Nuevas calidades que facilitan el mecanizado de componentes estructurales aeroespaciales

El especialista en herramientas de corte y sistemas portaherramientas Sandvik Coromant ha presentado dos nuevas calidades de plaquitas para acometer las extremas exigencias del fresado de titanio. Las calidades S30T y S40T utilizan los últimos desarrollos en substrato y recubrimiento para poder resolver los retos del fresado de titanio donde las cargas térmicas, químicas y mecánicas en los filos de corte llevan a la mayoría de los materiales de herramientas de corte al límite de sus capacidades.

El uso de titanio en componentes estructurales en el sector aeroespacial está creciendo con gran rapidez, gracias sobre todo a la alta relación resistencia-peso del material, a su capacidad de permanecer robusto a temperaturas elevadas y a su impresionante resistencia a la corrosión. Por ejemplo, un 15% del peso del nuevo Boeing 787 Dreamliner es de titanio, lo que es significativamente más titanio que en el modelo anterior y más pesado Boeing 777.

CoroMill 690- S30T- S40T- Titanio. Las nuevas calidades de plaquitas S30T y S40T de Sandvik Coromant diseñadas para solventar las exigencias extremas del fresado de titanio utilizan los últimos desarrollos en substrato y recubrimiento para poder resolver los retos del fresado de titanio donde las cargas térmicas, químicas y mecánicas en los filos de corte llevan a la mayoría de los materiales de herramientas de corte al límite de sus capacidades.

A pesar del obvio gran atractivo de la baja densidad y alta robustez de este metal, otras propiedades han conspirado para frustrar el éxito del mecanizado del titanio y de sus aleaciones. Por ejemplo, el titanio es un mal conductor del calor, lo que significa que el calor generado por el corte no se disipa rápidamente del filo de corte o de la cara de la herramienta. El titanio tiene también una fuerte tendencia a la aleación y a la reacción química a altas temperaturas. Esto causa problemas como deformación plástica, soldadura o adherencia junto con una rápida destrucción del filo de corte. Además, el titanio exhibe un relativamente bajo módulo elástico, con lo que las piezas delgadas tienden a flexar bajo la presión de la herramienta y a causar problemas de vibraciones, fricción de la herramienta y tolerancia, mientras que las características metálicas del titanio hacen que se forme un importante ángulo de cizalla por delante del filo de corte. A su vez, esto causa que una viruta delgada esté en contacto con un área relativamente pequeña de la cara de la herramienta de corte, lo que genera una alta carga de rodamiento por unidad de área.

El mecanizado de estructuras de titanio para aeronaves, al igual que las hechas de aluminio, es fundamentalmente un ejercicio de mecanizado de cavidades. Las piezas estructurales de aeronaves, con sus webs y sus costillas, están hechas de múltiples cavidades, algunas de ellas profundas, lo que dificulta aún más el mecanizado.

CoroMill 690- S40T- Titanio.

Tanto para operaciones de desbaste como de acabado, las calidades S30T y S40T proporcionan mayores niveles de fiabilidad y resistencia. Las dos calidades están disponibles para la mayor parte de las fresas CoroMill para operaciones como el fresado frontal, escuadrado, fresado de filo largo y de alto avance, así como para tareas de avance axial, perfilado y fresado de ranuras. Se muestran especialmente efectivas en combinación con CoroMill 690.

Las dos calidades son características en sus capacidades y se debe seleccionar una o la otra en función de las condiciones de corte y los requisitos de la pieza final.

La calidad de plaquita S30T, por ejemplo, se ha desarrollado con la productividad en mente. Combina las propiedades de un substrato de metal duro de grano fino con un recubrimiento de PVD resistente al desgaste. Esto permite tener filos de corte muy agudos que resisten la fatiga y los problemas de micro-astillado, lo que permite a los talleres de mecanizado tiempos de corte más prolongados a mayores velocidades de corte. Se debe seleccionar la calidad S30T cuando la estabilidad es relativamente buena y las condiciones de corte son predecibles.

Por el contrario, la idea que está detrás del desarrollo de la calidad S40T es superar las condiciones de mecanizado difíciles, cuando la trayectoria de la fresa no está optimizada, por ejemplo, o cuando existe poca estabilidad con una vibración de moderada a severa. Esta calidad combina un carburo cementado especialmente resistente con un fino recubrimiento de CVD, para proporcionar una calidad que soporta la vibración y otras condiciones de mecanizado difíciles y poder disponer de tiempos de corte más prolongados. Como ventaja adicional, la calidad S40T ofrece unas características de desgaste predecibles, lo que garantiza que el filo de corte se va quedando romo de forma gradual, en lugar de romperse, lo que reduce la posibilidad de que se generen componentes defectuosos o se produzca tiempo de inactividad.

Ambas calidades requieren refrigerante, preferiblemente suministrado de forma interna a alta presión, lo que multiplicará por dos la vida de la herramienta en comparación con refrigerante a presión normal. Se evita el crítico recorte de virutas que daña la herramienta, ya que las virutas soldadas son evacuadas lejos de la zona de corte.

En una prueba de corte, la calidad S30T se comparó con un producto de la competencia durante el desbaste en escuadra de un componente estructural aeroespacial hecho de Ti-6Al-4V (330 HB). Utilizando una fresa CoroMill 390 de 63 milímetros de diámetro, la calidad S30T superó a su rival por un 107 % (una vida de la herramienta de 58 minutos en lugar de los 28 del producto de la competencia). En la prueba, los parámetros de corte fueron idénticos en ambas fresas: profundidad de corte: 7,7 mm; empañe radial: 16 mm; velocidad de corte: 75 m/min; avance por diente: 0,1.

Del mismo modo, la calidad de plaquita S40T demostró un buen rendimiento frente a un producto de la competencia en operaciones de desbaste frontal y de esquinas en un componente estructural aeroespacial forjado de Ti-6Al-4V (300 HB). Utilizando una fresa CoroMill 300 de 50 mm de diámetro, la calidad S40T consiguió una mejora de la vida de la herramienta de un 80% (140 minutos frente a 78 minutos).

S30T- CoroMill 390- R390- Titanio.

En ambas pruebas se pudo haber incrementado los datos de corte, lo que hubiera producido mayores incrementos de productividad, pero a costa de reducir la vida de la herramienta. En las situaciones de producción normales, aumentar la productividad genera muchas más recompensas para el cliente que alargar la vida de la herramienta. Sin embargo, esto puede depender de la aplicación en los casos en los que la velocidad de corte necesita ser seleccionada para que coincida con operaciones de mecanizado específicas. Por ejemplo, si la trayectoria de la herramienta es muy larga, necesitará una vida de la herramienta mayor y por lo tanto se deberá reducir la velocidad de corte. Son posibles velocidades de corte elevadas para pasadas de medias a cortas.

De modo que ¿cómo podemos trasladar esta información a aplicaciones aeroespaciales reales? El equipo de I+D de Sandvik Coromant ha trabajado duro para desarrollar soluciones para componentes estructurales específicos, generalmente piezas para alas, bordes de alas, pilones o secciones de cola. Sandvik Coromant sabe que la industria aeroespacial es uno de los sectores con mayor exigencia técnica del mundo. Con la utilización de materiales cada vez más difíciles de mecanizar, especificaciones más estrictas y constantes limitaciones de tiempo, los fabricantes de piezas aeroespaciales tienen muchas restricciones; sin embargo, el desarrollo de las calidades de plaquita S30T y S40T es un importante adelanto en la optimización del proceso de fresado del titanio.

Pongamos como ejemplo la viga del tren de aterrizaje de un fuselaje. En este caso, el uso de las calidades S30T y S40T con CoroMill 300 ofrece al cliente la opción de paso estrecho y de agujeros para el refrigerante, lo que facilita una solución optimizada para los componentes de titanio. Para el fresado frontal en desbaste de la viga del tren de aterrizaje se recomienda programar un laminado hacia dentro del corte en el sentido de las agujas del reloj. Al realizar este laminado hacia dentro del corte, el grosor de la viruta a la salida es siempre cero, lo que permite mayor velocidad de avance y mayor vida de la herramienta. Una fresa de plaquita redonda proporcionará la mejor productividad y vida de la herramienta gracias al ángulo de inclinación y al efecto de adelgazamiento de las virutas.

Fresa CoroMill 690.

Para el perfilado en dos dimensiones en desbaste de la viga del tren de aterrizaje de un fuselaje, la opción preferida es CoroMill 690 con calidades de plaquita S30T y S40T. La localización axial está integrada en la parte inferior de estas plaquitas para evitar el movimiento y para permitir una alta velocidad de arranque de viruta en condiciones seguras.

Las nuevas calidades también proporcionan una solución optimizada para el ranurado de los soportes de pilón del ala cuando se utilizan con CoroMill 331 (con cartuchos ajustables). Las ranuras de estos componentes son profundas y estrechas, lo que significa que fresas laterales y frontales como CoroMill 331 ofrecen la mejor estabilidad y productividad. Las fresas pueden incluso estar integradas en un tren de fresas para mecanizar al mismo tiempo más de una superficie en el mismo plano.

Otras aplicaciones de estructuras aeroespaciales incluyen el desbaste de cavidades en dos dimensiones en carros de filo posterior. En estos casos, la apertura de una cavidad en dos dimensiones con métodos de espiral utilizando la fresa de filo largo CoroMill 390 con una plaquita de titanio de 11 mm y calidad S30T proporciona una velocidad de arranque de viruta excelente. Se recomienda mantener bajo el arco de conexión al realizar cavidades: producir un agujero de entrada grande, laminar hacia dentro del corte y, a continuación, programar con radio grande para evitar vibraciones en las esquinas.

Muchas otras aplicaciones de estructuras aeroespaciales se pueden beneficiar del uso de las calidades S30T y S40T, incluyendo cajas del ala, costillas del ala, guías de aletas y alerones para filos anteriores y posteriores, accesorios de empuje de pilón, piezas de motor de pilón y accesorios del tren de aterrizaje.