba la respuesta, minimizando la rugosidad, aumentando la productividad o reduciendo la altura de las rebabas producidas, de tal manera que se permitieron establecer las condiciones de retaladrado que optimizaba el proceso en función de las prioridades que se perseguían.