Mecanizado CNC para aeroespacial: Guía profesional completa

En comparación con moverse en tierra, volar es más difícil y complejo ya que implica moverse dentro de la atmósfera de la Tierra. Independientemente del tipo de aeronave, ya sea para viajes aéreos comerciales, defensa o aviación espacial, se considera la durabilidad y efectividad de las diferentes piezas de la aeronave.

Producir geometrías complejas de piezas de avión con gran precisión requiere experiencia y aptitud. En otras palabras, producir piezas para la industria aeroespacial no permite errores humanos.

El mecanizado CNC aeroespacial implica usar herramientas y componentes asistidos por computadora para producir y mantener piezas de aeronaves y espaciales. Es un método de fabricación computarizado que mueve herramientas de corte usando código pre-programado y software.

Aunque muchas industrias emplean CNC para fabricar piezas y productos, la industria aeroespacial es una de las más delicadas, con márgenes cero para error. Además, los fabricantes logran los mismos resultados con máquinas CNC independientemente de la cantidad producida, ya sea una sola pieza o miles de piezas.

¿Qué materiales se usan en mecanizado aeroespacial?

El mecanizado aeroespacial es un proceso adaptable. Sin embargo, no todos los metales y plásticos son ideales para fabricar piezas aeroespaciales. A continuación, los materiales usados en piezas mecanizadas aeroespaciales.

Aluminio y aleaciones de aluminio

El aluminio es uno de los metales más usados para mecanizar piezas aeroespaciales, principalmente debido a su alta resistencia a la tracción y ligereza. Además, el aluminio es muy conformable, lo que lo hace simple de mecanizar para máquinas CNC.

La aleación de aluminio más popular para mecanizado CNC en la industria aeroespacial es aluminio 7075, cuyo componente de aleación primario es zinc. Ofrece buena resistencia a la fatiga. El material ha sido usado para producir varios componentes de alas, fuselaje y estructuras de soporte.

Las aleaciones de aluminio para aeronaves 4047 (revestimiento/relleno), 6951 (aletas) y 6063 (estructural) también son mecanizables. Por tanto, las aleaciones de la serie 6000 se consideran típicamente más fáciles de mecanizar que otras.

Titanio y aleaciones de titanio

El aeroespacial es el sector que emplea aleación de titanio más globalmente. El metal funciona bien a altas temperaturas, resiste la corrosión y tiene buena relación resistencia-peso. El uso de titanio en fabricación aeroespacial se ha vuelto común.

Aeronaves comerciales y militares como Airbus A380 y Boeing B787 y helicópteros como F-22, F/A-18 y UH-60 Black Hawk necesitan cantidades significativas de este material para sus diferentes piezas. Componentes para fuselajes y motores a reacción hechos de titanio incluyen discos, palas, ejes y carcasas.

Puede ser más difícil mecanizar CNC titanio ya que es más duro que el aluminio, a menudo llevando a desgaste de herramienta y acumulación de calor, que podría distorsionar el material. Como resultado, el mecanizado aeroespacial de titanio necesita correr a RPM de máquina más bajo y con mayor carga de viruta.

Plásticos de ingeniería

Debido a su peso increíblemente bajo, excelente resistencia al impacto y vibración, capacidades de sellado y resistencia química, los plásticos podrían ser una valiosa alternativa a los metales. Además, comparados con metales, proporcionan mejor aislamiento eléctrico y son ideales para mecanizado CNC de prototipos. PEEK, policarbonato y Ultem son polímeros de alto rendimiento usados en mecanizado aeroespacial.

Los plásticos de ingeniería aeroespacial pueden ser mecanizados CNC para crear piezas de aeronaves como interiores de cabina, mesas plegables, almohadillas de desgaste, reposabrazos, paneles de instrumentos retroiluminados, componentes de válvulas, carcasas, tuberías y aislamiento.

No todos los plásticos de ingeniería son ideales para uso en mecanizado CNC aeroespacial, ya que los polímeros de aeronaves deben adherirse a estándares particulares de toxicidad, humo y llama. Así que es un factor crucial.

Beneficios de usar mecanizado CNC para piezas aeroespaciales

El mecanizado CNC es un ajuste perfecto para la fabricación de piezas de aeronaves debido a sus numerosas ventajas. Entre sus ventajas están:

Crear componentes ligeros

El peso es factor crucial en las secciones de tecnología que vuelan. El mecanizado CNC puede crear estructuras y componentes con paredes delgadas de materiales robustos pero ligeros para satisfacer esta necesidad. Esto lo hace ideal para uso dentro de la industria aeroespacial para fabricar piezas y componentes.

Mínimos errores en piezas

Las piezas hechas usando métodos de fabricación tradicionales/convencionales son propensas a fallo debido a errores dimensionales introducidos por el elemento humano involucrado. Sin embargo, con mecanizado CNC de precisión, esto difícilmente es el caso ya que este proceso de fabricación garantiza que las piezas aeroespaciales cumplan estrictos estándares de tamaño, tolerancia y rendimiento, asegurando alto rendimiento mientras previene fallo de piezas.

Alta precisión y exactitud

La precisión es el sello del mecanizado CNC, ya que crea piezas con alta exactitud y consistencia. Las máquinas CNC son precisas a pocos micrómetros, con un margen minúsculo para error. Usar mecanizado CNC en la industria aeroespacial garantiza la producción de piezas que encajan en piezas de aeronave con precisión, previniendo fallo general de piezas y consecuente pérdida de propiedad.

Consistencia y eficiencia

El mecanizado CNC impulsa la eficiencia de fabricación cuando se usa en la industria aeroespacial. Este proceso es automatizado, aumentando velocidad de producción y reduciendo tiempo mientras asegura que las piezas producidas sean precisas y consistentes. Con esta exactitud y consistencia, hay desperdicio mínimo y las piezas producidas rara vez necesitan ser retrabajadas debido a inexactitud dimensional.

Procesos de mecanizado para CNC aeroespacial

La industria aeroespacial tiene alta demanda de piezas con precisión extrema, por lo que se necesita mecanizado de precisión aeroespacial. La razón es que la mayoría de piezas tienen diseños y geometrías complejas. Hay varios tipos de máquinas CNC, pero para alta precisión, la industria aeroespacial emplea dos operaciones principales de máquinas CNC.

Fresado CNC de precisión

Este es un proceso de mecanizado multi-eje que involucra uso de una máquina de fresado para producir piezas. La máquina usada para esta producción se mueve a lo largo de los ejes lineales convencionales X, Y y Z y ejes rotacionales A y B, permitiendo consecuentemente la creación de formas y geometrías intrincadas.

Aunque es posible usar una máquina de fresado CNC de 3 o 4 ejes al mecanizar piezas aeroespaciales, es mejor usar fresado CNC de 5 ejes ya que pueden trabajar en hasta 5 direcciones de la pieza de trabajo en una sola operación. Esto ayuda a fabricantes a reducir errores y tiempo de entrega. Además, las herramientas de corte usadas en máquinas CNC de 5 ejes giran a altas velocidades, asegurando precisión y exactitud de la pieza.

El fresado CNC facilita la producción de precisión de piezas aeroespaciales como tren de aterrizaje, componentes eléctricos y transmisiones.

Torneado CNC de precisión

Este procedimiento, también conocido como mecanizado sustractivo, implica remover material para generar la forma deseada. El proceso de producción de torneado de precisión sostiene barras de material en forma de cuña y rota. Este proceso continúa hasta que el material alcanza la forma deseada.

El torneado de precisión CNC es un proceso detallado e intrincado para crear piezas aeroespaciales con formas cilíndricas. También es importante notar que este proceso es altamente preciso, ya que la computadora controla la velocidad y posición de la herramienta y material usado.

El torneado de precisión CNC produce piezas aeroespaciales como tornillos, tuercas, roscas, pasadores de conector, sujetadores y ejes.

Acabados superficiales típicos para piezas de aeronaves CNC

Aunque diferentes acabados superficiales están disponibles para piezas mecanizadas CNC aeroespaciales, no todos son ideales para uso en componentes de aeronaves. La industria usa cuatro tipos cuando se trata de seleccionar entre diversos tratamientos superficiales.

Anodizado

Este tipo de acabado superficial involucra sumergir la pieza aeroespacial en una solución electrolítica, creando consecuentemente una capa de óxido uniforme en la superficie de la pieza. Hay dos tipos de anodizado usados en piezas aeroespaciales: tipo II y tipo III.

El anodizado tipo II forma una capa decorativa en la superficie de la pieza. Esta capa es a menudo delgada, dejando la superficie y pieza aeroespacial susceptibles a corrosión y abrasión en exposición. Por otro lado, el anodizado tipo III forma una capa protectora dura más protectora en la superficie de la pieza.

El anodizado de aluminio como acabado superficial protege piezas aeroespaciales de la corrosión y mejora su resistencia.

Pasivación

La pasivación es un método frecuente de post-procesado usado en mecanizado CNC aeroespacial para mejorar la funcionalidad y calidad superficial de productos. La superficie de la pieza puede contener micro-rugosidad o impurezas superficiales tras el proceso de mecanizado, que podrían tener efecto negativo en el rendimiento de la pieza con el tiempo. Sin embargo, con pasivación, estos desafíos se vuelven un no-problema, ya que el proceso mejora la resistencia a la corrosión de piezas aeroespaciales y reduce la necesidad de mantenimiento.

Pulido

El pulido es uno de los tratamientos superficiales ideales para uso en piezas aeroespaciales. Es un procedimiento directo que usa la idea de abrasión para hacer cualquier superficie lisa. El proceso a menudo comienza con la superficie de pieza aeroespacial más gruesa y progresa hasta dejar un acabado superficial liso y atractivo.

Además, el pulido puede aumentar la durabilidad de un material aeroespacial. Lo hace al reducir la probabilidad de astillado o agrietamiento. En el lado negativo, pulir piezas aeroespaciales toma mucho tiempo y puede ser costoso.

Recubrimiento en polvo

El acabado superficial más típico para piezas aeroespaciales metálicas es el recubrimiento en polvo, y su fama se debe a su diversidad funcional y durabilidad. Las piezas aeroespaciales con recubrimiento en polvo son resistentes a rayones y decoloración con el tiempo.

Además, este acabado superficial ofrece una amplia gama de colores para dar a fabricantes de piezas aeroespaciales mayor flexibilidad y mejorar estética.

Consejos para saber al mecanizar piezas aeroespaciales

El mecanizado CNC de piezas aeroespaciales es una tarea desalentadora. Sin embargo, aquí hay algunos consejos a tener en cuenta durante el proceso o antes de ir a un taller de mecanizado CNC aeroespacial.

Ejecutar una simulación

Antes de ejecutar producciones reales de piezas aeroespaciales, utilice software de simulación de mecanizado CNC para asegurar que obtiene todo perfectamente desde el principio al fin. Con software de simulación, puede visualizar cómo funcionan sus piezas aeroespaciales antes de comprometerse a producción.

Usar la máquina y herramientas de corte correctas

Hay varias máquinas CNC y herramientas de corte, pero no todas son ideales para mecanizar piezas aeroespaciales. Por esto, obtener las herramientas y máquinas correctas para el trabajo es lo mejor. A menudo es mejor utilizar fresadoras grandes de alta velocidad creadas expresamente para esta tarea para aumentar la escala de su equipo.

Dividir producción en partes especializadas

Mirar un producto como una unidad podría hacer que parezca desalentador, así que es mejor dividir líneas de producción. Dependiendo de las cualidades y componentes del producto, divida el sistema de producción en partes especializadas. Al elegir el equipo apropiado para la tarea en mano, esto ayuda a simplificar la producción de piezas aeroespaciales.

Comprometerse con diseño adecuado

La fase de diseño es uno de los pasos más importantes en desarrollo de producto. Diseñar adecuadamente para mecanizado puede ahorrar el tiempo necesario para preparación de pieza de trabajo, aumentando productividad, eficiencia y fiabilidad.

Aplicaciones del mecanizado CNC aeroespacial

El sector aeroespacial tiene muchos usos para mecanizado CNC, siendo los siguientes los más populares.

Conectores eléctricos: El mecanizado CNC ayuda a la producción del sistema eléctrico de la aeronave, que son componentes vitales. Producir el sistema eléctrico de la aeronave a menudo depende de sus restricciones de peso y espacio.

Componentes de válvulas: Estos diminutos componentes tienen aplicaciones extendidas en el sector aeroespacial, y válvulas mecanizadas CNC garantizan precisión de pieza y operaciones efectivas y seguras.

Componentes de generación de oxígeno: El mecanizado CNC ayuda a la producción de sistemas de seguridad de generación de oxígeno fuertes, resistentes a temperatura, ligeros.

Ejes: En aplicaciones aeronáuticas, los ejes juegan papel clave en transmisión de potencia. El mecanizado CNC mejora la producción de artículos fuertes hechos de materiales resistentes al calor.

Otras aplicaciones del mecanizado CNC aeroespacial incluyen piezas de cabina, costillas de ala, componentes de fuselaje, actuadores, controles de movimiento, carcasas de motor, componentes de tren de aterrizaje, discos y cuerpos de filtro.

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Preguntas frecuentes

¿Hay requisitos especiales de acabado superficial para componentes aeroespaciales de mecanizado CNC?

Sí, hasta cierto punto, el mecanizado CNC puede lograr tolerancias increíblemente ajustadas, permitiendo diversas calidades superficiales frecuentemente requeridas para aplicaciones aeroespaciales.

¿Es importante la precisión al mecanizar CNC piezas aeroespaciales?

Un aspecto esencial de producir piezas aeroespaciales es el mecanizado de precisión. Esta industria tiene estándares de producción muy altos y regulaciones de seguridad más estrictas para mecanizado CNC de piezas de aeronaves.