Com tantas peças aeroespaciais, como garantir a eficiência da usinagem?

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Postado em maio. 11, 2020, | Por WayKen Rapid Manufacturing

O pináculo do pensamento e da engenharia humana está legitimamente reservado para as gigantescas máquinas voadoras. Foguetes, aviões e jatos são incrivelmente difíceis de projetar e ainda mais difíceis de produzir. Essa é a razão pela qual existem apenas 8 grandes empresas no mundo que fabricam aviões comerciais em volumes consideráveis. Uma aeronave, espacial ou apenas voadora, possui mais de 500.000 peças, grande parte das quais deve ser extremamente precisa e durável. Garantir que essas peças tenham a melhor qualidade e custo é um objetivo vital da usinagem aeroespacial industrial.

Problemas com a produção de peças aeroespaciais

A usinagem de precisão aeroespacial tem muitos problemas. Em primeiro lugar, a infinidade de peças aeroespaciais é feita de uma grande variedade de materiais. Os elementos do motor sendo os mais importantes no trabalho da aeronave são feitos de ligas endurecidas resistentes ao calor que são extremamente difíceis de usinar. Essas ligas conduzem mal o calor e, portanto, o calor durante o processamento se acumula na ferramenta. As ligas de níquel são frequentemente envelhecidas ou tratadas termicamente, por isso são muito difíceis de usinar. A precisão das peças aeroespaciais é muito mais rigorosa em comparação com outras indústrias, enquanto as geometrias das peças são muito mais complexas.

Além dos problemas de usinagem direta, existem muitos problemas indiretos. Um deles inclui padrões de produção. Juntamente com a indústria médica, a produção aeroespacial é uma das mais regulamentadas do mundo e é difícil atender a todos os requisitos de qualidade.
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Usinagem eficiente de peças aeroespaciais de paredes finas

O peso é extremamente crucial para os veículos espaciais. Quanto mais leve o design, menos combustível ele consumirá, de modo que os engenheiros aeroespaciais geralmente projetam peças com paredes finas, treliças, teias e assim por diante. Convencionalmente, eles são usinados a partir de um bloco sólido fundido ou estampado de metal e o material residual dessas peças é de 95%. No entanto, a baixa eficiência do material não é o único problema. O problema real ao usinar tais peças é a deformação devido às altas forças de corte. Se você aumentar muito o avanço e a profundidade de corte, especialmente com ligas de níquel, corre o risco de quebrar as paredes por causa da vibração ou deformá-las por causa do excesso de calor. O resultado geralmente é que você corta um pequeno cavaco em um avanço lento e o tempo total de usinagem é impossivelmente grande.

O que você pode fazer para diminuir o tempo de usinagem e realmente usinar peças aeroespaciais de paredes finas de forma competitiva? A primeira coisa que você precisa fazer é diminuir a vibração. A ferramenta vibratória atinge uma parede fina e dobra ou racha. Assim, para diminuir a vibração, é melhor diminuir o avanço, mas aumentar o número de arestas de corte em uma fresadora (ou até mesmo usar várias ferramentas de corte em um torno). A estratégia de corte ideal para fresamento de peças aeroespaciais de paredes finas é o fresamento concordante. Esta estratégia utiliza um avanço que vai na direção oposta da estratégia de fresagem convencional. Isso leva a uma força de corte menor, melhor acabamento superficial e, mais importante, o moinho entra no material onde a parede é mais espessa, portanto, a vibração é muito menor. Para contrariar o superaquecimento, é necessário usar refrigerantes progressivos de alta pressão.

Caminhos de usinagem trocoidal para reduzir o superaquecimento em ligas aeroespaciais

O superaquecimento de peças devido à má condução de calor é um problema típico para peças aeroespaciais. Uma estratégia de usinagem para reduzir o acúmulo de calor é chamada de fresamento trocoidal. Ele utiliza muito os recursos das máquinas CNC para seguir caminhos de corte complexos. A estratégia trocoidal usa um pequeno moinho (menor que o corte de qualquer maneira) que segue um caminho semelhante a uma projeção do lado da mola em uma superfície plana. Uma curva – o moinho corta, depois volta na segunda curva e depois corta o metal novamente. Essa estratégia fraciona o tempo de contato entre a ferramenta e a peça para que haja um momento para que ambas sejam eficientemente resfriadas pelos fluidos de corte. O torneamento trocoidal é semelhante ao fresamento, usando sequências curtas de corte e pausa para permitir que os refrigerantes façam seu trabalho e evitar o superaquecimento. Essa estratégia tem muito mais execuções de ferramenta vazias em comparação com outras estratégias, mas anulou esse efeito aumentando as velocidades de corte e os avanços. Na Wayken, também podemos oferecer Usinagem EDM, talvez evitando a usinagem de peças.

Escolhendo as ferramentas certas para usinagem rápida

Quando se trata de máquinas-ferramentas, as máquinas CNC desempenham um grande papel e são amplamente aplicáveis ​​à usinagem de alumínio. Uma das formas mais importantes de aumentar a eficiência da usinagem é escolher a ferramenta de corte correta. Se ligas mais macias são bem analisadas e muitos fabricantes oferecem soluções para alumínio e outras ligas. No entanto, muitos materiais aeroespaciais são classificados e por isso a escolha deve ser feita no local.

Os truques para a escolha eficiente de ferramentas para materiais resistentes ao calor devem neutralizar as propriedades negativas dos materiais. Assim, uma ferramenta perfeita deve ter pouca vibração, deve ser muito dura e deve suportar altas temperaturas para ter uma vida consistente e trabalhar com avanços eficientes. Um exemplo perfeito de ferramenta utilizada para tais fins é a ferramenta de corte diamantada. Os diamantes artificiais são mais duros e duráveis ​​do que as pastilhas de metal duro e podem funcionar em temperaturas mais altas. A usinagem de diamante tem suas especificidades, mas certamente pode ser modificada para atender às necessidades dos fabricantes aeroespaciais. Além das ferramentas diamantadas, as ferramentas cerâmicas também têm um ótimo desempenho, pois podem trabalhar nas temperaturas mais altas.

Para diminuir as vibrações das peças processadas, é importante usar fresas com mais arestas de corte e um ângulo de canal mais afiado. Tais fresas minimizam o tempo e a distância que a ferramenta passa antes que a próxima aresta de corte atinja o material diminuindo assim a vibração e com isso, você pode aumentar os parâmetros de corte para maior eficiência.

Sistemas que garantem a qualidade da usinagem

Antes de utilizar qualquer estratégia e iniciar o processamento, é importante estimar se a qualidade da peça pode ser alcançada no tempo desejado. Como podemos prever a tolerância final, acabamento superficial e o tempo de usinagem antes de fazê-lo? Não era possível há pouco tempo, mas agora é devido a uma taxa impressionante na qual as técnicas de modelagem matemática se desenvolvem. A análise de elementos finitos atingiu um nível em que você pode simular os processos de corte com boa precisão. Assim, você pode fazer o upload do seu modelo e observar as forças de corte reais e a dissipação de calor e como isso influenciará a peça final. Você pode ver tensões residuais, deformações e assim por diante, mesmo antes de instalar uma peça bruta na máquina-ferramenta CNC. Esta tecnologia oferece grandes vantagens para prever o resultado da usinagem e diminui o tempo restante para re-execuções.

Como a WayKen pode ajudar você?

Aqui, investimos pesadamente em tecnologia avançada de usinagem CNC e máquinas multi-eixos que nos permitem processar de forma fácil e rápida execuções de teste, execuções curtas personalizadas ou execuções de produção de baixo volume. Podemos atender às suas necessidades de peças usinadas quando você pode fazer upload de arquivos CAD hoje para um orçamento gratuito.