Prototipagem CNC: Elevando Precisão, Confiabilidade e Velocidade de Produção na Aviação

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

O desenvolvimento da indústria da aviação de um país reflete verdadeiramente a qualidade do artesanato e o nível de conhecimento técnico que ele 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 permaneceu um desafio.

Portanto, a usinagem e prototipagem CNC abriram caminho para esta indústria. Máquinas CNC, capazes de atender a requisitos de tolerância apertados, fornecem uma ótima solução para atender a um conjunto diversificado de requisitos, mantendo 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 afirmado que foram necessárias 6 milhões de peças para a Boeing construir o avião comercial 747-800. Existem várias vantagens que a tecnologia CNC traz para a indústria da aviação. Vamos discutir algumas delas:

• Automação e flexibilidade são dois parâmetros-chave necessários na indústria da aviação. As linhas de produção não são redundantes. A tecnologia CNC fornece a capacidade das linhas de produção se adaptarem rapidamente a várias peças. Portanto, um conjunto diversificado de processos de usinagem pode ser realizado. Múltiplos processos CNC podem ser concluídos na mesma máquina sob um único aperto. Isso ajuda a reduzir o tempo de processamento e produção por uma grande margem, aumentando assim as margens de lucro e a eficiência.
• Existem inúmeros benefícios para produzir peças utilizando este método, que incluem precisão, repetibilidade, velocidade e integração CAD.
• Diferente da fresagem manual, que é exclusivamente controlada por humanos, as variações entre cópias são enormes, enquanto duplicatas feitas através de fresadoras CNC garantem uma cópia perfeita do objeto a cada vez. A integração do Design Assistido por Computador (CAD) nas fresadoras CNC permite melhor desempenho e cópias perfeitas a cada produção. Pode-se projetar, modificar ou refazer qualquer peça conforme necessário antes de ser produzida. O design esculpido no CAD pode ser facilmente ajustado, permitindo que diferentes programas sejam criados, e então alimentar o design na máquina CNC permite que a fresa produza uma cópia física da peça. Isso pode levar rapidamente a 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 acompanhar a demanda de empresas como Boeing, Lockheed-Martin, Vickers e outras, as máquinas CNC são o melhor substituto. Máquinas CNC garantem consistência e coerência das peças produzidas, permitindo a fabricação de produtos de melhor qualidade para uso na indústria da aviação. Muitas das peças aeroespaciais hoje são necessárias para serem produzidas a partir de uma única peça sólida de lingote de alumínio ou forjados ou outros materiais como aço inoxidável e outras ligas de alta tensão, para que possam suportar pesos pesados e fornecer resistência estrutural à aeronave. Cópias de peças como estas podem ser facilmente fabricadas em máquinas CNC com pouca ou nenhuma diferença.
• A crescente demanda de fabricantes de aeronaves que buscam peças de aviação abriu caminho para inúmeras empresas investirem milhões de dólares em empresas que fornecem serviços de usinagem CNC, tanto no setor comercial quanto no militar. Grandes empresas chegaram a fabricar peças enormes com dimensões que chegam a diâmetros de 50", comprimento de 60", largura de 40" e altura de 32". O peso de peças usinadas CNC pode exceder 100 lbs no total. Esses provedores de serviços de usinagem CNC podem pagar e hospedar tais grandes máquinas de fresa numericamente controladas por computador e também fornecer aos fabricantes peças seguindo critérios rigorosos de tolerâncias. Os locais onde a tolerância é medida incluem planicidade, redondidade e cilindricidade; planicidade tão baixa quanto ±0,000002 pol., redondidade de diâmetro ±0,00005 pol. e cilindricidade ±0,001 pol. Essas tolerâncias apertadas desempenham um papel importante em peças 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."
• Tolerâncias têm um papel importante em peças onde há pouco espaço para erros de tamanho. Existem empresas fornecedoras de usinagem CNC que se especializam na criação de tais peças. A fabricação de peças de aviação forçou as empresas a investir em equipamentos que lhes permitissem concluir a fabricação em um único aperto.

Aplicações da Usinagem CNC na Indústria da Aviação

A complexidade evolutiva 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 compostos e metais modernos nesta indústria. A aeronave moderna de hoje envolve o uso de um sistema complexo de avionica, sistemas hidráulicos de última geração, superfícies de controle aerodinamicamente aerodinâmicas, sistemas de ajuste e abas de servo e sistemas de motor revolucionários.

À medida que esses sistemas evoluem rapidamente, sempre há necessidade de peças personalizadas para melhorar fuselagens existentes. Nem sempre é viável projetar aeronaves totalmente novas do zero para algumas melhorias. Para aumentar a viabilidade de custo, uma lista de atualizações e substituições de peças é elaborada para várias linhas de aeronaves. Os pedidos de peças personalizadas semelhantes são então amalgamados, o que proporciona compatibilidade e economia de custos. Por exemplo, uma antiga linha de Boeing 747 exigindo uma atualização para o mais recente sistema de controle fly-by-wire não requer 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 na indústria da aviação requerem testes intensivos. A prototipagem CNC ajuda muito a esse respeito. É usada para fabricar peças de componentes estruturais, avionicos, sistemas de propulsão e peças aerodinâmicas.

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

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, 4 e 5 eixos, torneamento, usinagem por descarga elétrica a fio (EDM), rebarbação, micro-usinagem e usinagem por descarga elétrica de penetração (EDM).

Um exemplo notável a este respeito é a Thompson Aero Seating, fornecedora de soluções de assentos de aviação na Irlanda do Norte. A empresa usou um provedor de serviços de usinagem CNC para fabricar trilhos de suporte de alumínio para seus quadros de assentos executivos, com o objetivo de alcançar tempos de ciclo mais curtos. Devido à incorporação do fresamento CNC, os tempos de ciclo foram reduzidos em 100%, de 61 minutos para meros 32 minutos! Além disso, o acabamento superficial superior do fresamento CNC permitiu a eliminação de operações de rebarbação e polimento.

Conclusão

Dados os fatos neste artigo, o papel fundamental da prototipagem e usinagem CNC é bastante evidente. Desde alcançar tolerâncias precisas até a redução de tempos de ciclo, a usinagem CNC fornece uma solução abrangente. Além disso, dada a quantidade atual de inovação sendo induzida na indústria da aviação, a prototipagem CNC fornece todas as etapas de usinagem necessárias para analisar abrangentemente desempenho, estética e fabricabilidade.