Industria aeroespacial:mecanizado de titanio de forma rápida y segura

Walter está mejorando el mecanizado de titanio con herramientas especiales

La gama Xpress del especialista con sede en Tübingen Walter para la industria aeroespacial está hecha a medida para los exigentes requisitos de la industria aeroespacial. En particular, sus herramientas integrales de metal duro con dimensiones específicas del cliente están disponibles para entrega en un plazo de dos a un máximo de tres semanas. Un nuevo e innovador recubrimiento de herramientas y tecnología de herramientas aseguran que la vida útil de la herramienta se duplique con creces en algunos casos.

En la industria aeroespacial, las cosas se hacen de manera un poco diferente en comparación con otros sectores. El peso juega un papel fundamental y cada gramo menos cuenta. En última instancia, es el peso de un producto lo que determina su rentabilidad, en lugar de los precios de las piezas y los componentes. No es de extrañar entonces que el titanio esté disfrutando de un crecimiento y una popularidad considerables en este sector. Este es el caso especialmente de los componentes estructurales para los que también es importante la alta resistencia. Los ejemplos típicos son las puertas y los alrededores del marco de la puerta, los soportes del tren de aterrizaje, los puntales del tren de aterrizaje o las pistas de flaps de aterrizaje. El titanio también es resistente a la corrosión y a la temperatura.

Sin embargo, los fabricantes de aeronaves para la aviación civil en particular se encuentran cada vez más sujetos a las presiones de un fabricante en serie, como es habitual, por ejemplo, en la industria del automóvil. Hasta ahora, Boeing, Airbus y, en menor medida, Bombardier, se han repartido el mercado principalmente entre ellos. Mientras tanto, nuevos competidores de China y Rusia se preparan para ingresar al mercado. Por lo tanto, está aumentando la presión para que la fabricación sea lo más rentable posible. Walter está haciendo una importante contribución en este sentido con la gama Xpress Aerospace.

Más desarrollo de los sistemas de herramientas

El desafío:el titanio es más difícil de mecanizar que el aluminio, que se ha utilizado en gran medida hasta ahora. Su alta reactividad química hace que las virutas se fundan en el filo durante el mecanizado. La baja conductividad térmica del material permite que las temperaturas en el filo de corte aumenten significativamente. Las virutas resultantes suelen ser extremadamente duras y abrasivas. El módulo de elasticidad mínimo conduce fácilmente a la flexión de la pieza de trabajo. Junto con la solidificación del material en la zona del filo, esto reduce la vida útil del filo de la herramienta incluso a bajas velocidades de corte.

Los costos de las herramientas también dependen significativamente de las demandas impuestas al componente y al material, así como del proceso. La disminución del grosor de la pared puede hacer que las piezas se vuelvan extremadamente inestables, por lo que un enfoque importante es la estabilidad de la máquina y la sujeción. El uso de la estrategia de refrigerante correcta también tiene una influencia significativa en la vida útil de la herramienta. Walter está continuamente desarrollando sus sistemas de herramientas con el objetivo de reducir los tiempos de mecanizado. Los sustratos de carburo, las nuevas tecnologías de recubrimiento y las macro y microgeometrías de las herramientas de corte juegan un papel importante aquí. Sin embargo, la estrategia de mecanizado también puede optimizarse aún más en colaboración con especialistas de CAD/CAM.

Todo esto hace posible hoy en día el corte de alto rendimiento (HPC) y el corte de alta dinámica (HDC) para el acabado y desbaste del titanio. El fresado dinámico con la Walter Prototype Ti38 Z6-10 y el nuevo e innovador recubrimiento permiten alcanzar velocidades de corte de hasta 140 m/min. Las soluciones de dientes múltiples con hasta diez dientes permiten aumentar el avance hasta en un 50 por ciento con anchos de contacto bajos. Estas soluciones de herramientas de metal duro integral pueden lograr en última instancia un aumento en la tasa de eliminación de metal de hasta un 50 por ciento en comparación con las soluciones convencionales.

El recubrimiento determina la vida útil de la herramienta

Un ejemplo de las tecnologías de recubrimiento y sustrato recientemente desarrolladas es el recubrimiento basado en PVD (deposición física de vapor) para herramientas de metal duro integral en la gama Walter Prototype Ti. Este recubrimiento aumenta sustancialmente la vida útil de la herramienta en comparación con el recubrimiento ANC convencional (nitruro de cromo y aluminio), hasta en un 100 por ciento y más. Esto significa que la vida útil de un marco de ventana hecho de titanio 3.7164 con una resistencia a la tracción de 1250 N/mm² cuando se realiza el semiacabado y el acabado con un prototipo HPC Ti40 se ha podido aumentar en un 154 %, de 175 minutos a 444 minutos. El uso de un prototipo HDC Ti38 L para el acabado del contorno exterior ha ampliado la vida útil de la herramienta en un 116 %. Se ha aumentado la velocidad un 25% y el volumen de mecanizado un 23%.

Otra innovación es la tecnología de recubrimiento CVD para el material de herramienta de corte de plaquita intercambiable WSM45X, que se utiliza, por ejemplo, para la fresa de puercoespín Walter BLAXX M3255. El recubrimiento funciona como un escudo de protección contra el calor, lo que facilita altas velocidades de corte de hasta 65 m/min y prolonga la vida útil del filo de la herramienta hasta 130 minutos. Esto permite duplicar la vida útil de la herramienta de los componentes estructurales de titanio, que normalmente se fabrican mediante una combinación de ranurado completo y fresado ascendente a una velocidad de corte de 45 m/min y un avance de 0,12 mm. Otra opción es aumentar la velocidad de corte a 65 m/min con una vida útil constante de la herramienta de unos 60 minutos. El fresado de acabado también se puede realizar con filos de corte de PCD (diamante policristalino), que se encuentran entre los materiales más duros que se conocen.

Sin embargo, en este caso debe implementarse una estrategia de refrigeración adecuada para mantener la temperatura de mecanizado en el filo de corte por debajo de los 600 °C. En general, el fluido de corte y la concentración del medio refrigerante tienen una influencia significativa, especialmente en la vida útil de la herramienta. Es muy importante introducir el medio refrigerante lo más directamente posible en la zona de trabajo. Esto se ve facilitado por conductos de refrigeración especiales en las herramientas. El enfriamiento a alta presión de hasta 70 bar es lo último en máquinas-herramienta nuevas. Las soluciones de herramientas especiales para el mecanizado criogénico van aún más allá, trabajando con dióxido de carbono líquido o nitrógeno, que es aún más frío.

De proveedor de herramientas a socio tecnológico

Walter se considera un socio de procesos digitales y, por lo tanto, está desarrollando herramientas que están cada vez más relacionadas con las aplicaciones en el sentido de "soluciones de componentes". Esto requiere todo un equipo de especialistas. Las habilidades CAD/CAM adecuadas son un requisito previo clave para la evaluación completa de los procesos. Walter atiende las necesidades de sus clientes y ofrece herramientas, soluciones y servicios durante todo el proceso.

Con respecto a este desarrollo, Walter desarrolló el proyecto "Component Solutions" en colaboración con el Centro de Investigación de Fabricación Avanzada de la Universidad de Sheffield hace algún tiempo. En el transcurso del proyecto, se desarrollaron estrategias de mecanizado especiales para todas las formas de cavidades que se dan en los componentes estructurales, utilizando los programas CAM comúnmente utilizados en la industria aeronáutica y aeroespacial. Esta "caja de herramientas" permite derivar de forma rápida y eficiente un proceso de mecanizado adecuado a partir de un modelo 3D de un componente del cliente.

La más alta calidad en el menor tiempo

"Las cosas buenas llegan a los que esperan" ya no suena cierto hoy. Incluso las herramientas de alto rendimiento con dimensiones especiales específicas del cliente están sujetas a una enorme presión de tiempo. Por lo tanto, desde principios de año, Walter ha estado ofreciendo el servicio Walter Xpress de larga data especialmente para el sector aeroespacial también. Las soluciones de herramientas Xpress están disponibles para su entrega en un plazo de dos a un máximo de tres semanas. La velocidad comienza desde el proceso de pedido en sí. La solución de software my.Walter permite al cliente diseñar la herramienta en línea por sí mismo o junto con un empleado de servicio de campo capacitado. Con "Walter Online Xpress", el cliente recibe un presupuesto vinculante que incluye un dibujo 2D y un modelo 3D por correo electrónico en un plazo máximo de una hora. El propio pedido, que suele ser un cuello de botella dentro de la empresa, también se acelera considerablemente con la gestión de herramientas de Walter.