Usinagem CNC aeroespacial:peças leves de titânio e muito mais

A indústria aeroespacial global é um foco de inovação em design e fabricação, com milhões e milhões de peças metálicas complexas produzidas anualmente.

Uma importante ferramenta à disposição da indústria aeroespacial é a usinagem CNC. A usinagem aeroespacial leva a peças avançadas de aeronaves feitas de metais leves como titânio e alumínio, enquanto a usinagem também é uma ferramenta de prototipagem valiosa para departamentos de P&D aeroespacial.

A usinagem aeroespacial também abrange uma gama de aplicações. Quer se trate de aeronaves comerciais, veículos militares ou mesmo viagens espaciais, a usinagem CNC tem um grande papel a desempenhar no desenvolvimento e produção de componentes aeroespaciais de precisão.

Este artigo serve como uma visão geral de como a usinagem CNC é usada na indústria aeroespacial. Ele analisa aplicações de usinagem CNC aeroespacial, materiais de usinagem aeroespacial e muito mais.

O que é aeroespacial?

A indústria aeroespacial é uma indústria altamente diversificada que compreende muitos subsetores, abrangendo desde a aviação comercial até a exploração espacial. Seu valor como indústria global é estimado em cerca de US$ 800 bilhões.

A fabricação aeroespacial envolve a produção de peças para clientes comerciais, industriais e militares, sendo os governos alguns dos maiores empreiteiros do setor. Nos Estados Unidos, por exemplo, os dois maiores compradores de produtos aeroespaciais são o Departamento de Defesa e a NASA, agência de pesquisa aeronáutica e espacial do país.

Devido ao grande número de subsetores aeroespaciais e ao grande número de aplicações e produtos dentro desses subsetores, o setor aeroespacial requer uma ampla gama de tecnologias de fabricação, desde técnicas tradicionais como fundição e soldagem até tecnologias de ponta como manufatura aditiva de metais. A usinagem CNC aeroespacial fica em algum lugar entre esses dois extremos, sendo uma tecnologia altamente estabelecida que, no entanto, oferece design de ponta e possibilidades de materiais.

O que é usinagem aeroespacial?

Usinagem é o processo de fabricação de remoção de seções de material de uma peça de trabalho usando ferramentas de corte operadas por máquina. E a usinagem CNC é uma versão digital da usinagem:os computadores controlam as ferramentas de corte motorizadas para formar novas peças com rapidez e precisão.

A usinagem CNC aeroespacial remonta quase à invenção da própria usinagem CNC, em 1942. Uma das primeiras aplicações da usinagem CNC aeroespacial foi a produção de anteparas e revestimentos de asas. Hoje, muitas peças aeroespaciais podem ser usinadas, como transmissões, componentes do trem de pouso e componentes elétricos. A usinagem também pode ser usada para reparar ou modificar peças existentes, adicionar recursos detalhados ou adicionar informações textuais gravadas, como números de série.

Como muitos trabalhos de usinagem aeroespacial envolvem a produção de componentes críticos de uso final, a usinagem de precisão é necessária com centros de usinagem de 5 eixos de alta qualidade. Certas peças - componentes de motores a jato, por exemplo - podem exigir tolerâncias tão apertadas quanto 4 mícrons, muito mais apertadas do que o que é normalmente aceitável durante a usinagem CNC.

A usinagem aeroespacial também é uma forma importante de prototipagem durante a pesquisa e desenvolvimento. As máquinas CNC são adequadas para a prototipagem de peças aeroespaciais metálicas que serão posteriormente fabricadas por fundição ou outras técnicas.

Peças usinadas aeroespaciais

A usinagem aeroespacial é responsável por muitas peças aeroespaciais, desde componentes vitais de motores a jato de titânio até peças de cabine interna de plástico leve.

As peças que se prestam à usinagem CNC aeroespacial são normalmente peças de baixo volume que exigem alta resistência e recursos finos. Essas peças geralmente são limitadas em tamanho pelo tamanho dos centros de usinagem CNC, mas vários materiais diferentes podem ser usados ​​- geralmente titânio ou ligas de alumínio, mas com outras opções, como plásticos de engenharia e compostos também disponíveis. Algumas peças só podem ser pós-usinadas, depois de fundidas ou extrudadas.

A usinagem aeroespacial pode ser usada para protótipos e peças de uso final. No entanto, as peças de uso final devem atender a critérios, padrões e certificações de segurança rigorosos.

As peças aeroespaciais usináveis ​​incluem (mas não estão limitadas a):

• Componentes do trem de pouso
• Lâminas de turbina e outros componentes de motores a jato
• Carcaças do motor
• Sistemas de geração de oxigênio
• Corpos de filtro para sistemas de filtragem de líquidos e ar
• Conectores elétricos para sistemas elétricos
• Controles de movimento
• Atuadores
• Componentes da fuselagem
• Costelas da asa
• Discos
• Eixos para transferência de potência
• Carcaças de mísseis e outros componentes
• Peças da cabine
• Assentos, apoios de braço e bandejas

Certificações de usinagem aeroespacial

A usinagem CNC aeroespacial é um procedimento crítico que não deixa margem para erros. Onde algumas indústrias permitem tolerâncias frouxas e variações de materiais, a aeroespacial exige total precisão e consistência para garantir a segurança humana.

Diferentes aplicações e peças devem atender a diferentes padrões e certificações, e existem alguns padrões específicos de cada país, bem como internacionais. No entanto, uma certificação particularmente importante aplicável a muitas aplicações é a AS9100 certificação, um padrão internacional SAE concedido a fornecedores que é descrito como um “Modelo de Garantia de Qualidade em Design, Desenvolvimento, Produção, Instalação e Manutenção” no setor aeroespacial.

Uma extensão da ISO 9001 , a certificação AS9100 não é exigida para toda a produção de peças aeroespaciais, mas os clientes podem procurar fornecedores com a certificação para garantir a qualidade.

Outras certificações importantes para usinagem aeroespacial incluem ITAR (International Traffic in Arms Regulations), um conjunto de diretrizes do Departamento de Estado dos EUA que descreve os requisitos dos EUA para vender e produzir tecnologia na Lista de Munições dos EUA e Relatórios de inspeção do primeiro artigo AS9102 , que indicam a conformidade com o requisito de verificação de peças aeroespaciais.

Tais certificações não são necessariamente exigidas para prototipagem aeroespacial, uma vez que os protótipos não serão utilizados em aeronaves ativas.

Materiais de usinagem aeroespacial

A usinagem CNC é um processo versátil que pode ser usado para fazer componentes de metais e plásticos. No setor aeroespacial, no entanto, dois metais em particular reinam supremos:titânio e alumínio. Isso se deve à alta resistência (especialmente titânio) e peso leve (especialmente alumínio) dos materiais.

Ligas de titânio

Nenhuma indústria em todo o mundo usa mais liga de titânio do que aeroespacial. É fácil ver por que isso acontece:o metal tem uma excelente relação resistência-peso, resiste à corrosão e apresenta um alto padrão em temperaturas extremas. O titânio tornou-se um material básico na produção aeroespacial e seu uso aumentará ainda mais no próximo século.

As aeronaves que usam grandes quantidades de titânio para seus vários componentes incluem veículos comerciais como o AirBus A380 e o Boeing B787, bem como aeronaves militares como o helicóptero F-22, F/A-18 e UH-60 Black Hawk.

As peças aeroespaciais de titânio incluem componentes de fuselagem e motores a jato, como discos, lâminas, eixos e carcaças. Muitos deles podem ser usinados.

Como o titânio é mais duro que o alumínio, pode ser mais complicado para a máquina CNC, causando desgaste da ferramenta e acúmulo de calor. Isso significa que a usinagem aeroespacial de titânio pode exigir uma RPM reduzida da máquina e maior carga de cavacos. (Consulte nosso guia de usinagem de titânio para obter mais informações.) No entanto, como a usinagem aeroespacial normalmente envolve os equipamentos de usinagem mais avançados e de última geração disponíveis, isso raramente é um problema.

Ligas de alumínio

Outro metal amplamente utilizado na usinagem aeroespacial – e que existe há mais tempo que o titânio e os compósitos modernos – é o alumínio.

As ligas de alumínio são leves e possuem alta resistência à tração. O alumínio forma um revestimento de óxido quando exposto ao ar, tornando-o resistente à corrosão, e também é altamente moldável (mais do que o titânio), facilitando a máquina CNC.

Na usinagem CNC aeroespacial, a liga de alumínio mais comum é o alumínio 7075, cujo principal elemento de liga é o zinco. Embora não seja tão usinável quanto outras ligas, o 7075 possui excelente resistência à fadiga. Muitos componentes da asa, fuselagem e estrutura de suporte são feitos desse material.

Outras ligas de alumínio aeroespacial usináveis ​​incluem 4047 (revestimento/enchimento), 6951 (aletas) e 6063 (estrutural). As ligas da série 6000 são geralmente consideradas mais usináveis ​​do que outras.

Superligas Inconel

A Special Metals Corporation desenvolveu uma gama de superligas à base de níquel-cromo austenítico chamadas Inconel.

Um grau específico do material, Inconel 718, foi desenvolvido especificamente para aplicações aeroespaciais. Um de seus primeiros usos de alto perfil foi para a caixa do difusor do motor a jato (uma peça de pressão extremamente alta que une o compressor ao combustor) do motor Pratt &Whitney J58, que foi usado em veículos como o Lockheed SR-71 Blackbird .

O Inconel 718 foi usado mais recentemente pelo SpaceX de Elon Musk no coletor de motor de seu motor Merlin , alimentando o veículo de lançamento do Falcon 9. Também é encontrado em outros componentes aeroespaciais, como lâminas de turbina, sistemas de dutos e sistemas de exaustão de motores.

Como metal endurecido, o Inconel 718 deve ser usinado com o menor número de passadas possível; os maquinistas normalmente empregam um corte agressivo, mas lento, usando uma ferramenta de corte duro. A superliga tem boa soldabilidade, no entanto.

Plásticos de engenharia

Além de metais como titânio e alumínio, a usinagem aeroespacial pode envolver o uso de plásticos de alto desempenho, como PEEK, policarbonato e Ultem.

Os plásticos podem ser um substituto útil para os metais devido ao seu peso muito leve, boa resistência ao impacto e vibração, propriedades de vedação e resistência química. Eles também oferecem isolamento elétrico superior aos metais.

A usinagem CNC aeroespacial de plásticos de engenharia pode produzir peças aeroespaciais, como interiores de cabines, mesas de bandejas, apoios de braço, caixas, almofadas de desgaste, isolamento, tubos, componentes de válvulas e painéis de instrumentos retroiluminados.

Uma consideração importante é que os plásticos aeroespaciais devem atender aos requisitos específicos de chama, fumaça e toxicidade. Materiais adequados incluem Nylon (certos graus, incluindo Nylon 6), PEEK, Ultem e PPS.