Con tantas piezas aeroespaciales, ¿cómo garantizar la eficiencia del mecanizado?

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Publicado en mayo. 11, 2020, | Fabricación rápida de WayKen

El pináculo del pensamiento humano y la ingeniería está legítimamente reservado para las gigantescas máquinas voladoras. Los cohetes, aviones y jets son imposiblemente difíciles de diseñar y aún más difíciles de producir. Esa es la razón por la que solo hay 8 grandes empresas en el mundo que fabrican aviones comerciales en volúmenes considerables. Un avión, espacial o simplemente volador, tiene más de 500 000 piezas, una gran parte de las cuales deben ser extremadamente precisas y duraderas. Garantizar que estas piezas tengan la mejor calidad y costo es un objetivo vital del mecanizado aeroespacial industrial.

Problemas con la producción de piezas aeroespaciales

El mecanizado de precisión aeroespacial tiene muchos problemas. En primer lugar, la multitud de piezas aeroespaciales está fabricada con una gran variedad de materiales. Los elementos del motor, que son los más cruciales en el trabajo de la aeronave, están hechos de aleaciones endurecidas resistentes al calor que son extremadamente difíciles de mecanizar. Esas aleaciones conducen mal el calor, por lo que el calor durante el procesamiento se acumula en la herramienta. Las aleaciones de níquel suelen envejecerse o someterse a un tratamiento térmico, por lo que son muy difíciles de mecanizar. La precisión de las piezas aeroespaciales es mucho más estricta en comparación con otras industrias, mientras que las geometrías de las piezas son mucho más complejas.

Aparte de los problemas de mecanizado directo, hay muchos problemas indirectos. Uno de ellos incluye estándares de producción. Junto con la industria médica, la producción aeroespacial es una de las más reguladas del mundo y cumplir con todos los requisitos de calidad es difícil.

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Mecanizado eficiente de piezas aeroespaciales de paredes delgadas

El peso es extremadamente crucial para los vehículos del espacio aéreo. Cuanto más liviano sea el diseño, menos combustible consumirá, por lo que los ingenieros aeroespaciales a menudo diseñan piezas con paredes delgadas, celosías, redes, etc. Convencionalmente, se mecanizan a partir de un bloque de metal sólido fundido o estampado y el material de desecho de dichas piezas es del 95%. Sin embargo, la baja eficiencia del material no es el único problema. El problema real al mecanizar tales piezas es la deformación debido a las altas fuerzas de corte. Si aumenta demasiado el avance y la profundidad de corte, especialmente con aleaciones de níquel, corre el riesgo de romper las paredes por la vibración o deformarlas por el exceso de calor. El resultado suele ser que corta una pequeña viruta con un avance lento y el tiempo total de mecanizado es imposiblemente grande.

¿Qué puede hacer para disminuir el tiempo de maquinado y realmente mecanizar piezas aeroespaciales de paredes delgadas de manera competitiva? Lo primero que tienes que hacer es disminuir la vibración. La herramienta vibratoria golpea una pared delgada y se dobla o agrieta. Por lo tanto, para disminuir la vibración, es mejor disminuir el avance pero aumentar el número de filos de corte en una fresadora (o incluso usar múltiples herramientas de corte en un torno). La estrategia de corte óptima para fresar piezas aeroespaciales de paredes delgadas es el fresado ascendente. Esta estrategia utiliza un avance que va en dirección opuesta a la estrategia de fresado convencional. Esto conduce a una fuerza de corte menor, un mejor acabado superficial y, lo que es más importante, el molino ingresa al material donde la pared es más gruesa, por lo que la vibración es mucho menor. Para contrarrestar el sobrecalentamiento, es necesario utilizar refrigerantes progresivos de alta presión.

Trayectorias de mecanizado trocoidal para reducir el sobrecalentamiento en aleaciones aeroespaciales

El sobrecalentamiento de las piezas debido a la mala conducción del calor es un problema típico de las piezas aeroespaciales. Una estrategia de mecanizado para reducir la acumulación de calor se denomina fresado trocoidal. Utiliza en gran medida las capacidades de las máquinas CNC para seguir rutas de corte complejas. La estrategia trocoidal utiliza un molino pequeño (más pequeño que el corte de todos modos) que sigue un camino similar a una proyección del lado de un resorte sobre una superficie plana. Una curva:el molino corta, luego retrocede durante la segunda curva y luego vuelve a cortar el metal. Esta estrategia fracciona el tiempo de contacto entre la herramienta y la pieza de modo que haya un momento para que ambos se enfríen eficientemente por los fluidos de corte. El torneado trocoidal es similar al fresado, utilizando cortes cortos y secuencias de pausa para permitir que los refrigerantes hagan su trabajo y evitar el sobrecalentamiento. Esta estrategia tiene muchos más recorridos de herramienta vacíos en comparación con otras estrategias, pero anuló este efecto al aumentar las velocidades de corte y los avances. En Wayken, también podemos ofrecer mecanizado por electroerosión, lo que puede evitar el mecanizado de piezas.

Elegir las herramientas adecuadas para un mecanizado rápido

Cuando se trata de máquinas herramienta, las máquinas CNC juegan un papel importante y se aplican ampliamente al mecanizado de aluminio. Una de las formas más importantes de aumentar la eficiencia del mecanizado es elegir la herramienta de corte correcta. Si se analizan bien las aleaciones más blandas y muchos fabricantes ofrecen soluciones para aluminio y otras aleaciones. Sin embargo, muchos materiales aeroespaciales están clasificados y, por lo tanto, la elección debe hacerse en el momento.

Los trucos para la elección eficiente de herramientas para materiales resistentes al calor deben contrarrestar las propiedades negativas de los materiales. Por lo tanto, una herramienta perfecta debe tener poca vibración, debe ser muy dura y debe soportar altas temperaturas para tener una vida útil constante y trabajar con avances eficientes. Un ejemplo perfecto de una herramienta utilizada para tales fines es la herramienta de corte de diamante. Los diamantes artificiales son más duros y duraderos que los insertos de carburo y pueden funcionar a temperaturas más altas. El mecanizado con diamante tiene sus particularidades, pero sin duda puede modificarse para adaptarse a las necesidades de los fabricantes aeroespaciales. Aparte de las herramientas de diamante, las herramientas de cerámica también demuestran tener un gran rendimiento porque pueden trabajar a las temperaturas más altas.

Para disminuir las vibraciones de las piezas procesadas, es importante utilizar molinos con más filos de corte y un ángulo de flauta más agudo. Dichos molinos minimizan el tiempo y la distancia que pasa la herramienta antes de que el siguiente filo golpee el material, lo que reduce la vibración y, con eso, puede aumentar los parámetros de corte para lograr una mayor eficiencia.

Sistemas que Aseguran la Calidad del Mecanizado

Antes de utilizar cualquier estrategia y comenzar el procesamiento, es importante estimar si la calidad de la pieza se puede lograr en el momento deseado. ¿Cómo podemos predecir la tolerancia final, el acabado superficial y el tiempo de mecanizado antes de realizarlo? No era posible hace poco tiempo, pero ahora se debe a una velocidad asombrosa a la que se desarrollan las técnicas de modelado matemático. El análisis de elementos finitos ha alcanzado un nivel en el que puede simular los procesos de corte con buena precisión. Por lo tanto, puede cargar su modelo y ver las fuerzas de corte reales y la disipación de calor y cómo influirán en la pieza final. Puede ver tensiones residuales, deformaciones, etc., incluso antes de instalar una pieza en bruto en la máquina herramienta CNC. Esta tecnología ofrece grandes ventajas para predecir el resultado del mecanizado y reduce el tiempo que queda para las repeticiones.

¿Cómo puede ayudarte WayKen?

Aquí, hemos invertido mucho en tecnología avanzada de mecanizado CNC y máquinas de varios ejes que nos permiten procesar de forma fácil y rápida series de prueba, series cortas personalizadas o series de producción de bajo volumen. Podemos satisfacer sus necesidades de piezas mecanizadas cuando puede cargar archivos CAD hoy para obtener un presupuesto gratuito.