MEP tira vantagem da fabricação de peças aeroespaciais

Introdução

Os fabricantes empregam operações de torneamento, fresamento e furação para usinar recursos nas peças de trabalho. No entanto, esses mesmos processos também podem produzir rebarbas e arestas vivas indesejáveis ​​nas bordas do recurso. Essas condições de borda podem resultar em quebra de material quando a peça está em uso, podem enfraquecê-la estruturalmente e podem representar um perigo para quem a manuseia. Essas condições negativas são o motivo pelo qual muitos usuários finais consideram rebarbas ou arestas extremamente afiadas como motivos para rejeitar peças de fornecedores.

Os fabricantes tradicionalmente removem rebarbas e bordas afiadas usando esmerilhadeiras manuais e outros processos manuais. Tais métodos são lentos e exigem que a peça seja retirada da máquina-ferramenta e refixada para as operações de rebarbação ou chanframento. E mesmo quando realizadas por artesãos habilidosos, essas operações carecem da necessária consistência de processo ao passar de uma peça para outra.

Uma alternativa produtiva à rebarbação manual é o perfilamento de borda mecanizado (MEP). O MEP elimina condições de borda inaceitáveis ​​aplicando uma ferramenta projetada e o mesmo equipamento que usinava os recursos da peça. O processo MEP oferece inúmeros benefícios. Ele permite que a condição final da borda seja definida e programada com precisão através do sistema CAM da máquina, resultando em máxima repetibilidade. O tempo total de produção da peça é reduzido porque a peça não precisa ser removida da máquina e refixada, e o empilhamento de tolerância e outras inconsistências que ocorrem desde a configuração até a configuração são eliminados. Em resposta a essa tendência, os fabricantes de ferramentas de corte de hoje continuam a desenvolver ferramentas novas e produtivas que aprimoram os benefícios do processo MEP.

Principais candidatos a deputado

Considerando as demandas cada vez mais rigorosas da indústria aeroespacial por precisão e consistência das peças, os componentes de aeronaves a jato são os principais candidatos para a aplicação do MEP.

Os componentes do motor de turbina de aeronaves, por exemplo, são geralmente categorizados como não rotativos e rotativos. Para MEP de peças de motor não rotativas, como tambores e carcaças, o perfil de borda geralmente consiste em ferramentas de chanfro e borda de ruptura padrão, aplicadas no equipamento que usina a peça.

Para peças rotativas críticas, como ventiladores e discos de compressores, os usuários finais têm padrões mais altos e exigem a eliminação completa das imperfeições da superfície. As condições de borda normalmente devem passar por aprovação e certificação de laboratório. Para rebarbar essas peças, os fabricantes de ferramentas desenvolveram ferramentas MEP personalizadas de alta precisão e totalmente repetíveis.

Desenvolvimento da ferramenta MEP

As ferramentas padrão de rebarbação e perfilagem, como aquelas aplicadas em componentes não rotativos, incluem fresas de topo de metal duro revestidas com arestas de corte de 45˚ e 60˚, bem como ferramentas que usam pastilhas intercambiáveis ​​para produzir chanfros de 45˚ e 60˚.

Para as aplicações mais críticas, os fabricantes de ferramentas fornecem ferramentas personalizadas para perfilar arestas e remover rebarbas especificamente na entrada ou saída de um furo. Algumas ferramentas combinam esses recursos e podem remover rebarbas laterais de entrada e saída.

Essas ferramentas personalizadas geralmente apresentam geometrias de corte complexas. Os mais sofisticados têm desenhos de aresta que produzem um chanfro com aresta arredondada que é precedida por ângulos de entrada e saída projetados para evitar a formação de rebarbas secundárias.

O desenvolvimento especializado de ferramentas vai além das arestas de corte. Para perfilar rebarbas e arestas em uma entrada de furo, ou na superfície superior de um componente, a pesquisa revelou que a combinação de um corte à direita com uma hélice à direita é mais eficaz porque serve para remover o material cortado da peça. Por outro lado, para rebarbas de saída na superfície inferior de uma peça, um corte à direita combinado com uma hélice à esquerda funciona melhor, novamente porque essa configuração afasta os cavacos do componente.

Outras análises de aplicação indicaram que as ferramentas MEP projetadas para remover rebarbas na parte superior ou na entrada de um furo proporcionam maior vida útil da ferramenta do que as ferramentas destinadas a remover rebarbas na parte inferior ou na extremidade de saída de um furo passante. Isso ocorre porque uma ferramenta de rebarbação projetada para alcançar através de uma peça para acessar a saída do furo será mais longa e menor em diâmetro do que uma destinada a fazer seu trabalho de apenas um lado do furo. Uma ferramenta mais longa e de menor diâmetro é mais propensa a instabilidade e vibração, as quais podem lascar ou quebrar uma ferramenta de metal duro. Como resultado, a maioria das oficinas opta por usar ferramentas separadas para rebarbar as bordas de entrada e saída de um furo, em vez de uma única ferramenta que pode fazer as duas coisas.

Ferramentas mais longas e de menor diâmetro também exigem mais cuidado na escolha dos parâmetros de corte. Uma ferramenta curta e robusta pode funcionar mais rápido sem vibração ou outros problemas. A geometria e os recursos da peça também fazem a diferença. Quando as condições de corte são estáveis ​​e os cortes são suaves e ininterruptos, parâmetros de corte mais agressivos podem ser aplicados. Por outro lado, características da peça como furos de acesso que interrompem os caminhos de corte MEP obrigam a utilização de parâmetros mais conservadores para minimizar o desgaste da ferramenta e evitar falhas prematuras.

Parte do desenvolvimento contínuo do ferramental MEP envolve ferramentas que combinam usinagem de um recurso com rebarbação. Por exemplo, a aresta de corte MEP estaria localizada no topo da fresa de topo para poder usinar simultaneamente o diâmetro do furo e rebarbar as arestas de entrada.

Desafios materiais

Muitos materiais aeroespaciais, em relação às suas características de usinagem, apresentam desafios adicionais quando se trata de remover rebarbas e chanfrar suas arestas vivas. As ligas à base de níquel usadas em componentes de motores, por exemplo, são resistentes e são maus condutores de calor. Assim, a ferramenta de corte absorve o calor gerado no processo de corte, o que acelera o desgaste da ferramenta.

Consequentemente, ao determinar a metalurgia e a geometria de uma ferramenta, os fabricantes de ferramentas devem encontrar um equilíbrio entre a nitidez da aresta e a resistência da aresta. Um material de substrato de metal duro pode resistir muito bem ao desgaste térmico e abrasivo, mas não terá a resistência ao impacto de um substrato que apresenta adições de cobalto ou outro material de liga para aumentar sua tenacidade. Da mesma forma, uma aresta de corte afiada pode ser mais propensa a quebrar em comparação com uma que tenha um brunidor ou outra preparação de arredondamento de aresta. Os fabricantes de ferramentas também ajustam os ângulos de saída e hélice, bem como os revestimentos das ferramentas para obter os melhores resultados com materiais específicos da peça.

Tamanho da ferramenta

Para processar furos e arestas grandes, os fabricantes de ferramentas podem projetar ferramentas de qualquer tamanho para as quais os fornecedores podem fornecer uma peça bruta grande o suficiente. No lado pequeno do espectro, no entanto, há limites. Atualmente, o menor raio que pode ser retificado é de cerca de 0,2 mm, com ângulos de entrada e saída proporcionalmente menores.

As ferramentas MEP personalizadas têm raios, chanfros, ângulos e combinações específicos desses recursos. As ferramentas geralmente têm arestas de corte quadradas. No entanto, ferramentas de estilo ballnose e pirulito também estão disponíveis para perfilar recursos de um componente cujos contornos restringem o acesso de uma ferramenta MEP de arestas quadradas. Aplicadas em uma máquina de cinco eixos, essas ferramentas podem escanear a linha de um perfil de peça complexa e criar um raio em arestas com contornos longos.

MPE em operação 

Para maximizar a precisão e a consistência e economizar o tempo gasto na movimentação de uma peça de máquina para máquina, os fabricantes geralmente executam o MEP como parte da operação real de usinagem da peça.

Normalmente, a rebarbação ocorre após a conclusão de todas as operações de usinagem. O programa CAM direciona as ferramentas MEP para rebarbar todos os furos e quebrar arestas vivas em sequência. Algumas ferramentas MEP podem ser usadas para rebarbar uma variedade de furos, e algumas ferramentas de perfilagem podem ser aplicadas em três ou quatro locais ou recursos diferentes, como o fundo de um furo, bem como o fundo de um contorno de vieira.

Para garantir que o perfilamento da borda ocorra no local correto e com a quantidade adequada, o furo ou recurso envolvido deve ser definido ou medido antes do início da operação MEP. Quando as tolerâncias da peça são muito apertadas, a localização da superfície da peça é bem definida e a medição no processo pode ser desnecessária. No entanto, quando as tolerâncias são generosas, a medição é necessária após a usinagem inicial para determinar a localização da aresta ou recurso a ser perfilado.

Além disso, a própria ferramenta deve ser medida e localizada para garantir o perfil correto da peça. Como os raios da ferramenta são tão pequenos – e para fins práticos, imensuráveis ​​– o comprimento da ferramenta é especificado no programa CAM. O operador pode confirmar o comprimento da ferramenta longe da máquina com um presetter ou na máquina através de um laser ou apalpador. As taxas de avanço são calculadas em relação às dimensões medidas dos recursos da peça e da ferramenta. As ferramentas de rebarbação personalizadas mais sofisticadas são 100 por cento medidas pelo fabricante com uma tolerância de 40 mícrons no perfil da ferramenta, incluindo excentricidade.

A operação de rebarbação ou chanfradura deve ser considerada como um passe de acabamento, com foco principal na qualidade. A produtividade é sempre importante, mas especialmente no caso de componentes aeroespaciais que custam centenas de milhares de dólares, pressionar a ferramenta para maximizar a produção pode ter repercussões negativas e caras. Consistência, confiabilidade e eliminação de peças de sucata são primordiais.

Conclusão

Peças com bordas afiadas e rebarbas fora de especificação são cada vez mais frequentemente consideradas como sucata cara. Isso é fortemente evidente na indústria aeroespacial, mas é uma tendência crescente em algumas aplicações críticas nas indústrias médica, de energia e outras. Os fabricantes precisam de um método para rebarbar componentes e perfilar as bordas das peças que seja consistente, documentável e econômico. O Mechanized Edge Profiling (MEP) atende a essa necessidade porque substitui as operações manuais que, não importa o quão habilmente executadas, podem ser inconsistentes de peça para peça e são caras em termos de mão de obra, configuração e despesas de manuseio de peças. Alguns usuários finais já baniram a rebarbação manual porque ela não pode ser documentada e certificada.

O MEP mais eficiente e econômico representa uma combinação de desenvolvimento de engenharia e experiência em aplicações. Os fabricantes de ferramentas que oferecem essa solução total ajudarão a simplificar o processo de fabricação aeroespacial (assim como processos semelhantes em outros setores críticos) e produzir novos níveis de qualidade e produtividade.

MPE em ação

O perfil de borda mecanizado está beneficiando os fabricantes em uma variedade de aplicações.

Em uma situação, um fabricante estava produzindo um componente de aço inoxidável 303 em uma máquina de eixo duplo. À medida que o volume de peças e os tamanhos dos lotes cresciam, também crescia a necessidade de aumentar a produtividade. As operações eram desequilibradas e demoradas – 90 por cento da usinagem ocorreu no fuso principal, e foi necessária a rebarbação manual da parte inferior da peça, necessitando de uma configuração adicional. Quando o fabricante aplicou uma ferramenta MEP de metal duro de design personalizado no subspindle da máquina, isso permitiu o perfil de ambos os lados dos orifícios dos parafusos do flange da peça ao mesmo tempo. O tempo de usinagem entre os dois fusos ficou mais equilibrado e o tempo de ciclo diminuiu significativamente. O uso da ferramenta MEP também eliminou a necessidade de rebarbação manual e a configuração extra e o tempo necessário.

Outro caso envolveu uma escolha entre um tratamento de borda chanfrada (plana) versus uma borda arredondada (arredondada). Algumas peças não possuem requisitos específicos para que uma aresta seja processada por qualquer estilo de ferramental. Um fabricante, no entanto, descobriu que ao aplicar um raio em vez do chanfro, a vida útil da peça era três vezes maior do que uma peça chanfrada. Uma diferença aparentemente pequena na escolha do ferramental aumentou significativamente a qualidade da peça.

Finalmente, uma operação de fabricação aeroespacial em um fan disk TiAl-4V fornece um exemplo da aplicação de uma ferramenta de contorno MEP. Um fabricante estava usando uma ferramenta de metal duro presa em um suporte de encaixe de came para usinar o disco. O acabamento da superfície era ruim em locais aleatórios ao redor do disco e do raio da ranhura, e o problema era inconsistente e variava em gravidade e frequência. O fabricante aplicou um cortador de metal duro revestido de metal duro revestido de estilo pirulito de 10 mm de diâmetro e 10 dentes com hélice de 30˚ à direita. A ferramenta eliminou os problemas de acabamento superficial e foi capaz de terminar ambos os lados do disco em um período de tempo consideravelmente menor.

Apresentado anteriormente no SecoTools.com.