nnnnartículo Taladrado de materiales compuestos: problemas, prácticas recomendadas y técnicas avanzadas Unai Alonso-Pinillos, Frank-Andrés Girot-Mata, Roberto Polvorosa-Teijeiro, Luis-Norberto López-de-Lacalle-Marcaide Cod. 8106 | Tecnología industrial | 3310.05 Ingeniería de procesos 188 | Dyna | Marzo - Abril 2017 | Vol. 92 nº2 | 188/194 DOI: http://dx.doi.org/10.6036/8106฀฀|฀฀Recibido:฀12/07/2016฀•฀Evaluado:฀21/09/2016฀•฀Aceptado:฀08/11/2016 Taladrado de materiales compuestos: problemas, prácticas recomendadas y técnicas avanzadas Drilling of composite materials: problems, recommended practices and advanced techniques RESUMEN El฀ sector฀ aeroespacial฀ requiere฀ cada฀ vez฀ de฀ un฀ mayor฀ volu- men฀de฀piezas฀fabricadas฀en฀compuesto฀y฀en฀materiales฀híbridos฀ como฀los฀stacks฀compuesto-titanio.฀Entre฀los฀diferentes฀procesos฀ de฀mecanizado,฀el฀taladrado฀es฀especialmente฀relevante฀debido฀al฀ elevado฀ número฀ de฀ operaciones฀ a฀ realizar฀ y฀ a฀ las฀ consecuencias฀ de฀los฀daños฀generados.฀Por฀ello,฀comprender฀las฀particularidades฀ de฀estos฀nuevos฀materiales฀y฀avanzar฀en฀el฀desarrollo฀de฀nuevos฀ procesos฀ de฀ taladrado฀ resulta฀ imprescindible.฀ Este฀ artículo฀ tiene฀ como฀objetivo฀ofrecer฀al฀lector฀una฀visión฀global฀de฀los฀diferentes฀ aspectos฀ a฀ tener฀ en฀ cuenta฀ en฀ el฀ taladrado฀ de฀ materiales฀ com- puestos฀y฀stacks.฀Así,฀se฀hace฀especial฀hincapié฀en฀los฀principales฀ daños฀a฀evitar฀en฀la฀superfcie฀del฀material฀y฀en฀los฀mecanismos฀de฀ desgaste฀de฀la฀herramienta.฀Además,฀se฀presentan฀una฀serie฀prác- ticas฀recomendadas฀de฀cara฀a฀obtener฀agujeros฀de฀mejor฀calidad฀ y฀se฀describen฀tres฀técnicas฀avanzadas฀de฀taladrado:฀el฀taladrado฀ orbital,฀el฀peck฀drilling฀y฀el฀taladrado฀asistido฀por฀vibraciones Palabras clave:฀taladrado,฀CFRP,฀apilados,฀desgaste,฀taladrado฀ orbital,฀taladrado฀asistido฀por฀vibraciones. 1. INTRODUCCIÓN Los฀ componentes฀ de฀ compuesto฀ en฀ la฀ industria฀ aeronáutica฀ y,฀ especialmente,฀ en฀ la฀ aviación฀ comercial฀ se฀ han฀ incrementado฀ exponencialmente฀como฀consecuencia฀del฀mayor฀conocimiento฀de฀ sus฀características฀en฀servicio฀y฀de฀la฀mejora฀en฀el฀cálculo฀estruc- tural.฀Si฀bien฀se฀empezaron฀utilizando฀en฀carenados฀y฀piezas฀como฀ los฀spoilers,฀han฀comenzado฀a฀fabricarse฀en฀compuesto฀elementos฀ estructurales฀como฀el฀ Center Wing box฀y฀su฀uso฀está฀extendién- dose฀a฀las฀partes฀frías฀del฀motor.฀Por฀ejemplo,฀en฀el฀Airbus฀A350฀el฀ porcentaje฀de฀material฀compuesto฀supera฀ya฀el฀50%. ฀Las฀calidad฀de฀las฀uniones฀entre฀las฀diferentes฀partes฀de฀la฀es- tructura฀depende฀en฀gran฀medida฀de฀la฀calidad฀del฀los฀agujeros.฀Sin฀ embargo,฀las฀características฀especiales฀de฀los฀compuestos฀como฀la฀ naturaleza฀abrasiva฀de฀las฀fbras฀o฀el฀hecho฀de฀que฀se฀comporten฀ de฀forma฀anisótropa฀difcultan฀su฀mecanizado.฀Además,฀se฀han฀de฀ evitar฀daños฀como฀la฀delaminación฀o฀el฀arranque฀de฀las฀fbras฀pues฀ provocan฀una฀disminución฀de฀la฀vida฀a฀fatiga฀de฀la฀pieza.฀ El฀uso฀de฀ stacks฀formados฀por฀láminas฀de฀compuesto฀y฀metal฀ (generalmente฀aluminio฀o฀titanio)฀permite฀mejorar฀las฀propiedades฀ mecánicas฀de฀la฀pieza฀manteniendo฀un฀peso฀reducido.฀Este฀tipo฀de฀ materiales฀son฀empleados,฀por฀ejemplo,฀la฀zona฀de฀conexión฀entre฀ las฀alas฀y฀el฀fuselaje฀del฀nuevo฀Boing฀787฀Dreamliner.฀ La฀lámina฀de฀compuesto฀y฀la฀de฀metal฀se฀taladran฀en฀una฀única฀ operación฀con฀el฀objetivo฀de฀minimizar฀el฀tiempo฀de฀mecanizado฀ y฀los฀errores฀de฀posicionamiento.฀Sin฀embargo,฀estas฀operaciones฀ son฀aún฀más฀complicadas฀debido฀a฀las฀diferentes฀propiedades฀me- cánicas฀y฀térmicas฀de฀ambos฀materiales.฀ 2. PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA CALIDAD DEL AGUJERO 2.1. LA DELAMINACIÓN EN EL TALADRADO DE COMPUESTOS A฀diferencia฀de฀los฀metales,฀la฀calidad฀del฀agujero฀viene฀deter- minada฀no฀sólo฀por฀la฀rugosidad฀superfcial฀y฀la฀precisión฀dimen- sional฀sino฀principalmente฀por฀el฀nivel฀de฀delaminación฀producido.฀ Además,฀este฀defecto฀es฀el฀que฀posee฀una฀mayor฀repercusión฀en฀las฀ propiedades฀mecánicas฀de฀la฀pieza฀taladrada฀[1]. La฀delaminación฀puede฀producirse฀bien฀a฀la฀entrada฀de฀la฀he- rramienta฀en฀la฀pieza฀o฀bien฀a฀la฀salida฀de฀ésta฀(ver฀Fig.฀1),฀pero฀los฀ mecanismos฀físicos฀que฀dan฀lugar฀a฀éste฀fenómeno฀son฀diferentes฀ en฀cada฀caso.฀Durante฀la฀entrada฀de฀la฀herramienta,฀la฀fuerza฀de฀ corte฀tiende฀a฀desplazar฀las฀fbras฀en฀sentido฀ascendente฀hacia฀el฀ canal฀helicoidal฀de฀la฀broca฀produciéndose฀una฀fexión฀en฀las฀lámi- nas฀próximas฀a฀la฀superfcie.฀En฀la฀salida,฀la฀componente฀axial฀de฀ la฀fuerza฀de฀taladrado฀empuja฀el฀material฀sin฀mecanizar฀hacia฀el฀ exterior฀provocándose฀una฀fexión฀que฀tiende฀a฀separar฀las฀distin- nnnn Unai Alonso-Pinillos, Frank-Andrés Girot-Mata, Roberto Polvorosa-Teijeiro, Luis-Norberto López-de-Lacalle-Marcaide Universidad฀del฀País฀Vasco฀UPV/EHU.฀Escuela฀de฀Ingeniería฀de฀Bilbao.฀Dpto.฀de฀Ingeniería฀Mecánica.฀Alda.฀Urquijo,฀s/n฀-฀48013฀Bilbao ABSTRACT •฀฀ The฀components฀made฀of฀composite฀and฀hybrid฀materials฀ such฀as฀composite-฀titanium฀laminates฀are฀increasing฀in฀the฀ aerospace฀sector.฀Among฀the฀different฀machining฀processes,฀ drilling฀is฀especially฀relevant฀due฀to฀the฀high฀number฀of฀ operations฀that฀have฀to฀be฀performed฀and฀the฀consequences฀ of฀the฀damages฀that฀can฀be฀originated฀in฀the฀workpiece.฀ Thus,฀it฀is฀essential฀to฀understand฀the฀particularities฀of฀these฀ new฀materials฀and฀advance฀in฀the฀development฀of฀new฀ drilling฀techniques.฀The฀objective฀of฀this฀article฀it฀to฀provide฀ a฀comprehensive฀review฀of฀the฀key฀aspects฀that฀must฀be฀ considered฀when฀drilling฀composites฀and฀composite-titanium฀ laminates.฀Emphasis฀is฀given฀to฀the฀possible฀damages฀in฀the฀ material฀surface฀and฀to฀the฀wear฀mechanisms฀of฀the฀cutting฀ tool.฀Moreover,฀several฀recommended฀practices฀are฀presented฀ and฀three฀advanced฀techniques฀are฀described:฀orbital฀drilling,฀ peck฀drilling฀and฀vibration-assisted฀drilling.฀ •฀฀ Keywords:฀drilling,฀CFRP,฀stacks,฀wear,฀orbital฀drilling,฀ vibration-assisted฀drilling.