Novos patamares para novos materiais

No desenvolvimento de ferramentas avançadas para usinagem de componentes aeroespaciais, às vezes tudo o que se precisa é de um simples microscópio para entender como um material interage com a ferramenta de corte.

Os avanços no setor aeroespacial geralmente estão ligados aos avanços nos materiais, especificamente na relação força/peso e na resistência à temperatura dos novos materiais.

Atualmente, os materiais preferidos para os motores aeroespaciais são as superligas resistentes ao calor, ou HRSAs, um coquetel complexo de metais especiais - níquel, cobalto, ferro e algumas ligas à base de TiAl (alumineto de titânio) - que oferecem vantagens cruciais, como permitir altas temperaturas de trabalho. Muitos desses componentes têm formas complexas e podem ser impressos em 3D. Isso, por sua vez, cria novas oportunidades e desafios de fabricação para os fabricantes de máquinas-ferramenta, como a Sandvik Coromant.

Truque no projeto de ferramentas

Desde o início dos voos tripulados com aviões feitos de madeira e tecido, o objetivo dos fabricantes tem sido reduzir o peso da aeronave. Com o passar dos anos, as construções de liga de alumínio e titânio substituíram a madeira e o tecido e, por fim, a fibra de carbono e os compostos entraram na mistura.

Em comparação com os materiais padrão, como o ferro, os materiais HRSA atuais, em todas as suas permutações químicas e físicas, têm propriedades inconstantes. São necessárias ferramentas mais avançadas para cortar e dar acabamento aos componentes aeroespaciais em lotes que façam sentido do ponto de vista financeiro e de engenharia para os fabricantes.

Checking wear under the microscope.

"O truque no projeto de ferramentas de corte sempre foi aumentar a vida útil da ferramenta, diminuindo o desgaste e, ao mesmo tempo, atingindo velocidades de corte mais altas", diz Stina Odelros, engenheira sênior de P&D da Sandvik Coromant. "Mas a indústria aeroespacial exige tolerâncias extremamente altas para os componentes e, às vezes, não há oportunidade de trocar a ferramenta em um processo, por isso estamos constantemente desenvolvendo novas ferramentas com melhor desempenho. Precisamos saber quais são as dificuldades de nossos clientes e, então, tentamos resolver seus problemas."

Ajustes constantes nos materiais

Odelros explica que os fabricantes e fornecedores de aviões estão constantemente ajustando materiais como HRSA e outras misturas de ligas para atingir esses objetivos. Além das restrições de peso, um componente de motor também precisa ser capaz de suportar temperaturas externas do ar tão baixas quanto 60 graus Celsius negativos, bem como temperaturas internas do motor de cerca de 2.000 graus Celsius.

O desenvolvimento de ferramentas para esse setor exigente é complicado. O único método para ver como uma ferramenta está funcionando é observar as pastilhas usadas em um microscópio para ver como elas se desgastam. "Não temos acesso a todos esses materiais no mercado, por isso dependemos de colaborações com os principais clientes para nos dizer como estão as nossas pastilhas", diz Odelros.

O ponto crucial do trabalho de P&D

Conforme explica Odelros, um componente de avião impresso em 3D, forjado ou fundido não pode ser torneado, fresado, acabado ou perfurado com uma ferramenta usada anteriormente. Às vezes, a usinagem de um componente de motor grande e caro pode levar uma ou duas semanas, e cada passo de usinagem deve ser contínuo para evitar qualquer deficiência estrutural. Uma quebra de ferramenta no meio desse processo não é aceitável, pois pode levar a uma falha na peça. E a falha de uma peça em um motor pode ser catastrófica se ocorrer no ar.

Senior R&D Engineer Stina Odelros.

O que a Odelros procura no microscópio, além do desgaste controlado, é o tamanho do desgaste e a presença de tipos de desgaste mais imprevisíveis, como lascamento ou fratura, que, na pior das hipóteses, podem levar a falhas de produção dispendiosas.

Esse é o ponto crucial do trabalho de P&D. Embora uma pastilha de metal duro não seja maior do que uma unha comum, as permutações de sua construção - ângulos, substratos, revestimentos, constituição do material, estrutura cristalina e tratamentos, como a deposição química ou física de vapor - são quase infinitas. A combinação e o mix corretos podem gerar resultados personalizados para usos específicos do cliente.