Fabricación de componentes de tren de aterrizaje: Perspectivas de líderes aeroespaciales y de defensa

Como Parte 3 en nuestra serie sobre fabricación aeroespacial, echamos un vistazo de cerca a la fabricación de componentes de tren de aterrizaje con miras a lo que los fabricantes de herramientas experimentan trabajando con algunos de los mayores fabricantes y subcontratistas aeroespaciales de la industria.

Hasta ahora este año, hemos profundizado en la fabricación de alas de aviones y componentes de motores en aeroespacial y defensa. Ahora vamos en profundidad con componentes de tren de aterrizaje.

Como una de las secciones más críticas de un avión, los sistemas de tren de aterrizaje soportan una carga pesada. Literalmente, todo el peso de un avión, caza o helicóptero es soportado por el tren de aterrizaje durante rodaje, aterrizaje y despegue. Y dependiendo de dónde aterrice el avión, como en un portaaviones en medio del Océano Pacífico, los materiales que componen el tren de aterrizaje pueden diferir.

"El tren de aterrizaje retráctil que ahora es común en aviones comerciales y militares fue desarrollado por primera vez para el avión Triad de Glenn Curtiss en 1911", escribe el Museo Nacional del Aire y el Espacio en una publicación de blog.

El tren de aterrizaje de un avión controla cómo maneja en tierra, pero también cómo maneja un avión en el cielo, ya que afecta otras áreas incluyendo peso, rendimiento y fiabilidad.

Hablamos con tres de los principales fabricantes de herramientas de la industria para obtener perspectiva sobre desafíos de materiales y matices de corte de metal — y discutimos ejemplos del mundo real donde el utillaje y mecanizado marcaron la diferencia para fabricantes aeroespaciales.

Materiales usados en los componentes de tren de aterrizaje de hoy

Predominantemente, los proveedores de herramientas dicen que ven dos tipos principales de material en los componentes grandes del tren de aterrizaje de hoy que incluyen ya sea 300M, un acero de baja aleación que es muy duro, o Ti-5553, una aleación de titanio, conocida por su resistencia y capacidad de endurecimiento.

En aviones comerciales, Boeing y Airbus cada uno usa ambos materiales, pero depende de los requisitos de carga del modelo de avión, dice Scott Causey, ingeniero de aplicaciones para Seco Tools.

La mayoría de estos tipos de materiales se usan en cualquier variedad de estos componentes de tren de aterrizaje incluyendo — la viga del carro, tirantes, eslabones de torsión y el puntal, que a veces también se llama "cilindro principal".

Fuente: Concordesst.com

Pero hay otros materiales usados en otros componentes del tren de aterrizaje, incluyendo aluminio, acero de aleación 4340 y algo de titanio, que a menudo se encuentra en soportes, tirantes y eslabones del tren de aterrizaje, explica Causey.

Y hay otros componentes más pequeños en el tren de aterrizaje, incluyendo bridas, bolsillos, agujeros escariados, agujeros taladrados, y muchos puntos de conexión, dice Mark Francis, ingeniero de personal para aeroespacial y defensa en Kennametal. Por ejemplo, un agujero podría ser de 8 a 10 pulgadas de diámetro y 36 pulgadas de profundidad. Necesita herramientas y procesos específicos para lograr la tarea.

"Otro material que vemos para casos de uso muy específicos de portaaviones es el uso de AerMet 100 — un acero de alta resistencia difícil de mecanizar", dice Francis. "Puede soportar cargas de alto impacto — piense en la resistencia a la fractura y tenacidad requerida para un aterrizaje en portaaviones en la pista corta de un portaaviones — junto con ser muy resistente a la corrosión con sal y agua en el océano".

AerMet 100 se usa casi exclusivamente en cazas destinados a portaaviones.

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Las áreas más desafiantes de los componentes de tren de aterrizaje para mecanizar y fabricar

Como puede imaginar, los componentes más grandes del tren de aterrizaje pueden ser lentos de mecanizar — principalmente debido a su tamaño. Piezas como el cilindro principal y la viga del carro, que comúnmente se conoce como "viga del eje", pueden extenderse hasta unos 25 pies de altura.

Otras partes difíciles incluyen el deslizador, o "cilindro interno", dice Causey.

"Los taladros internos en estas piezas pueden llegar hasta 70 pulgadas de largo", dice Atul Sharma, ingeniero de aplicaciones aeroespaciales para Seco Tools. "Son muy grandes y largos. Y la tolerancia puede ser difícil de mantener al cortar. El apriete puede ser un desafío".

Todos los fabricantes de herramientas con los que hablamos dejaron muy claro que estas piezas grandes a menudo son lentas de mecanizar. Hay una suposición de que puede mecanizar materiales 300M a alta velocidad de superficie por minuto. Pero la realidad es que estas piezas grandes son simplemente demasiado pesadas y grandes — y requieren fijación especializada para mantener las piezas de vibrar y obtener lo mejor de la herramienta de corte.

Pero comparado con muchos níqueles, Waspalloys y materiales Rene, estos materiales de acero y titanio no son increíblemente difíciles, explica Bill Durow, gerente de oficina de proyectos de ingeniería global para aeroespacial, en Sandvik Coromant.

"En muchos casos, es la escala de los componentes. Son masivos", dice Durow. "Y nada es uniforme. A menudo tienen formas extrañas, así que no puede simplemente tirarlo en un torno necesariamente. A menudo, los fabricantes aeroespaciales están usando una fresadora de gran taladro o grandes máquinas de pórtico, que toman mucho tiempo".

Vea sistemas de tren de aterrizaje desde diseño hasta fabricación y pieza terminada. Fuente: Safran Landing Systems

Los fabricantes de herramientas están viendo una tendencia de algunos fabricantes aeroespaciales alejándose de máquinas de pórtico y fresado de taladro hacia mecanizado de eje B y usando aplicaciones de torneado-fresado para menos configuraciones y menos fijación — y realizando perfilado de 4 a 5 ejes alrededor de las piezas.

Pero este método más nuevo requiere más programación — y nuevo pensamiento sobre geometrías de corte para ayudar a impulsar eficiencias en producción de tren de aterrizaje. No es raro que el tren de aterrizaje tome meses en completarse desde el inicio hasta el final.

¿Qué hay de nuevo en aeroespacial? Innovación en fabricación aditiva. Lea "La asombrosa evolución de la impresión 3D en aeroespacial y defensa".

Mecanizado de tren de aterrizaje en el mundo real

Aquí hay tres ejemplos de piezas y componentes reales de tren de aterrizaje que se están fabricando donde el utillaje correcto o un nuevo enfoque tuvo un impacto.

Eslabón de torsión

Desafío: Un cliente de Seco Tools estaba luchando con un eslabón de torsión — un área del tren de aterrizaje que acopla los cilindros interno y externo — mientras cortaba material de titanio 10-2-3. Los tiempos de ciclo eran 60 horas con seis configuraciones distintas. El cliente siempre estaba muy atrasado en la entrega de las piezas y estaba a punto de perder su contrato con un OEM.

Solución: Seco Tools trabajó con el cliente y socios para abordar el mecanizado del cliente a través de una asociación con DMG Mori. Seco Tools ayudó a encontrar un enfoque completamente nuevo comenzando desde cero con dibujos, modelos y utillaje.

Resultado: El cliente redujo la fabricación de piezas y configuraciones de utillaje de seis a dos — y disminuyó los tiempos de ciclo de 60 horas a 23 horas, o 62 por ciento. Impulsó la producción y permitió la entrega de piezas a tiempo. En última instancia, la solución permitió al fabricante aeroespacial mantener su contrato.

Utillaje diseñado para el material

Desafío: Un componente de tren de aterrizaje forjado de 400 libras hecho de Ti-5553 estaba consumiendo herramientas para un cliente de Kennametal. El cliente estaba programando un cambio de herramienta nuevo cada 30 minutos. Cuando termina, esta pieza pesa unas 210 libras. Pero este material de titanio tenía una capa alfa que era difícil de atravesar.

Solución: Kennametal usó fresas con diseño de hélice con insertos de 8 lados y taladros diseñados específicamente para este grado de titanio específico y duro.

Resultado: El tiempo de desbaste pasó de 25 horas a 15 horas. El tiempo de ciclo se redujo en un 40 por ciento. La vida de la herramienta se incrementó en un 300 por ciento: Las herramientas ahora duraban 120 minutos antes de necesitar un nuevo filo de corte.

Un enfoque fresco usando una herramienta existente

Desafío: Las piezas para componentes de tren de aterrizaje estaban obteniendo mucho movimiento de 5 ejes y herramienta como una herramienta existente estaba recogiendo la parte trasera del inserto — y rompiendo el tornillo ya que el cortador tenía un bloqueo de ojo para mantenerlo apretado. El cliente aeroespacial tenía que detener su producción demasiado a menudo, ya que las piezas requerían demasiada intervención manual y supervisión. Las cosas se movían demasiado lento.

Solución: Sandvik Coromant aplicó una herramienta originalmente diseñada para mecanizado de palas en mecanizado horizontal y la aplicó a esta aplicación vertical — y sugirió rampa o "curación" de la herramienta para que se elevara un poquito, dos a tres grados, para evitar el corte trasero de la herramienta. También usó técnicas para jefes redondos y funcionó muy bien.

Resultado: Seguridad del proceso. El movimiento del inserto desapareció. Los tornillos del inserto no se rompían más. Y el cliente pudo dejar de supervisar el proceso y moverse a un entorno de producción más "sin luces". Los operadores pudieron trabajar en múltiples máquinas simultáneamente.

¿Cómo está lidiando con la reducción de tiempo de ciclo en su fabricación aeroespacial? Hable con sus pares en el foro de mecanizado. [registro requerido]