Componentes aeronáuticos integrados, ligeros y sostenibles
Para mejorar el desempeño ambiental y aumentar la rentabilidad, los fabricantes prefieren usar aleaciones de metales ligeros para piezas aeronáuticas. Un peso menor reduce el consumo de combustible, lo cual es un espaldarazo para la competitividad de la industria del transporte de Europa. El montaje rápido y rentable de estructuras metálicas también es fundamental para lograr que la producción alcance una velocidad elevada. El proyecto MISSP, financiado con fondos europeos, logró avances en el montaje de piezas estructurales ligeras y excepcionalmente resistentes, factores que contribuyeron a incrementar la producción. En concreto, los investigadores al cargo del proyecto propusieron formas innovadoras de fabricar puertas de carga metálicas. Las puertas aeronáuticas estudiadas servirán también como demostradores de nuevos materiales y técnicas de fabricación aplicables a estructuras genéricas de fuselajes. «Nuestro objetivo pasó por desarrollar procesos de fabricación avanzados compatibles con aleaciones ligeras de aluminio y conceptos de diseño integral nuevos. Las principales facetas tratadas fueron la reducción de costes, el ahorro de peso y la fabricación sostenible», señala Michel Willemssens, coordinador de MISSP y desarrollador empresarial en Sonaca.
Optimización de las operaciones de montaje
Para lograr sus objetivos, los investigadores se centraron en diseñar una estructura completa más integrada con menos interfaces entre las piezas. «La fabricación de la puerta de carga, que ya está en marcha, se enfoca hacia estructuras integradas capaces de reducir la cantidad de piezas a ensamblar y facilitar las operaciones de ensamblaje. Estas estructuras integradas contribuyen en última instancia a reducir los costes de ensamblaje», señala Yves Marchal, director del Departamento de Materiales y Procesos de Sonaca. Los ingenieros aeronáuticos utilizan ampliamente fijaciones, dispositivos que unen mecánicamente dos o más piezas. Los remaches son las fijaciones más comunes utilizadas en el montaje de aviones. El proceso de remachado de alta precisión comprende taladrado, avellanado e instalación de fijaciones; un proceso repetido miles de veces en aviones grandes. «Durante la perforación de orificios para las fijaciones, los ingenieros utilizan revestimientos y pinturas especiales que protegen las piezas y los orificios antes de instalar los remaches. Este proceso es lento y precisa el empleo de gran cantidad de materiales consumibles», agrega Marchal.
Aleación de aluminio avanzada lista para despegar
Se ha trabajado así en el desarrollo de una aleación de aluminio, magnesio y escandio, inédita hasta ahora en el diseño aeronáutico. Su rigidez específica, ductilidad y propiedades mecánicas adecuadas, así como su excelente soldabilidad y resistencia a la corrosión, son ideales para la industria cuando se compara con otras aleaciones de aluminio comunes. Cabe destacar que la aleación de aluminio propuesta se puede formar a temperaturas tan altas como 300 °C sin que pierda sus propiedades originales.
Dos objetivos principales del proyecto
Para la fabricación de la capa exterior de la puerta, el objetivo principal fue mejorar la faceta medioambiental. En lugar de utilizar fresado químico como proceso de fabricación sustractiva, se optó por el fresado mecánico para producir cavidades de alivio en una placa plana antes de conformarla. Para generar una estructura integral, el segundo objetivo principal del proyecto, el socio del proyecto CRM empleó soldadura por láser en la unión de los largueros con el panel de revestimiento de aluminio, magnesio y escandio. Posteriormente, Sonaca dio forma al panel en su conjunto, mediante conformación por fluencia en un horno. También se abordó la conformación de la estructura completa en un solo paso. Con este objetivo, los investigadores aprovecharon el potencial de los procesos de conformado de alta velocidad para fabricar la puerta de carga. A alta velocidad, la deformación del material se rige esencialmente por las reglas de viscoplasticidad, de manera similar a como ocurre a temperaturas elevadas. Este comportamiento mejora en gran medida la conformación de geometrías complejas y reduce la recuperación elástica. «La técnica de hidroconformado de alta energía empleada por 3D Metal Forming, otro socio del proyecto, aprovecha las ventajas del conformado de alta velocidad sobre los procesos de conformado mecánico convencionales. El proceso se asemeja algo a un maremoto, pues se sirve de una carga explosiva para crear la suficiente presión bajo el agua como para empujar la placa hacia un molde en el que se le da forma. Esto nos permite conformar placas muy gruesas, a partir de las cuales se pueden mecanizar estructuras totalmente integradas casi sin distorsión. Sin remaches ni soldaduras, solo combinando conformación y mecanizado», concluye Marchal.
Palabras clave
MISSP, aeronave, integrado, ensamblaje, aleación de aluminio, puerta de carga, aleación de aluminio, magnesio y escandio, hidroconformado de alta energía
