La industria aeroespacial se ha fijado el objetivo de reducir a cero las emisiones de gases de efecto invernadero para 2050.
Para alcanzar este objetivo y por las normativas sobre emisiones más exigentes se están requiriendo temperaturas de servicio más elevadas para los nuevos tipos de motores lo que avoca a la industria aeronáutica al empleo de nuevos materiales mas duros.
Con el ojo puesto en 2050 se presentan grandes cambios en la industria como por ejemplo el uso de las nuevas super aleaciones termoresistentes ( HRSA ) que se emplearan para los componentes mas calientes. Esta revolución de los materiales que por sus requerimientos son mas duros presentan algunos problemas para los mecanizadores ya que necesitan herramientas adecuadas y aquí reside el quid de la cuestión.
Entre los problemas que presentan estas nuevas super aleaciones nos encontramos con que la intensidad de las altas temperaturas provoca fuerzas de corte elevadas; la baja conductividad térmica y los excelentes resultados de templabilidad generan temperaturas de corte muy elevadas; Y, finalmente, las tendencias de templado de la pieza provocan desgaste en entalla.
De qué componentes estamos hablando?
Nos estamos refiriendo por ejemplo a los discos de turbina, las carcasas y los ejes pues gran parte de estas piezas son de paredes finas y complejas.
Estos componentes de los motores, tienen un papel clave en la seguridad y deben cumplir con estrictos criterios de calidad y precisión dimensional. Las condiciones previas para alcanzar el éxito en su mecanizado incluyen disponer de una máquina potente, de herramientas rígidas, de plaquitas de alto rendimiento y de una programación óptima.
Los métodos de mecanizado dominantes son variables; por lo general, los discos, los anillos y los ejes se tornean, mientras que las carcasas y los álabes se suelen fresar.
El mecanizado de este tipo de aleaciones suele dividirse en tres etapas.
Durante la primera etapa de mecanizado , una pieza en bruto forjada o fundida recibe su forma básica. La pieza suele encontrarse en estado blando, pero a menudo presenta una corteza rugosa e irregular, o cascarilla. La prioridad principal es una excelente productividad y una retirada de material eficiente.
Entre la primera etapa y la fase intermedia de mecanizado, la pieza recibe un tratamiento térmico para alcanzar un estado envejecido de dureza muy superior. En este punto, el componente puede recibir su forma final, salvo por la tolerancia permitida, que se deja para la fase de acabado. Una vez más, los esfuerzos se centran en la productividad, aunque también es importante la seguridad del proceso.
Plaquitas de metal duro
Durante la última etapa de mecanizado , se crean la forma final y el acabado superficial. En este caso, el foco se pone en la calidad superficial y la precisión de las tolerancias dimensionales, así como en evitar las deformaciones y el exceso de esfuerzo residual. La precisión y la fiabilidad de los componentes críticos se garantizan mediante la aplicación de un proceso de mecanizado certificado y de eficacia probada.
Los requisitos generales para las plaquitas intercambiables incluyen una excelente tenacidad del filo y una elevada adhesión entre el sustrato y el recubrimiento. Si bien se emplean formas básicas negativas por su alta resistencia y su asequibilidad, la geometría debe ser positiva.
Cuando se mecanizan estos materiales siempre debe aplicarse refrigerante, excepto al fresar con plaquitas de cerámica. Las plaquitas de cerámica requieren un volumen abundante, mientras que, en el caso del metal duro, lo esencial es la precisión del chorro. Al usar plaquitas de metal duro, el refrigerante a alta presión ofrece más ventajas, como una vida útil prolongada de la herramienta y un control de virutas eficiente.
Los parámetros de mecanizado varían en función de las condiciones y del material. En la primera etapa del mecanizado, se busca principalmente una buena productividad mediante el uso de altas velocidades de avance y grandes profundidades de corte. En la fase intermedia de mecanizado, se suelen utilizar plaquitas de cerámica para alcanzar velocidades más elevadas. Las etapas finales se centran en la calidad, por lo que la profundidad de corte es más reducida. Dado que una velocidad de corte demasiado elevada puede deteriorar la calidad superficial, para el acabado se utilizan plaquitas de metal duro.
Un filo agudo
La deformación plástica y la entalla son los mecanismos de desgaste más habituales de las plaquitas de metal duro, mientras que el desgaste por corte superior es más común en las plaquitas de cerámica.
La vulnerabilidad a la deformación plástica disminuye al aumentar la resistencia al desgaste y al calor.
Una geometría positiva y un filo agudo son también factores importantes para reducir la generación de calor y las fuerzas de corte. Para evitar el desgaste en entalla en el filo de corte principal, se recomienda un ángulo de posición pequeño; por ejemplo, a través del uso de plaquitas redondas o cuadradas, o una profundidad de corte inferior al radio de punta.
Un mecanizado eficiente de componentes de motores fabricados con HRSA requiere una solución integral bien equilibrada que, específicamente, debe tener en cuenta factores como el estado de la pieza, el material de la herramienta y las recomendaciones asociadas de datos de corte, así como el uso de refrigerante y de estrategias de mecanizado optimizadas. Teniendo en cuenta estos factores, los fabricantes pueden contribuir al objetivo de la industria aeroespacial de reducir a cero las emisiones de gases de efecto invernadero para 2050.
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