Usinagem de 5 eixos na indústria aeroespacial: um guia completo para processos, materiais especiais e conformidade.

A usinagem de 5 eixos para o setor aeroespacial é uma ferramenta essencial para superar os gargalos tecnológicos na indústria de manufatura aeroespacial. Os problemas enfrentados atualmente pelo setor são significativos:

A complexidade geométrica das peças continua aumentando, grande parte dos materiais utilizados, como ligas de titânio e Inconel 718, são difíceis de usinar, e há necessidade de controlar rigorosamente as tolerâncias dimensionais críticas dentro de ±0,005 mm. Além disso, o sistema AS9100D impõe requisitos muito rigorosos para o controle e a rastreabilidade do processo.

Essa tecnologia, sendo a única maneira, rompe os limites da fabricação de peças aeroespaciais , abrindo caminho para que a cadeia de suprimentos global alcance uma combinação perfeita de precisão, eficiência e conformidade.

Visão geral das respostas principais

Principais conclusões:

• Precisão é sinônimo de segurança: a tolerância para peças aeroespaciais geralmente é mantida dentro de ±0,005 mm . A usinagem de precisão aeroespacial é a base técnica para alcançar confiabilidade em voo.
• Os materiais determinam os processos: a liga de titânio tem apenas metade da condutividade térmica do aço inoxidável, e o Inconel 718 caracteriza-se por uma resistência extremamente alta a temperaturas elevadas; portanto, uma estratégia de fresagem CNC de 5 eixos é a mais indicada.
• A conformidade gera valor: a certificação AS9100D, juntamente com a rastreabilidade completa do processo, é a chave para a integração da cadeia de suprimentos internacional na indústria de fabricação de peças aeroespaciais.
• Vantagens da produção chinesa: Graças a uma cadeia industrial consolidada e à capacidade de resposta rápida, os centros de usinagem CNC de 5 eixos da China estão se tornando uma das melhores opções para a fabricação aeroespacial global.

Por que confiar neste guia? A experiência da JS Precision em usinagem de 5 eixos no setor aeroespacial.

O valor fundamental deste guia reside nos mais de dez anos de experiência prática da JB Precision em usinagem de 5 eixos para o setor aeroespacial.

Tendo entregue mais de 5.000 projetos de usinagem CNC de 5 eixos e atendido mais de 30 empresas da cadeia de suprimentos da Boeing e da Airbus, a JS Precision criou um banco de dados de processos proprietário para usinagem de peças aeroespaciais de titânio em 5 eixos e usinagem de Inconel 718 em 5 eixos para o mesmo setor.

Todos os nossos engenheiros líderes possuem pelo menos 15 anos de experiência na indústria de fabricação aeroespacial, o que lhes confere a capacidade de prever e resolver com precisão mais de 99% dos riscos técnicos na usinagem, como deformação na usinagem de ligas de titânio e desgaste de ferramentas de Inconel 718, que são problemas comuns no setor.

Nossas soluções de processo são todas comprovadas em produção. Por exemplo, um estudo de caso de usinagem de pás de turbina de motor aeroespacial mostrou que a otimização por meio de uma fresadora CNC de 5 eixos reduziu o ciclo de produção em 45% e diminuiu a taxa de refugo para menos de 0,8%.

Além disso, o sistema de qualidade da JS Precision está em total conformidade com as normas AS9100D , sendo, portanto, um fornecedor certificado e reconhecido pelos principais fabricantes aeroespaciais globais.

Em termos de maquinário, a JS Precision possui um total de 28 centros de usinagem CNC de 5 eixos de marcas globais líderes , como DMG MORI e Makino , que incluem todas as configurações, como os tipos de mesa dupla e cabeçote inclinável, com uma área máxima de usinagem de 2000×2000×1800mm, sendo, portanto, capaz de lidar com qualquer categoria, desde peças de microprecisão até grandes componentes estruturais.

Além disso, criamos um laboratório especializado em materiais exóticos, onde continuamos a aprimorar os parâmetros de corte para ligas de titânio e Inconel 718, mantendo assim nossas soluções de processo na vanguarda do setor.

Deseja comprovar nossas capacidades em usinagem de 5 eixos para o setor aeroespacial? Entre em contato com a equipe de engenharia da JS Precision agora mesmo, explique suas necessidades de usinagem e receba um relatório gratuito de análise de viabilidade de processo personalizado, que abordará diretamente seus principais desafios de usinagem.

O que é usinagem de 5 eixos na indústria aeroespacial e como ela revolucionará a fabricação de peças aeroespaciais?

A principal diferença entre a usinagem CNC de 5 eixos e a usinagem convencional de três eixos reside na inovação da dimensão do movimento . Compatível com a indústria aeroespacial, essa tecnologia impulsiona a transformação da fabricação de peças aeroespaciais e permite que a usinagem de peças complexas alcance um equilíbrio entre precisão e eficiência.

Os princípios fundamentais da usinagem de 5 eixos

A usinagem tradicional de 3 eixos, com suas limitações "2.5D", difere da usinagem CNC de 5 eixos pelo fato de esta última ter adicionado eixos rotativos A e B aos eixos X, Y e Z , permitindo que a ferramenta se mova em cinco graus de liberdade.

A ferramenta consegue usinar superfícies curvas complexas em uma única configuração, evitando assim erros de posicionamento acumulados e atendendo completamente aos padrões de usinagem de precisão de peças aeroespaciais.

Uma mudança de paradigma na fabricação de peças aeroespaciais

1. Precisão extrema: Uma única configuração reduz os erros de posicionamento de mais de 0,02 mm para ±0,005 mm, permitindo atender facilmente aos requisitos de precisão dimensional de peças aeroespaciais.

2. Capacidade de Superfície Complexa: Discos com lâminas integrais, pás de turbina , etc., podem ser fabricados em uma única operação , reduzindo assim o tempo de espera do processo.

3. Ciclo de entrega 40% mais curto: A redução da mão de obra e do projeto de dispositivos, a otimização dos processos e a adaptação às necessidades de entrega rápida de projetos aeroespaciais são os resultados.

Quer saber como suas peças aeroespaciais podem alcançar a otimização de processos por meio da usinagem de 5 eixos? Envie seu modelo 3D e os engenheiros da JS Precision criarão uma solução personalizada de fresagem CNC de 5 eixos para você, sem custo algum, abrindo caminho para a redução de custos e o aumento da eficiência.

Figura 1: Um close-up de vários componentes de liga de titânio de alta precisão e formato complexo, mostrando os resultados da manufatura avançada.

Quais são os principais desafios na usinagem de titânio e Inconel com uma fresadora CNC de 5 eixos?

As propriedades dos materiais dos componentes aeroespaciais determinam em grande parte o grau de dificuldade da fresagem CNC de 5 eixos. Ligas de titânio e Inconel 718, como materiais principais, são difíceis de usinar devido às características físicas específicas desses materiais, sendo necessárias estratégias de processo especiais.

O aspecto térmico da usinagem de ligas de titânio

A condutividade térmica das ligas de titânio é apenas metade da do aço inoxidável (para o Ti-6Al-4V, é de cerca de 7 W/m·K). No corte, o calor é gerado principalmente no ponto de contato entre a ferramenta e a peça, o que reduz a vida útil da ferramenta.

O problema pode ser resolvido mantendo as melhores condições de corte por meio de articulações de 5 eixos, refrigeração de alta pressão e sistemas ativos de amortecimento de vibração.

O desafio da resistência a altas temperaturas do Inconel 718

O Inconel 718 mantém sua alta resistência acima de 600, mas sua usinabilidade é muito baixa e o desgaste da ferramenta é bastante rápido . Portanto, ferramentas de cerâmica ou de metal duro de alto desempenho devem ser utilizadas, juntamente com métodos de fresamento trocoidal e parâmetros de corte finamente ajustados para obter um equilíbrio entre produtividade e vida útil da ferramenta.

Comparação dos parâmetros de usinagem do núcleo entre liga de titânio e Inconel 718:

Quer solucionar os desafios de usinagem da liga de titânio/Inconel 718? Agende uma consulta individual com um engenheiro de processos da JS Precision e receba gratuitamente uma tabela de parâmetros de fresamento CNC de 5 eixos personalizada para melhorar a eficiência da usinagem.

Figura 2: Um potente centro de usinagem de 5 eixos está fresando ativamente um grande componente circular de titânio para o setor aeroespacial, com o fluido de corte visível.

Como garantir a qualidade e a conformidade na usinagem de precisão aeroespacial?

A essência da usinagem de precisão aeroespacial reside na obtenção de produtos com "zero defeitos". A norma AS9100D é muito rigorosa e limita as opções. As garantias duplas para atender aos requisitos dessa norma são a tecnologia aprimorada do centro de usinagem CNC de 5 eixos e um sistema de qualidade abrangente. Todo o processo deve ser rastreável e controlável.

Medição em máquina e controle em malha fechada

Atualmente, os centros de usinagem CNC de 5 eixos vêm equipados com sensores de deslocamento do fuso e sistemas de ajuste de ferramentas a laser que permitem à máquina detectar e compensar as dimensões críticas em tempo real . A JS Precision conseguiu limitar a variação de uma peça da indústria aeroespacial a 0,003 mm, proporcionando assim arestas de corte sem rebarbas.

Medição por coordenadas e rastreabilidade de todo o processo

As peças usinadas devem ser medidas por uma máquina de medição por coordenadas (MMC) e um relatório deve ser emitido. O registro das informações essenciais é imprescindível na usinagem de precisão aeroespacial. A JS Precision utiliza um sistema MES para a digitalização completa dos dados do processo .

Sistema de Gestão da Qualidade AS9100D

A norma AS9100D é o padrão mínimo para qualquer fornecedor na indústria aeroespacial. A certificação da JS Precision trouxe três grandes benefícios: entendimento mútuo das especificações, garantia de auditoria por terceiros e integração perfeita da cadeia de suprimentos global.

Efeito do tratamento de superfície na vida útil à fadiga de componentes aeroespaciais

Os componentes aeroespaciais exigem um nível muito elevado de integridade superficial. Os processos de jateamento com esferas de liga de titânio e passivação de Inconel 718 da JS Precision estão em total conformidade com as normas MIL-DTL-5541 .

Tratamentos de superfície comuns e requisitos de processo para peças aeroespaciais

Centro de usinagem CNC de 5 eixos: mesa com munhão ou cabeçote giratório – qual escolher?

A configuração de um centro de usinagem CNC de 5 eixos tem um impacto direto na eficiência e precisão da usinagem de peças aeroespaciais. A seleção precisa das peças com base em suas características é uma etapa crucial. A JS Precision oferece configurações com mesa dupla, mesa giratória e cabeçote rebatível para atender a diversas necessidades.

Prós e contras da estrutura de mesa dupla com baú

• Vantagens: Resistente a alta rigidez, custo moderado, trajetória de ferramenta estável, bom para produção em larga escala de componentes estruturais aeroespaciais de pequeno e médio porte , e pode ser usado para peças de liga de titânio, como suportes de satélite.
• Contras: Capacidade de carga da mesa limitada (geralmente ≤500kg), não adequada para usinagem de vigas grandes de liga de titânio e peças de estrutura.

Casos de uso para a estrutura da cabeça giratória

• Vantagens: Capaz de processar peças grandes com peso superior a 5 toneladas, possui uma ampla gama de usinagem, é adequada para peças grandes como longarinas de asas de aeronaves e é capaz de fresar cavidades profundas e peças de grandes dimensões .
• Contras: Equipamento caro, requisitos exigentes para programação de 5 eixos e software de pós-processamento, e necessidade de uma equipe técnica profissional para operar.

Como selecionar o equipamento certo com base nas características da peça?

A JS Precision sugere levar em consideração o tamanho, o material e o lote de produção da peça:

• Para peças estruturais de liga de titânio com diâmetro superior a 1000 mm, uma máquina com cabeçote basculante é considerada a melhor opção.
• Para componentes de alta precisão de pequeno a médio porte, utiliza-se um tipo de inclinação dupla para alcançar eficiência e precisão.
• A título de exemplo, um modelo de dupla inclinação aumenta a eficiência de usinagem em 25% para pequenos discos de turbina, enquanto um modelo de cabeçote inclinável permite a usinagem com uma única fixação de grandes estruturas de fuselagem.

Figura 3: Um diagrama lado a lado compara uma máquina CNC de 5 eixos do tipo munhão e uma do tipo cabeçote giratório.

Por que escolher a JS Precision como sua parceira para suas necessidades de usinagem de 5 eixos no setor aeroespacial?

Na usinagem aeroespacial de 5 eixos, a tecnologia, os equipamentos e a conformidade de um parceiro afetam diretamente o sucesso da usinagem. A JS Precision atua no setor aeroespacial há mais de 10 anos. Suas principais competências são a usinagem aeroespacial de 5 eixos em ligas de titânio e Inconel 718 , o que a torna uma parceira aeroespacial de excelência em todo o mundo.

Experiência e conhecimento especializado

A equipe de engenharia da JS Precision já trabalhou com mais de 2.000 tipos de peças aeroespaciais, possuindo, portanto, um banco de dados completo de materiais e processos de usinagem complexos. Eles conseguem prever e solucionar 99% dos problemas de usinagem , incluindo a deformação de peças de liga de titânio com paredes finas.

Equipamentos e capacidades

A fábrica possui centros de usinagem CNC de 5 eixos da DMG MORI e Makino , com uma área máxima de usinagem de 2000×2000×1800mm e capacidade de produção de peças de 5 toneladas. Esses equipamentos atendem aos requisitos de usinagem de ligas de titânio de alta resistência e permitem a usinagem em uma única parada.

Serviço completo em um só lugar

A JS Precision oferece uma solução de alto nível que abrange desde a otimização de DFM (Design for Manufacturing), compra de materiais e usinagem de 5 eixos até o tratamento de superfície, o que simplifica a gestão da cadeia de suprimentos.

Conformidade e Confiabilidade

A JS Precision possui as certificações de processos especiais AS9100D e NADCAP. Cada lote de peças é acompanhado de um certificado de qualidade de material, relatório de inspeção CMM e relatório de primeira peça (FAI) , atendendo assim integralmente aos requisitos de conformidade.

Estudo de Caso da JS Precision: Redução de Custos de 40%! Fornecedor de Motores Aeroespaciais dos EUA Supera Gargalo na Produção de Componentes de Titânio

Desafio

Um fornecedor americano de nível 1 para os setores aeroespacial e de motores é o principal defensor do gargalo da liga de titânio (material TC4, diâmetro de 850 mm, espessura mínima da parede de 1,2 mm), que apresentava dois grandes problemas:

• O prazo de entrega do fornecedor europeu original era de até 22 semanas.
• A taxa de deformação durante a usinagem chegou a 12% , com o custo de usinagem de uma única garrafa ultrapassando US$ 8.000, o que impactou severamente o andamento e os lucros do projeto.

Após estudos comparativos, o fornecedor decidiu colaborar com a JS Precision para descobrir avanços nos processos e otimizar custos.

Solução

A JS Precision, que possuía vasta experiência na fabricação de peças aeroespaciais, introduziu uma estratégia de otimização de processo em três etapas:

Etapa 1: Otimização DFM e Simulação de Processos

Redistribuição da sobremedida com base em análise de elementos finitos, priorizando o tratamento térmico para minimizar a deformação resultante da liberação de tensões durante a usinagem, e desenvolvimento de um dispositivo de fixação flexível especialmente projetado para controlar erros de fixação dentro de 0,03 mm.

Etapa 2: Inovação de Processos em 5 Eixos

Seguindo um processo gradual de " desbaste + semiacabamento + envelhecimento + acabamento ", a etapa de acabamento utiliza fresamento cicloidal para controlar as flutuações da força de corte, removendo uniformemente as sobremedidas de um lado e evitando a deformação de peças de paredes finas.

Etapa 3: Medição na máquina e compensação em malha fechada

Na usinagem, a medição é feita após a conclusão de cada elemento-chave. Além disso, os dados de medição são enviados automaticamente de volta ao sistema CAM para ajustar o percurso da ferramenta para o próximo elemento, garantindo assim que a tolerância da espessura da parede permaneça sempre dentro de ±0,05 mm .

Resultados

No final, a JS Precision alcançou uma melhoria significativa na eficiência do processamento:

• A taxa de refugo por deformação da carcaça do ventilador de liga de titânio foi reduzida de 12% para menos de 1,5% .
• Os custos totais de aquisição foram reduzidos em 40% em comparação com os fornecedores europeus (o custo unitário foi reduzido para menos de US$ 4.800 ).
• O prazo de entrega foi mantido em 10 semanas , permitindo que o cliente acelerasse a entrega do motor e garantisse pedidos de cooperação a longo prazo.

Deseja replicar essa redução de custos e aumento de eficiência? Compartilhe com os engenheiros da JS Precision os principais problemas que você enfrenta na usinagem de peças e receba gratuitamente uma solução personalizada de usinagem de 5 eixos para o setor aeroespacial, capaz de superar os gargalos de produção.

Figura 4: Imagem principal de uma peça cilíndrica aeroespacial finalizada, cercada por pequenos ícones que representam as etapas do processo de usinagem de 5 eixos.

Como obter um orçamento detalhado para usinagem personalizada de 5 eixos no setor aeroespacial?

Obter um orçamento preciso é o primeiro passo para uma parceria. A precisão de um orçamento depende da abrangência dos dados técnicos fornecidos. O processo de orçamentação profissional e ágil da JS Precision oferece aos clientes detalhes de custos claros e objetivos , permitindo-lhes controlar seus gastos.

Quais detalhes técnicos devem ser fornecidos para um orçamento?

• Modelo 3D (formato STEP/IGES) , com anotações claras de todas as características da peça.
• Desenhos 2D (indicando as principais tolerâncias dimensionais e os requisitos de tratamento de superfície), definindo claramente os padrões de precisão.
• Especificações do material (liga de titânio TC4, Inconel 718, etc.), que determinam a direção do processo.
• Cronograma anual de demanda e entrega, facilitando o planejamento da produção.

Principais fatores que afetam a precificação

• Custo do material: As ligas de titânio são de 5 a 8 vezes mais caras que as ligas de alumínio, e o Inconel 718 é cerca de 1,5 vezes mais caro.
• Tempo de usinagem: A complexidade da peça afeta os custos de tempo de usinagem; portanto, peças com superfícies curvas complexas são mais caras.
• Requisitos de Controle de Qualidade: A inspeção completa por CMM e o monitoramento do processo SPC aumentam os custos de inspeção, mas ajudam a minimizar os riscos de qualidade .

Processo de cotação rápida para JS Precision

A JS Precision é capaz de fornecer uma avaliação de viabilidade de fabricação, orçamento detalhado, prazo de entrega de amostras e planejamento de produção em lotes em até 24 horas após o recebimento dos desenhos. Além disso, a empresa garante fornecer todas essas informações de forma clara e sem custos ocultos .

Deseja um orçamento para usinagem personalizada de 5 eixos para o setor aeroespacial? Envie os dados técnicos da sua peça para a JS Precision, indicando "Orçamento para Peças Aeroespaciais", e você receberá um orçamento detalhado em até 24 horas, acelerando o seu projeto.

Perguntas frequentes

P1: Quais são os principais benefícios da usinagem de 5 eixos em comparação com a usinagem de 3 eixos?

A usinagem de 5 eixos permite usinar superfícies curvas complexas em uma única operação, sem a necessidade de reposicionar a peça diversas vezes. Isso não só evita o acúmulo de erros, como também resulta em um alto nível de precisão, de até ±0,005 mm. Além disso, reduz significativamente o ciclo de produção de peças aeroespaciais.

Q2: O que faz com que a usinagem de ligas de titânio leve rapidamente ao desgaste da ferramenta?

O titânio possui uma condutividade térmica muito baixa, portanto o calor gerado permanece na zona de corte. Além disso, a ponta da ferramenta sofre ataque químico, pois o titânio é muito reativo e adere facilmente à superfície da ferramenta . Assim, para minimizar o desgaste da ferramenta, é necessário aplicar o corte com inclinação em 5 eixos, juntamente com refrigeração de alta vazão.

Q3: Qual o material de ferramenta mais adequado para usinar Inconel 718?

É comum usar ferramentas de cerâmica ou de metal duro de alto desempenho para usinar Inconel 718. Para manter a rigidez da ferramenta e minimizar a excentricidade na usinagem de 5 eixos, recomenda-se também o uso de um porta-ferramentas HSK-A125.

Q4: Qual o peso da certificação AS9100 para fornecedores de peças aeroespaciais?

A certificação AS9100 é praticamente o requisito básico que os principais fabricantes aeroespaciais exigem de seus fornecedores. Ela garante os sistemas de qualidade e a rastreabilidade de todo o processo, estando, portanto, em conformidade com os requisitos de usinagem de precisão da indústria aeroespacial.

Q5: Quais são as faixas de tolerância típicas para peças aeroespaciais?

A tolerância dimensional principal das peças aeronáuticas geralmente é de ± 0,005 mm a ± 0,01 mm, e a parte central precisa estar livre de rebarbas. A rugosidade da superfície precisa atender ao padrão de precisão de Ra ≤ 0,8 μm .

Q6: Como vocês mantêm a consistência na produção em massa?

Utilizando SPC para monitoramento do processo, inspeção inicial da peça e amostragem em lote com CMM, todo o processo de usinagem de cinco eixos é controlado digitalmente, o que permite alcançar de forma consistente e estável a precisão dimensional das peças produzidas em massa.

Q7: Quanto tempo leva desde os desenhos até os protótipos?

Para peças aeroespaciais complexas típicas, a primeira unidade pode ser entregue de 2 a 3 semanas após a confirmação do desenho. Os centros de usinagem de cinco eixos da JS Precision permitem um rápido planejamento da produção para atender às necessidades de verificação de protótipos.

Q8: Vocês seriam capazes de fornecer relatórios de rastreabilidade de materiais?

Sim, a JS Precision mantém certificados de garantia de qualidade para cada lote de materiais, registra os números de lote do forno, os dados do fluxo de processamento e pode fornecer um relatório completo de rastreabilidade que atende aos padrões AS9100D.

Resumo

A fabricação de peças aeroespaciais enfrenta um triplo desafio de precisão, materiais e conformidade.

A usinagem de 5 eixos para o setor aeroespacial é a solução principal, capaz de processar superfícies complexas em uma única fixação, superar o gargalo da usinagem de ligas de titânio e Inconel 718, e atender a todos os requisitos de conformidade do processo AS9100D.

A JS Precision possui amplo conhecimento neste setor, combinando tecnologia, equipamentos e experiência prática para ajudar a manter a usinagem de precisão aeroespacial padronizada e eficiente, auxiliando assim as empresas aeroespaciais globais a concluir a fabricação de peças aeroespaciais com baixo custo e alta precisão.

Se você está enfrentando dificuldades de usinagem para componentes aeroespaciais ou busca um parceiro confiável para usinagem de 5 eixos no setor aeroespacial, a JS Precision pode ser a sua melhor escolha em qualquer situação.

Não hesite em agir agora para transformar suas ideias de design em componentes confiáveis ​​que voam pelos céus e deixe que a manufatura de precisão abra caminho para o futuro da indústria aeroespacial.