Tecnologia de Usinagem da Força Aérea

O Programa de Tecnologia de Manufatura da Força Aérea está fornecendo para o Departamento de Defesa, AF, e intenção estratégica da indústria para a sustentabilidade por amadurecimento sustentável das práticas de fabricação. Com isso, aumenta-se a capacidade de produção necessária para fabricar sistemas de armas. Com reduzido consumo de recursos utilizando processos ambientalmente sustentáveis preservando os requisitos de desempenho.

AF MT está estudando métodos para acelerar a adoção de uma filosofia de fabricação sustentável dentro da indústria aeroespacial de defesa. Para portanto, garantir que está na vanguarda da abordagem social, conservação de recursos e administração do meio ambiente. Como primeiro passo, o AF MT irá:

  • identificar, analisar e documentar métodos, ferramentas e equipamentos usados ​​na indústria para realizar avaliações de sustentabilidade para a indústria aeroespacial de defesa.
    • amadurecer e adaptar ferramentas quantitativas e qualitativas. Que permitirão à indústria aeroespacial identificar oportunidades de manufatura sustentável em toda a empresa, quando tomado decisões de fabricação.
  • desenvolver um consenso dentro da indústria de métricas de sustentabilidade que possam ser aplicadas em toda a empresa aeroespacial.
  • integrar ferramentas de avaliação em procedimentos operacionais padrão para validação de resultados de melhoria de fabricação.

 

Fabricação sustentável para usinagem peças

A AF MT está inicialmente focada em fabricação sustentável para usinagem peças de componente metálico para estruturas e motores aeroespaciais.

gkn-aerospace-logoComo parte de um projeto inicial de ferramentas de usinagem, o AF trabalhou com o Centro Nacional de Defesa Fabricação e Usinagem (NCDMM) e GKN Aerospace of St. Louis, MO.

Para isso ocorrer, foi realizada uma avaliação de projetos de células de usinagem sustentável em dezembro de 2010 que se concentrou em minimizar e otimizar as entradas e saídas. Necessários para transformar o material do departamento de defesa aeroespacial utilizados na fabricação de aviões de caça, transportes e helicópteros.

Assim, a avaliação emitiu um roteiro para soluções de tecnologia para reduzir o consumo de energia operacional e produtos de resíduos em vários níveis dentro da empresa de fabricação da GKN. Especificamente, o projeto:

  • usou ferramentas de avaliação na célula de usinagem GKN para realizar um consumo de energia, consumíveis e análise de resíduos. Para determinar as oportunidades de inserção avançada de tecnologias sustentáveis.
  • realizou avaliações de casos comerciais para justificar projetos candidatos para a avançada transição de tecnologias eficientes.
  • implementou a primeira de várias tecnologias avançadas identificadas no GKN e quantificou os benefícios.

Início do Projeto

Iniciando em dezembro de 2010 a março de 2011, as tecnologias sustentáveis ​​foram implementadas com consideração de retorno sobre o investimento (ROI) e os recursos disponíveis. Os primeiros sucessos incluem:

  • uma redução de 11% no consumo de água e fluido de corte através da implementação de um processo de reciclagem de fluidos de corte na instalação GKN Aerospace St. Louis.
  • um aumento de 300% na vida útil das ferramentas de titânio com Kennametal Beyond Blast Technology (BBT).
  • um aumento de 205% nas taxas de remoção de metal, tempo de ciclo reduzido global, energia reduzida, consumo e aumento da vida útil da ferramenta através da implementação do caminho da ferramenta do Volumill software de otimização.

Detalhes de tecnologias de usinagem sustentáveis implementadas

Processo de Reciclagem do Fluido de Corte

Como historicamente, o GKN Aerospace St. Louis usou um fluido de corte semi-sintético com sucesso limitado. O fluido de corte exigiu ajustes regulares para manter a acidez adequada e monitoramento contínuo para o crescimento bacteriano.

Além disso, o refrigerante semi-sintético emulsionou os óleos da máquina CNC e não foi projetado para ser um produto reciclável. Finalmente, contaminantes como o tramp oil, cavacos de usinagem, e sujeira reduzem a eficácia do fluido de corte e, eventualmente, exigem que o fluido seja substituído. A avaliação indicou que esta era uma área que poderia ser tornada mais sustentável.

Assim, como parte desse esforço, a GKN avaliou seis fluidos de corte alternativos para usinagem do alumínio e ligas de titânio. Portanto, a avaliação considerou o custo por galão, a capacidade de remover resíduos de componentes usinados, requisitos de manutenção de fluidos de corte, custos de disposição. E também, o desempenho da ferramenta de corte, estabilidade do cárter, manutenção da máquina CNC, gerenciamento de fluidos e a capacidade de reciclagem do produto.

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Resultados das avaliações dos fluidos de corte

Portanto, com base nos dados de teste coletados, o GKN selecionou TRIM MicroSol Fluido de trabalho 585XT da Master Chemical Corporation (MCC). O novo fluido também permitiu a GKN para implementar um sistema de centrífugas de reciclagem também fornecido pela MCC.

Assim, transição para um novo fluido de corte foi perfeita sem impacto negativo nas operações de usinagem. Estando o processo de reciclagem em vigor há três meses e a GKN percebeu as seguintes economias:

  • uso reduzido de refrigerante 7,5% por libra de cavaco gerados com alumínio e titânio.
  • reduziu o consumo de fluido bruto e água em 11,2% quando comparado com os valores de 2009.
  • requisitos reduzidos de eliminação de lixo residual.
  • eliminou os anti-bacterianos, anti-manchas, equilibradores de acidez e aditivos anti-espumantes.
  • reciclou 13,775 litros de fluido de corte de metal em dezembro de 2010 e janeiro de 2011.
  • melhoraram as condições de trabalho usando um fluido de corte mais eficiente para funcionários.

Como resultado, a GKN St. Louis está projetando um orçamento mensal de US$ 6.000 através da implementação do corte do processo de reciclagem de fluidos.

Tecnologia de usinagem CNC resultou em mais de 300% de aumento da vida útil da ferramenta

O processo de avaliação indicou que o aumento da produtividade e da vida da ferramenta resultaria em poupanças substanciais em custos de energia e ferramentas. Anteriormente, a GKN utilizava uma ferramenta de corte RPF Kennametal para a maioria das operações de revestimento de titânio na célula de usinagem investigada neste projeto.

Além disso, no ano passado, a Kennametal lançou a BBT, uma nova tecnologia de ferramentas de corte. Que cria o potencial de aumento da produtividade e a melhoria da vida útil das ferramentas. Nesta toada, a BBT utiliza a tecnologia de refrigeração para direcionar fluidos de corte através do inserto e de forma mais eficaz a entrega de fluidos para a interface entre a inserto e o cavaco.

Uma linha de trabalho usando a ferramenta de corte RPF e parâmetros de usinagem aceitos pela GKN foi estabelecida e o teste de vida do inserto foi realizado no NCDMM Advanced Manufacturing Laboratory em Latrobe, PA.

Conseguinte, NCDMM realizou um teste de vida do cortador BBT utilizando parâmetros de corte idênticos. E descobriu que a ferramenta BBT aumentou a vida útil da ferramenta em mais de 33% por corte. Além disso, a inserto de corte BBT é um inserto redondo com seis arestas de corte efetivas em comparação com as duas arestas de corte eficazes de uma inserto RPF oval.

Desta maneira, fornece três vezes o número de arestas e três vezes a vida da ferramenta. A melhoria total com a vida útil alargada da ferramenta por vantagem e o aumento do número de bordas efetivas resultou em mais de 300% de aumento da vida útil da ferramenta.

Implementação da Usinagem Dinâmica com Software Volumill

O NCDMM e o GKN investigaram uma variedade de pacotes de software para maximizar as eficiências da máquina e melhorar a taxa de remoção de liga de titânio.

Como parte da investigação, a equipe obteve um teste gratuito de um mês do software Volumill Universal para avaliar as capacidades do software e conduzir ensaios de usinagem usando a célula de usinagem sustentável.

usinagem-dinamica-alta-remocao-cavacos-desbaste-volumillVolumill é uma tecnologia de otimização de caminho de ferramenta de alto desempenho que melhora o caminho da ferramenta usando alta velocidade continua e tangencial em vez de movimentos bruscos e interrompidos.

Alguns dos benefícios também incluem a maximização do tempo que uma ferramenta de corte está em contato com uma peça de trabalho. Bem como, estabilizando as condições de corte, aumento das taxas de remoção de metal, diminuição dos picos e vales, redução do consumo de energia, e maior vida útil da ferramenta.

Ganhos da usinagem de desbaste de alta remoção

Os testes iniciais mostraram um aumento de 205% nas taxas de remoção de metal para as operações de cavidade em um componente de teste padrão do GKN.

Consequentemente, uma revisão da carga da máquina CNC indicou uma redução do consumo de energia unitário, bem como o consumo geral de energia durante a operação de usinagem. Finalmente, o avanço da máquina CNC permitiu que os recursos adicionais utilizassem menos ferramentas de usinagem.

No entanto, é necessária uma análise mais completa para quantificar completamente os benefícios deste software e ensaios adicionais estão planejados para a próxima fase do projeto.

Em conclusão, ao combinar isso com outras tecnologias avançadas, utilização completa da aresta de corte, a equipe acredita que pode dobrar a produção da máquina com segurança. Assim, outros benefícios são os de prolongar a vida da ferramenta, reduzir o consumo de energia e o tempo de inatividade da máquina CNC. Criando portanto, uma produção muito mais produtiva e a alta competitividade da empresa no mercado mundial.

Pontos de Contato

Para obter informações adicionais sobre esta tecnologia de usinagem CNC entre em contato com a Informação Técnica e Centro de Suporte, Divisão de Tecnologia de Manufatura, Direção de Materiais e Manufatura, laboratório de pesquisas das Forças Aéreas.

Informações sobre a AFRL / RX visitem a página inicial em www.wpafb.af.mil/arfl/rx/

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