Prototipagem CNC na Indústria Aeronáutica

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Postado em 9 de outubro de 2020 | Por WayKen Rapid Manufacturing

O desenvolvimento da indústria aeronáutica de um país reflete verdadeiramente a qualidade do artesanato e o nível de conhecimento técnico que possui. Requisitos de rigidez estrutural, precisão, exatidão, qualidade e confiabilidade são realmente críticos para esta indústria. O conceito de melhoria no design de aeronaves e indução de ritmo nas linhas de produção sempre foi um desafio.

Portanto, a usinagem e a prototipagem CNC entraram nessa indústria. As máquinas CNC, que são capazes de atender a requisitos de tolerância apertados, fornecem uma ótima solução para atender a um conjunto diversificado de requisitos, ao mesmo tempo em que acompanham o ritmo de produção. À medida que o artigo avança, discutiremos em detalhes os vários parâmetros que entram em jogo na indústria da aviação e como a tecnologia CNC a revoluciona.

Por que a tecnologia CNC é adequada para a indústria da aviação?

Em um artigo da Lufthansa, foi alegado que a Boeing precisou de 6 milhões de peças para construir o forro comercial 747-800. Existem várias vantagens que a tecnologia CNC traz para a indústria da aviação. Vamos discutir alguns deles:

• Automação e flexibilidade são dois parâmetros-chave necessários na indústria da aviação. As linhas de produção não são redundantes. A tecnologia CNC permite que as linhas de produção se adaptem rapidamente a várias peças. Portanto, um conjunto diversificado de processos de usinagem pode ser realizado. Vários processos CNC podem ser concluídos na mesma máquina com uma única fixação. Isso ajuda a reduzir o tempo de processamento e produção em uma grande margem, aumentando assim as margens de lucro e a eficiência.
• Existem vários profissionais para produzir peças utilizando este método, que incluem precisão, repetibilidade, velocidade e integração CAD.
• Ao contrário da fresagem manual que é exclusivamente controlada por humanos, as variações entre as cópias são enormes, enquanto as duplicatas feitas através de fresadoras CNC garantem sempre uma cópia perfeita do objeto. A integração do Desenho Assistido por Computador (CAD) nas Fresadoras CNC permite um melhor desempenho e cópias perfeitas a serem produzidas a cada vez. Pode-se projetar, modificar ou reformular qualquer peça conforme necessário antes de ser produzida. O desenho esculpido em CAD pode ser facilmente ajustado, permitindo a criação de diferentes programas, onde a alimentação do desenho na máquina CNC permite que a fresadora produza uma cópia física da peça. Isso pode levar rapidamente a uma prototipagem rápida e fácil.
• O avanço da tecnologia não apenas no setor comercial, mas também nas forças armadas de um país aumentou a demanda por aeronaves consistentes em qualidade com falhas mínimas. Para produzir cópias perfeitas de peças com precisão e atender a demanda de empresas como Boeing, Lockheed-Martin, Vickers, entre outras, as máquinas CNC são o melhor substituto. As máquinas CNC garantem a consistência e coerência das peças que são produzidas, permitindo que produtos de melhor qualidade sejam fabricados e utilizados na indústria aeronáutica. Muitas das peças aeroespaciais hoje precisam ser produzidas a partir de uma peça sólida de tarugo de alumínio ou forjados ou outros materiais como aço inoxidável e outras ligas de alta tensão para que possam levantar pesos pesados ​​e fornecer resistência estrutural à aeronave. Cópias de peças como essas podem ser facilmente fabricadas em máquinas CNC com pouca ou nenhuma diferença.
• O aumento da demanda de fabricantes de aeronaves que procuram peças de aviação abriu o caminho para inúmeras empresas investirem milhões de dólares em empresas que prestam serviços de usinagem CNC tanto no setor comercial quanto no militar. Grandes empresas chegaram a fabricar peças enormes com dimensões de 50”, comprimento de 60”, largura de 40” e altura de 32”. O peso das peças usinadas CNC pode exceder 100 libras no total. Esses provedores de serviços de usinagem CNC podem pagar e hospedar grandes máquinas de usinagem controladas numericamente por computador e também fornecer aos fabricantes peças seguindo critérios rígidos de tolerâncias. Os locais onde a tolerância é medida incluem a planicidade, a circularidade e a cilindricidade; planicidade tão baixa quanto ±0,000002 pol., arredondamento do diâmetro ±0,00005 pol., e cilindricidade ±0,001in. Essas tolerâncias estreitas desempenham um papel importante em partes como o trem de pouso sobre o qual Raymer cita:“Dos muitos componentes internos que devem ser definidos em um layout de aeronave, o trem de pouso geralmente causará mais problemas.”
• As tolerâncias têm um papel importante em partes onde há pouco espaço para erros de tamanho. Existem empresas fornecedoras de usinagem CNC especializadas na criação dessas peças. A fabricação de peças para aviação obrigou as empresas a investir em equipamentos que permitissem concluir a fabricação em uma única fixação.

Aplicações da Usinagem CNC na Indústria Aeronáutica

A complexidade em evolução das peças em aeronaves modernas requer imensa precisão. O que começou com madeira, arame e outros materiais básicos em 1903 evoluiu rapidamente para o uso de compósitos e metais modernos nesta indústria. As aeronaves modernas de hoje envolvem o uso de um sistema complexo de aviônicos, sistemas hidráulicos de última geração, superfícies de controle aerodinamicamente aerodinâmicas, sistemas de compensação e guias de servo e sistemas de motores revolucionários.

Como esses sistemas evoluem rapidamente, sempre há a necessidade de peças personalizadas para melhorar as estruturas existentes. Nem sempre é viável projetar aeronaves inteiramente novas do zero para algumas melhorias. Para aumentar a viabilidade de custos, uma lista de atualizações e substituições de peças é elaborada para várias linhas de aeronaves. Os pedidos de peças personalizadas semelhantes são combinados, o que proporciona compatibilidade e economia de custos. Por exemplo, uma linha antiga de Boeing 747 que exige uma atualização para o mais recente sistema de controle Fly-by-wire não exige a fabricação de toda a aeronave do zero. Em vez disso, a usinagem é realizada nos componentes do sistema específico.

Da mesma forma, evoluções críticas no setor de aviação exigem testes intensivos. A prototipagem CNC ajuda muito nesse sentido. É usado para fabricar peças de componentes estruturais, aviônicos, sistemas de propulsão e peças aerodinâmicas.

Tendo discutido a necessidade de peças e protótipos personalizados, vamos discutir algumas peças-chave que são produzidas usando usinagem CNC:

Parte	Material	Processo de fabricação
Carcaça do aileron	Cond de Aço Inoxidável 15-5PH H1025	Fresamento CNC de 5 eixos
Refletores para luzes de asa	6061-T6 Alumínio	Fresamento CNC de 5 eixos
Carcaça para válvula de controle do sistema de freio	2024-T351 Alumínio	Fresamento CNC de 4 eixos
A sede de uma válvula reguladora de fluxo de ar	Aço inoxidável 347	Usinagem CNC de 5 eixos
Válvula de retenção do sistema de freio	Cond B de Aço Inoxidável 18-8	Torneamento de precisão
Dobradiça de abas	Inconel 718	Fresamento CNC de 3 eixos
Pistão do motor	7075-T651 Alumínio	Torneamento CNC convencional
Suporte giratório	2024-T351 Alumínio	Fresamento CNC de 4 eixos

E esta lista não termina aqui!

Os materiais incorporados na fabricação incluem Alumínio, Titânio, Aço Inoxidável, Inconel, Kovar e Cobre. Os tipos de usinagem geralmente usados ​​na fabricação de peças de aeronaves incluem Fresamento CNC de 3 eixos, 4 eixos e 5 eixos, Torneamento, Usinagem de Descarga Elétrica de Fio (EDM), Rebarbação, Microusinagem e Usinagem de Descarga Elétrica de Sinker (EDM).

Um exemplo notável a este respeito é sobre a Thompson Aero Seating, que é um fornecedor de soluções de assentos de aviação na Irlanda do Norte. A empresa utilizou um prestador de serviços de usinagem CNC para fabricar trilhos de suporte de alumínio para suas estruturas de assentos comerciais com o objetivo de atingir tempos de ciclo mais curtos. Devido à incorporação da fresagem CNC, os tempos de ciclo foram reduzidos em 100% de 61 minutos para apenas 32 minutos! Além disso, o acabamento superficial superior da fresagem CNC permitiu a eliminação das operações de rebarbação e polimento.

Conclusão

Dados os fatos deste artigo, o papel central da prototipagem e usinagem CNC é bastante evidente. Desde a obtenção de tolerâncias precisas até a redução dos tempos de ciclo, a usinagem CNC oferece uma solução abrangente. Além disso, dada a quantidade atual de inovação induzida na indústria da aviação, a prototipagem CNC fornece todas as etapas de usinagem necessárias para analisar de forma abrangente o desempenho, a estética e a capacidade de fabricação.