Nuevas alturas para nuevos materiales

En el desarrollo de herramientas avanzadas para el mecanizado de componentes aeroespaciales, a veces todo lo que se necesita es un simple microscopio para comprender cómo interactúa un material con la herramienta de corte.

Los avances en la industria aeroespacial suelen ir ligados a los avances en los materiales, concretamente en la relación fuerza-peso y la resistencia a la temperatura de los nuevos materiales.

Los materiales preferidos actualmente para los motores aeroespaciales son las superaleaciones resistentes al calor, o HRSA, un complejo cóctel de metales especiales -níquel, cobalto, hierro y algunas aleaciones basadas en TiAl (aluminuro de titanio)- que ofrecen ventajas cruciales como permitir altas temperaturas de trabajo. Muchos de estos componentes tienen formas complejas y pueden imprimirse en 3D. Esto, a su vez, crea nuevas oportunidades y retos de fabricación para los fabricantes de máquinas herramienta como Sandvik Coromant.

Truco en el diseño de herramientas

Desde el comienzo de los vuelos tripulados con aviones de madera y tela, el objetivo de los fabricantes ha sido reducir el peso de las aeronaves. Con el paso de los años, las construcciones de aleación de aluminio y titanio sustituyeron a las de madera y tela y, finalmente, la fibra de carbono y los materiales compuestos entraron en escena.

En comparación con materiales estándar como el hierro, los materiales HRSA actuales, en todas sus permutaciones químicas y físicas, tienen propiedades volubles. Se necesitan herramientas más avanzadas para cortar y acabar componentes aeroespaciales en lotes que tengan sentido desde el punto de vista financiero y de ingeniería para los fabricantes.

Checking wear under the microscope.

"El truco en el diseño de herramientas de corte siempre ha sido aumentar la vida útil de la herramienta reduciendo el desgaste y, al mismo tiempo, conseguir velocidades de corte más altas", afirma Stina Odelros, ingeniera sénior de I+D de Sandvik Coromant, "pero el sector aeroespacial requiere tolerancias de componentes extremadamente altas y, a veces, no hay oportunidad de cambiar de herramienta en un proceso, por lo que desarrollamos constantemente nuevas herramientas que rindan más. Tenemos que saber con qué luchan nuestros clientes, y luego intentamos resolver sus problemas."

Ajustar constantemente los materiales

Odelros explica que los fabricantes y proveedores de aviones ajustan constantemente materiales como el HRSA y otras mezclas de aleaciones para alcanzar estos objetivos. Además de las limitaciones de peso, un componente de motor también tiene que ser capaz de soportar temperaturas del aire exterior de hasta menos 60 grados centígrados, así como temperaturas internas del motor de unos 2.000 grados centígrados.

Desarrollar herramientas para este sector tan exigente es complicado. El único método para ver cómo funciona una herramienta es observar las plaquitas usadas al microscopio para ver cómo se desgastan. "No podemos acceder a todos estos materiales en el mercado, así que dependemos de colaboraciones con clientes clave para que nos digan cómo van nuestras plaquitas", dice Odelros.

El quid del trabajo de I+D

Como explica Odelros, un componente de avión impreso en 3D, forjado o fundido no se puede tornear, fresar, acabar o taladrar con una herramienta utilizada anteriormente. A veces, mecanizar un componente de motor grande y caro puede llevar una o dos semanas, y cada pasada de mecanizado debe ser continua para evitar cualquier deficiencia estructural. Una avería de la herramienta a mitad de este proceso no es aceptable, ya que podría provocar el fallo de una pieza. Y el fallo de una pieza en un motor podría ser catastrófico si se produjera en pleno vuelo.

Senior R&D Engineer Stina Odelros.

Lo que Odelros busca bajo el microscopio, además de un desgaste controlado, es el tamaño del desgaste y si se producen tipos de desgaste más impredecibles, como astillamientos o fracturas, que en el peor de los casos podrían provocar costosos fallos de producción.

Éste es el quid del trabajo de I+D. Aunque una plaquita de metal duro no es más grande que una uña, las permutaciones de su construcción (ángulos, sustratos, recubrimientos, constitución del material, estructura cristalina y tratamientos como la deposición química o física de vapor) son casi infinitas. La combinación y la mezcla adecuadas pueden dar resultados a medida para usos específicos del cliente.