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Octubre de 2006 Página 1 de 3

Herramientas para titanio

Peter Zelinski

El desafío en la manufactura de piezas de aeronaves en titanio es hacerlas ligeras y delgadas. Conozca la opinión de ingenieros de la Boeing al respecto.

El diseño del nuevo Boeing 787 Dreamliner se basa, en gran parte, en materiales compuestos. Ese aspecto del avión ha llamado mucho la atención. Sin embargo, los compuestos no son la única razón por la que este avión es materialmente diferente. Comparado con otras aeronaves comerciales, el 787 utiliza muchas más partes de titanio. Únicamente para mecanizar el titanio indispensable para completar las órdenes de este avión, Boeing necesitará emplear 1.000 husillos dentro de los próximos 3 a 5 años.

Ese estimado viene de Keith Young, ingeniero y científico del grupo de investigación y desarrollo en manufactura avanzada de Boeing, con sede en Saint Louis, Missouri, Estados Unidos. Parte del trabajo de Young es ayudar a que esos husillos trabajen de manera más efectiva para Boeing. El desafío en la manufactura de piezas de aeronaves en titanio es hacerlas más ligeras, con paredes y pisos delgados, además de reducir el peso parasitario del remanente en los bordes. Por medio de experimentos, Young y otros ingenieros de su grupo desarrollaron técnicas de mecanizado para lograr estas metas. Ellos les manifestaron a los diseñadores de Boeing qué características de mecanizado eran posibles en piezas de titanio y les enseñaron a los proveedores de mecanizado cómo producir tales características.

Algo de este conocimiento ya ha sido desarrollado para partes de titanio en aeronaves militares. Sin embargo, los aviones comerciales difieren en escala. Las dimensiones de las partes, principalmente la profundidad de los bolsillos, son mayores. Un bolsillo profundo en una pieza de una aeronave militar es de 3 pulgadas. En los componentes del 787 los bolsillos en titanio pueden tener 6 pulgadas de profundidad. Considerando que las relaciones de longitud de herramienta a diámetro, de 3:1 o 4:1, han sido usadas tradicionalmente para mecanizar titanio de aeronaves, las nuevas partes requieren relaciones de 6:1 u 8:1, y la diferencia afecta fundamentalmente la elección del herramental. Por ejemplo, donde una herramienta de fresado con insertos podía ofrecer normalmente un vástago de acero, el bolsillo más profundo podría necesitar un vástago de carburo, más rígido, para minimizar la deflexión y ayudar a prevenir la vibración.

Tom Talley es otro ingeniero y científico de Boeing en Saint Louis. Junto con Young, compartieron algo de lo que ellos han aprendido sobre las elecciones del herramental apropiado para las piezas de última generación en titanio. Sus recomendaciones proporcionaron la base para este artículo, pero vale la pena cualificar qué tan lejos llegan estas recomendaciones. Boeing puede delegar las técnicas de mecanizado, según la apreciación de ambos, pero no delega el trabajo a los proveedores de herramientas de corte. Más adelante se mencionan algunos de los proveedores de herramientas porque ellos ofrecen lo que Talley y Young consideran claros ejemplos de estilos útiles de herramientas. Sin embargo, en la mayoría de estos casos, otras compañías de herramientas ofrecen diseños comparables. Una herramienta competitiva puede ser una elección más efectiva en el proceso de un taller particular. Las herramientas aquí citadas son simples ilustraciones, que muestran algunas características de herramientas aptas para las especificidades de producción de partes cada vez más importantes para Boeing.

Herramientas para desbaste
La herramienta Weldon Crest-Kut, que se aprecia en la figura 1, ofrece una geometría irregular a lo largo de las flautas. La importancia de esta irregularidad tiene que ver con la eliminación de la vibración.

La vibración es el factor limitante en muchos procesos de fresado. Su severidad a una cierta profundidad de corte generalmente previene que la herramienta llegue a una profundidad de corte más pesada de lo que la herramienta y el husillo permitirían de otra forma. La vibración se origina parcialmente en las ondas regulares, producidas por la geometría consistente de una herramienta, que son transmitidas sobre la superficie mecanizada. Con la forma inconsistente de estas flautas, la herramienta falla al impartir estas ondas regulares. De esta manera, la ‘señal’ que podría alimentar el potencial de vibración es mucho más débil. Como resultado, esta herramienta corta de forma eficiente y silenciosa a una profundidad de corte que puede representar una tasa significativamente más alta de remoción de metal.

Una opción totalmente diferente para lograr una alta tasa de remoción de metal en el mecanizado de titanio es el desbaste vertical. Para partes de aeronaves hechas de aluminio, el desbaste vertical rara vez tiene sentido; fresar de la forma convencional es suficientemente rápido. En titanio, sin embargo, el desbaste vertical puede ofrecer una alternativa para evitar otro corte lento, de manera que permita retirar una gran cantidad de material rápidamente.

Acerca del autor

Peter Zelinski

Desde hace ocho años, Peter Zelinski colabora con la casa editorial de Gardner Publications. En la actualidad es el editor ejecutivo de la Revista Modern Machine Shop.
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