Serviços de usinagem CNC aeroespacial: um guia abrangente | Precisão JS

A usinagem CNC aeroespacial continua sendo a tecnologia fundamental na busca pela fabricação suprema no setor aeroespacial. Em altitudes de dezenas de milhares de metros e próximo à órbita da Terra, o desempenho de cada componente decide se a missão será bem-sucedida e se a tripulação está segura.

A área aeroespacial é a fase final para o teste da fabricação de precisão. Ela exige peças que possam funcionar de forma consistente mesmo em ambientes extremos.

Assim, a usinagem CNC aeroespacial deve ser extremamente confiável e ter uma natureza ultraleve para que possa ser submetida a rigorosos desafios mecânicos e térmicos. De longe, a usinagem CNC simples e comum não pode atender a tais requisitos.

Este artigo examinará de perto o fascinante nicho da usinagem CNC aeroespacial sob uma dupla perspectiva: característica do material e limite do processo, bem como certificação de qualidade. JS Precision, capacidades unidas ou integradas em profundidade (usinagem CNC unida), explica a escolha de um parceiro, é o fator chave para tornar os projetos desde o projeto até o voo uma realidade.

Visão geral das principais respostas

Principais vantagens:

• A certificação é a barreira de entrada: O sistema de qualidade AS9100 é a entrada da usinagem CNC aeroespacial no mercado, proporcionando rastreabilidade completa e padrões extremamente elevados, desde materiais até produtos acabados.
• O processo determina o desempenho: Mudanças nos processos de usinagem CNC para se adequar a diferentes materiais, como ligas de titânio e ligas de alumínio aeroespacial, especialmente usinagem em alta velocidade de alumínio aeroespacial, são essenciais para garantir a resistência à fadiga e a precisão das peças.
• A integração ponta a ponta é crucial: O sucesso dos projetos de usinagem CNC de peças aeroespaciais depende da integração suave de design (DFM), processo, inspeção e gerenciamento de projetos (usinagem CNC unida).

Por que este guia para serviços de usinagem CNC aeroespacial é confiável?

Este guia é confiável por três motivos principais: ele analisa o setor, apresenta dados de validação exclusivos e JS Precision tem uma experiência madura em projetos. Mais de 8 anos de experiência profissional em usinagem CNC aeroespacial têm sido a base de nosso conhecimento técnico, como e métodos práticos, permitindo-nos produzir conteúdo profissional e útil.

Não utilizamos termos gerais e damos mais ênfase aos dados que podem ser utilizados. Por exemplo, nossa equipe alcançou uma taxa de aprovação de 99,5% e manteve as tolerâncias dentro de 0,0127 mm para peças de parede fina em liga de alumínio 7075-T6 com 0,8 mm de espessura.

Através da otimização de peças de liga de titânio Ti-6Al-4V, a vida útil da ferramenta foi estendida em 35% e cada peça produzida conseguiu economizar US$ 2.000, portanto, esses são alguns dos problemas tratados diretamente, como deformação e alto custo.

Além disso, nossas habilidades profissionais são comprovadas pelos padrões muito rígidos e de alto nível que seguimos, que são as certificações AS9100D e NADCAP.

A JS Precision conseguiu fornecer com sucesso os principais componentes estruturais da fuselagem e o conjunto da turbina do motor para uma aeronave elétrica de decolagem, decolagem e pouso vertical (EVT) para os clientes da América do Norte e da Europa, resolvendo assim os gargalos de produção em massa que os fornecedores locais não conseguiam.

De acordo com os requisitos da SAE AS9100D (cláusula 7.5.3) sobre rastreabilidade, realizamos um registro abrangente de dados de todo o processo.

Para cada peça é criado um arquivo digital twin contendo os respectivos certificados de materiais, parâmetros de usinagem e relatórios de inspeção, atendendo aos requisitos legais e permitindo que os clientes tenham serviços de visualização de produção totalmente transparentes.

Além disso, a JS Precision está aqui para apoiá-lo em uma ampla gama de questões, como deformação de peças finas e com paredes, trabalho com materiais duros ou usinados ou aprovação em auditorias de conformidade por meio da combinação de nosso conhecimento e experiência.

Até o momento, ajudamos mais de 12 startups aeroespaciais a reduzir seus custos de fabricação em aproximadamente 25% a 30% e a garantir suas entregas programadas, o que serve como prova de nossa capacidade como parceiro confiável.

Se você está procurando um parceiro confiável para seus projetos aeroespaciais, envie os desenhos das peças para a equipe de engenharia da JS Precision. Forneceremos um relatório de análise DFM gratuito, incluindo sugestões de otimização de processos e estimativas de custos, estabelecendo uma base sólida para o seu projeto.

O que é usinagem CNC aeroespacial e por que ela é única?

A usinagem CNC aeroespacial é um método de usinagem CNC de alta precisão projetado especificamente para a indústria aeroespacial. Seu núcleo é buscar o desempenho máximo, conformidade e equilíbrio abrangente das peças, e também é uma forma de aplicação de alto nível da tecnologia de usinagem CNC neste campo.

Além dos limites da usinagem regular

Realmente, os componentes de uma aeronave têm que funcionar sem falhas em temperaturas muito altas e muito baixas, como de 55°C drasticamente até +300°C. O processo de usinagem CNC com a ciência dos materiais e a aerodinâmica deve ser estreitamente combinado, e não apenas com os formatos das peças que a usinagem CNC comum só pode fazer.

Certificação e Padrões: Um Passaporte para Acesso à Indústria

O sistema AS9100 é a espinha dorsal da usinagem CNC para o setor aeroespacial, definindo a necessidade de rastreabilidade total, controle de documentos e prevenção de defeitos. Quando combinada com a acreditação NADCAP, torna-se a chave para desbloquear a cadeia de abastecimento aeroespacial.

Um triplo equilíbrio entre precisão, confiabilidade e leveza

Esses três fatores foram igualmente equilibrados e se tornaram o principal obstáculo na usinagem CNC de peças aeroespaciais: as tolerâncias dimensionais cruciais são muitas vezes tão apertadas quanto 0,0127 mm, portanto, testes 100% não destrutivos são necessários para garantir a confiabilidade e, ao mesmo tempo, a estrutura de paredes finas após a otimização da topologia se torna um problema muito sério de controle de deformação.

Figura 1: visão aproximada das rodas e da estrutura metálica do trem de pouso de uma aeronave.

Como o processo de usinagem CNC aeroespacial garante qualidade extrema?

A qualidade máxima da usinagem CNC aeroespacial é essencialmente atribuída ao controle total da cobertura da cadeia de processo do início ao fim. Cada etapa é executada com precisão, com o processo de usinagem CNC no centro do processo, com qualidade e sem cantos ou pontos cegos deixados de fora.

Usinagem de cinco eixos, a solução definitiva para geometrias complexas

A usinagem de cinco eixos é uma das capacidades normais da usinagem CNC aeroespacial. Consegue realizar a usinagem de características complexas em diferentes lados de uma peça em uma única fixação, evitando os erros repetitivos de posicionamento causados ​​por múltiplas fixações. Ao mesmo tempo, garante um alto grau de precisão e eficiência de usinagem.

Um sistema abrangente de controle de qualidade

O controle de qualidade é uma das coisas que acontecem durante todo o ciclo de vida da usinagem CNC aeroespacial.

• Na etapa CAM, as forças de corte e o risco de deformação são previstos através da simulação.
• Durante a usinagem, usando apalpadores de máquinas-ferramenta, são realizados monitoramento on-line e ajuste de parâmetros em tempo real.
• A inspeção 3D e os testes não destrutivos usando uma máquina de medição por coordenadas (CMM) removem completamente os defeitos.

Integridade da superfície, a base para a vida em fadiga

Através da otimização dos parâmetros de corte, da seleção de ferramentas especializadas e da combinação destas com operações de pós-processamento como rebarbação e shot peening, a vida à fadiga das peças pode ser aumentada em mais de 20%, sendo assim, é com grande precisão que a integridade da superfície e a segurança operacional são garantidas.

Por que a usinagem em alta velocidade é fundamental para peças de alumínio aeroespacial?

A usinagem de alumínio aeroespacial em alta velocidade é uma das principais formas de fabricar peças de liga de alumínio aeroespacial. Pode ser considerado uma conquista tripla de eficiência, precisão e custo. Além disso, representa uma das principais áreas de aplicação da usinagem CNC para a indústria aeroespacial.

Equilíbrio perfeito entre eficiência e precisão

Este método utiliza uma velocidade do fuso de mais de 20.000 rotações por minuto, juntamente com profundidades de passo muito pequenas, para remover o material de forma rápida e forçada e, ao mesmo tempo, diminuir a força de corte e a entrada de calor, controlando a deformação das peças de paredes finas da liga de alumínio 7075-T6 para dentro de 0,1 mm.

Obtendo qualidade de superfície superior

A usinagem de alta velocidade pode atingir um nível de rugosidade superficial de Ra 0,4m que satisfaz os requisitos extremamente elevados de superfícies aerodinâmicas ou superfícies de montagem de precisão em componentes aeroespaciais. Isso torna desnecessário o polimento manual, reduzindo assim o tempo de produção.

Estratégia Chave para Redução dos Custos Gerais de Produção

Embora a ferramenta de corte especializada seja mais cara, a usinagem em alta velocidade produz cavacos finos que são removidos com facilidade e suavidade, diminuindo o desgaste da ferramenta. Além disso, a usinagem eficiente reduz o tempo de inatividade da máquina-ferramenta, portanto, é adequada para a produção em massa de peças de liga de alumínio.

Deseja calcular as vantagens de custo da usinagem de alta velocidade para suas peças de liga de alumínio? Forneça à JS Precision o material e as dimensões de suas peças para receber um plano gratuito de comparação de custos de usinagem e entender claramente o potencial de redução de custos.

Figura 2: Ferramenta de corte CNC usinando uma peça metálica com fluxo de refrigeração.

Quais materiais e peças definem a usinagem CNC para o setor aeroespacial?

O núcleo da usinagem CNC para o setor aeroespacial é compreender a natureza dos materiais de alto desempenho, selecionar o processo de usinagem certo para cada um e fabricar com precisão várias peças essenciais.

Materiais preferidos para o setor aeroespacial

Aplicações típicas de materiais de peças

• A maioria dos componentes estruturais são feitos de ligas de alumínio, onde o principal requisito é o controle da deformação.
• Os componentes principais do motor são feitos de titânio ou ligas de alta temperatura, exigindo usinagem de cinco eixos para garantir a precisão.
• As peças transportadas por via aérea têm requisitos de precisão muito elevados, adaptando-se assim aos complexos cenários de usinagem de múltiplos materiais da usinagem CNC aeroespacial.

Veja a biblioteca de estudos de caso de usinagem de materiais aeroespaciais da JS Precision para aprender sobre os detalhes do processo de usinagem de diferentes materiais e obter aconselhamento gratuito sobre seleção de materiais.

Figura 3: Vários materiais usinados armazenados em um gabinete industrial com várias gavetas.

Quais são os principais desafios na usinagem CNC de peças aeroespaciais?

A usinagem CNC de peças aeroespaciais lida principalmente com três questões fundamentais: processamento de materiais, deformação de peças e rastreabilidade de conformidade, necessitando, portanto, de soluções bem pensadas.

Manuseio de materiais difíceis de usinar

O uso de resfriamento com nitrogênio líquido, nitreto de alumínio e titânio (AlTiN), ferramentas revestidas e uma estratégia de avanço constante de baixa taxa de corte são necessários para superar problemas de concentração de calor e desgaste rápido da ferramenta ao usinar materiais desafiadores, como ligas de titânio e ligas de alta temperatura.

Controle de deformação de recursos finos, com paredes e complexos

A tensão residual em peças finas e com paredes (espessura da parede <1 mm) pode ser controlada de forma eficaz por meio da otimização da simulação do projeto de ferramentas, corte progressivo em camadas e processos intermediários de liberação de tensão para garantir a precisão das peças após a usinagem.

Requisitos de conformidade para rastreabilidade e registro de dados

Existem padrões definidos para limites de parâmetros de usinagem para diferentes materiais e tipos de peças, que devem ser rigorosamente respeitados para satisfazer os requisitos de conformidade.

Os padrões de parâmetros específicos são mostrados na tabela abaixo.

O núcleo da conformidade é estabelecer um arquivo digital gêmeo para peças, reter dados completos do processo e estar em conformidade com o padrão de processo SAE AS9132.

Estudo de caso JS Precision: Avanço na produção em massa de componentes estruturais para veículos elétricos verticais de decolagem e pouso (eVTOLl)

Desafio:

A carga principal da fuselagem 7075-T651, estrutura de suporte do protótipo de uma empresa eVTOL do Vale do Silício, aeronave de palco demonstrada sobre deformação de parede fina e problemas de peso além das especificações. Enquanto isso, o fornecedor norte-americano não conseguiu produzir em massa e em escala devido aos altos custos e problemas de prazo de entrega.

Solução:

A JS Precision reuniu uma equipe de especialistas e apresentou uma solução completa de usinagem CNC para resolver o problema:

1. Design Colaborativo e Otimização de Processos (DFM):

A equipe de engenharia alterou a configuração interna dos reforços das peças, otimizando assim a espessura da parede e mantendo as peças rígidas. Algumas cavidades profundas foram alteradas para inserir estruturas, o que facilitou muito a usinagem de peças aeroespaciais CNC.

2. Estratégia personalizada de usinagem de alta velocidade:

Desenvolva um caminho de ferramenta especializado em fresamento multieixo de alta velocidade (usinagem de alta velocidade de alumínio aeroespacial) e esquema de fixação a vácuo para as características de paredes finas de grandes áreas das peças, controlando efetivamente a deformação da usinagem e mantendo as tolerâncias dentro de ± 0,0127 mm.

3. Integração da cadeia de suprimentos e do processo de produção:

Usando uma cadeia de fornecimento doméstica de alumínio aeroespacial madura para reduzir os custos de matéria-prima, adotando processos de produção enxutos, obtendo retorno rápido de pequenos lotes e encurtando os ciclos de produção.

Resultados:

• O peso da peça foi efetivamente reduzido em 15%, satisfazendo completamente o requisito de autonomia de voo.
• A taxa de aprovação de usinagem aumentou de 70% para 99,5%, reduzindo assim drasticamente os custos de retrabalho.
• Os custos totais de fabricação do projeto foram reduzidos em cerca de 30%, o que representa uma economia de mais de US$ 2.000 por peça.
• O tempo de produção em massa foi reduzido em 35% em relação ao plano original, assim o cliente conseguiu passar pelas principais revisões com sucesso.

Se você também enfrenta desafios relacionados à deformação, custo ou prazo de entrega na usinagem cnc aeroespacial, envie os requisitos do seu projeto. A equipe dedicada da JS Precision personalizará uma solução para você, alcançando rapidamente avanços na produção em massa.

Figura 4: close-up de uma estrutura estrutural eVTOL prateada, geometricamente complexa, com furos para parafusos em um fundo branco.

Como escolher um parceiro confiável de usinagem CNC da United para projetos aeroespaciais?

Escolher um parceiro confiável de usinagem CNC é um fator chave para o sucesso de projetos aeroespaciais. A avaliação deve ser mais do que apenas uma análise das capacidades básicas de usinagem; ela também deve enfatizar a força técnica do fornecedor, as qualificações de conformidade e as capacidades de serviço de ponta a ponta.

Lista de verificação de avaliação de competências essenciais

Capacidade de serviço de processo completo

Um fornecedor de primeira linha deve ser capaz de oferecer feedback DFM durante a fase de projeto para ajustar a estrutura da peça e, assim, tornar o processo de usinagem CNC menos difícil e mais barato.

Por outro lado, deve possuir excelentes habilidades de gerenciamento de projetos e coordenação da cadeia de suprimentos, portanto, ser capaz de integrar a compra de matérias-primas, tratamento térmico, tratamento de superfície e outros processos para garantir a entrega pontual de projetos complicados.

Comunicação, Transparência e Gestão de Riscos

Um verdadeiro parceiro de usinagem CNC unido deve ser considerado um complemento à equipe de engenharia do cliente. Comunique regularmente o progresso da produção, compartilhe abertamente problemas de processamento e desenvolva um plano de contingência de risco de forma sistemática, por exemplo, reservando fornecedores alternativos e períodos de buffer de progresso para lidar com diferentes emergências.

Deseja selecionar rapidamente parceiros qualificados de usinagem CNC aeroespacial? Entre em contato com a JS Precision para obter uma "Lista de verificação de avaliação de parceiros de usinagem CNC aeroespacial" gratuita para comparar cada item e evitar escolher o fornecedor errado.

Perguntas frequentes

Q1: Quais são os materiais mais comumente usados para usinagem CNC aeroespacial?

Peças estruturais feitas de ligas de alumínio (por exemplo, 7075-6061), carga, componentes de rolamento feitos de ligas de titânio (por exemplo, Ti-6Al-4V) e componentes finais quentes do motor feitos de ligas de alta temperatura (por exemplo, série Inconel).

P2: Quais são os requisitos de tolerância típicos para peças aeroespaciais?

Em geral, as tolerâncias dimensionais críticas ficam na faixa de 0,025 mm a 0,076 mm, com alguns recursos de ajuste de precisão exigindo tolerâncias ainda mais restritas de 0,0127 mm ou menos.

Q3: O que a certificação AS9100 significa para os clientes?

Isso significa que o fornecedor estabeleceu o mais alto nível de sistema de gestão de qualidade na indústria aeroespacial, garantindo processos de produção controláveis, problemas rastreáveis e entrega confiável, que é a principal garantia para o controle de riscos do projeto.

Q4: Por que a usinagem de cinco eixos é importante para peças aeroespaciais?

Graças a ele, superfícies curvas complexas, como o impulsor e a carcaça, podem ser finalizadas em uma única configuração, garantindo assim a precisão do posicionamento, reduzindo o acúmulo de erros e reduzindo enormemente os ciclos de entrega.

P5: Quais são as principais vantagens da usinagem em alta velocidade de ligas de alumínio?

Eles incluem alta produtividade, baixas forças de corte (portanto, menos deformação da peça), ótimo acabamento superficial e longa vida útil da ferramenta, resultando na redução geral dos custos de produção.

Q6: Como controlar a deformação de usinagem de peças de paredes finas?

Foram utilizados diferentes métodos, como otimização do esquema de fixação, adoção de uma estratégia de fresamento em camadas, seleção de ferramentas especiais afiadas e planejamento racional da sequência de usinagem. Esses diferentes métodos gerenciam com eficácia a tensão residual, reduzindo assim a deformação.

Q7: Você pode fornecer certificação completa de materiais e relatórios de teste?

Certamente, JS Precision está totalmente comprometida com o padrão AS9100. Cada lote de material é acompanhado por um certificado original do fabricante, e relatórios completos de inspeção de tamanho e relatórios de teste de desempenho também são disponibilizados.

Q8: Qual é o ciclo de entrega típico desde os desenhos até a primeira amostra?

Para peças típicas de liga de alumínio e liga de titânio, normalmente, a primeira amostra pode ser entregue dentro de 3, 4 semanas após o recebimento dos desenhos finais. O prazo de entrega exato depende da complexidade da peça.

Resumo

A usinagem CNC aeroespacial não envolve apenas a fabricação de peças simples, mas abrange um desafio completo de tecnologia, padrões e colaboração. A seleção de materiais, otimização de processos, controle de qualidade e gestão de conformidade são aspectos que impactam diretamente na segurança e no desempenho da aeronave.

É crucial selecionar um parceiro que tenha capacidade completa de usinagem CNC unida ao processo, pois essa é a principal garantia do sucesso do projeto. JS Precision, com seu profundo conhecimento técnico e experiência prática, é quem oferece um abrigo seguro para seus projetos aeroespaciais.

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