Maximizando a Eficiência de Usinagem na Fabricação Aeroespacial: Estratégias Comprovadas

Publicado em 11 de maio de 2020 | Por WayKen Rapid Manufacturing

O auge do pensamento e engenharia humanos é reservado por direito para as gigantescas máquinas voadoras. Foguetes, aviões e jatos são impossivelmente 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, tem mais de 500.000 peças, uma 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. Primeiro, a multiplicidade de peças aeroespaciais é feita de uma vasta variedade de materiais. Os elementos do motor, sendo os mais cruciais no funcionamento 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 de outra forma, então são muito difíceis de usinar. A precisão das peças aeroespaciais é muito mais rigorosa comparada a outras indústrias, enquanto as geometrias das peças são muito mais complexas.

Além dos problemas diretos de usinagem, existem muitos problemas indiretos. Um deles inclui padrões de produção. Junto com a indústria médica, a produção aeroespacial é uma das mais regulamentadas do mundo e atender a todos os requisitos de qualidade é difícil.

Usinagem Eficiente de Peças Aeroespaciais de Parede Fina

O peso é extremamente crucial para veículos aeroespaciais. Quanto mais leve o design, menos combustível consumirá, então engenheiros aeroespaciais frequentemente projetam peças com paredes finas, treliças, webs e assim por diante. Convencionalmente, elas são usinadas a partir de um bloco sólido de metal fundido ou estampado e o material desperdiçado de tais peças é 95%. No entanto, a baixa eficiência de material não é o único problema. O problema real ao usinar tais peças é a deformação devido a altas forças de corte. Se você aumentar o avanço e a profundidade de corte demais, especialmente com ligas de níquel, você corre o risco de quebrar as paredes por causa da vibração ou deformá-las por causa do calor excessivo. O resultado geralmente é que você corta um pequeno cavaco em um avanço rastejante 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 parede fina competitivamente? A primeira coisa que você tem que fazer é diminuir a vibração. A ferramenta vibratória atinge uma parede fina e ela dobra ou racha. Então, para diminuir a vibração, é melhor diminuir o avanço, mas aumentar o número de arestas de corte em uma fresa (ou até mesmo usar várias ferramentas de corte em um torno). A estratégia de corte ideal para fresar peças aeroespaciais de parede fina é o fresamento de subida (climb milling). Esta estratégia usa um avanço que vai na direção oposta à estratégia de fresamento convencional. Isso leva a uma força de corte menor, melhor acabamento superficial e, o mais importante, a fresa entra no material onde a parede é mais espessa, então a vibração é muito menor. Para contrabalancear o superaquecimento, é necessário usar fluidos de arrefecimento progressivos de alta pressão.

Caminhos de Usinagem Trocoidais para Reduzir Superaquecimento em Ligas Aeroespaciais

O superaquecimento da peça por causa da 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. Ela utiliza grandemente as capacidades das máquinas CNC para seguir caminhos de corte complexos. A estratégia trocoidal usa uma fresa pequena (menor que o corte de qualquer maneira) que segue um caminho semelhante a uma projeção lateral de uma mola em uma superfície plana. Uma curva – a fresa corta, então ela volta durante a segunda curva e então corta o metal novamente. Esta estratégia divide o tempo de contato entre a ferramenta e a peça para que haja um momento para ambos serem resfriados eficientemente pelos fluidos de corte. O torneamento trocoidal é semelhante ao fresamento, usando sequências curtas de corte e pausa para deixar os fluidos de arrefecimento fazerem seu trabalho e evitar superaquecimento. Tal estratégia tem muito mais percursos de ferramenta vazios comparados a outras estratégias, mas negou este efeito aumentando as velocidades e avanços de corte. Na Wayken, também podemos oferecer Usinagem EDM, talvez possa evitar usinar peças.

Escolhendo as Ferramentas Certas Para Usinagem Rápida

Quando se pensa em ferramentas de máquina, máquinas CNC desempenham um grande papel e têm ampla aplicação na usinagem de alumínio. Uma das maneiras 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, portanto, a escolha deve ser feita no local.

Os truques para escolha eficiente de ferramentas para materiais resistentes ao calor devem contrabalancear as propriedades negativas dos materiais. Então, uma ferramenta perfeita deve ter pouca vibração, deve ser muito dura e deve suportar altas temperaturas para ter uma vida consistente e trabalhar em avanços eficientes. Um exemplo perfeito de uma ferramenta usada para tais propósitos é a ferramenta de corte de diamante. Diamantes artificiais são mais duros e duráveis que insertos de metal duro e podem trabalhar em temperaturas mais altas. A usinagem com diamante tem suas especificidades, mas certamente pode ser modificada para atender às necessidades dos fabricantes aeroespaciais. Além de ferramentas de diamante, ferramentas de cerâmica provam ter um ótimo desempenho também porque 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 hélice mais agudo. 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 mais eficiência.

Sistemas Que Garantem a Qualidade da Usinagem

Antes de usar 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 em que as técnicas de modelagem matemática se desenvolvem. A análise de elementos finitos atingiu um nível onde você pode simular os processos de corte com boa precisão. Então, você pode fazer upload do seu modelo e olhar para as forças de corte reais e dissipação de calor e como isso influenciará a peça final. Você pode ver tensões residuais, deformações e assim por diante mesmo antes de instalar um bruto na ferramenta de máquina CNC. Esta tecnologia oferece grandes vantagens para prever o resultado da usinagem e diminui o tempo deixado para reexecuções.

Como a WayKen Pode Ajudar Você?

Aqui, investimos pesadamente em tecnologia avançada de usinagem CNC e máquinas multi-eixos que nos permitem processar facilmente e rapidamente execuções de teste, pequenas séries personalizadas ou produções de baixo volume. Podemos atender às suas necessidades de peças usinadas quando você pode fazer upload de arquivos CAD hoje para uma cotação gratuita.