Mecanizado de piezas forjadas para el transporte de combustible aeroespacial

El mecanizado de piezas forjadas para el transporte de combustible aeroespacial se refiere a la fabricación de piezas metálicas clave para motores aeronáuticos, sistemas de propulsión de cohetes o sistemas de suministro de combustible de satélites, mediante procesos de forjado combinados con mecanizado de precisión. Estas piezas se utilizan principalmente para transportar combustibles como queroseno de aviación, hidrógeno líquido/oxígeno líquido, garantizando la fiabilidad y la seguridad en entornos de gran altitud, alta velocidad, temperaturas extremas (de -200°C a +500°C) y alta presión (>10 MPa). El proceso de forjado (como el forjado en matriz cerrada o el forjado de precisión) proporciona una excelente refinación del grano, resistencia y una estructura sin defectos. En comparación con la fundición o el mecanizado, la vida útil a la fatiga de las piezas forjadas puede aumentar de 2 a 5 veces, lo que las hace adecuadas para los altos requisitos de fiabilidad de la industria aeroespacial (cumpliendo con la norma AS9100). Los componentes típicos incluyen carcasas de bombas de combustible, cuerpos de válvulas, conectores de boquillas y bridas de tuberías.

1. Características del material

Las piezas forjadas para el transporte de combustible aeroespacial suelen utilizar aleaciones de alto rendimiento para garantizar la resistencia a la corrosión, la resistencia a altas temperaturas y la ligereza:

• Aleación de titanio (Ti-6Al-4V): Ligera (densidad 4,5 g/cm³), alta resistencia (>900 MPa), resistente a la corrosión del combustible, adecuada para sistemas de hidrógeno líquido a baja temperatura.
• Superaleación de base níquel (Inconel 718, Hastelloy X): Resistente a altas temperaturas (>1000°C), resistente a la oxidación, adecuada para el transporte de combustible en turbinas de gas de alta temperatura.
• Acero inoxidable (17-4PH, 15-5PH): Tipo de endurecimiento por precipitación, dureza HRC>40, resistente a la fatiga, adecuado para sistemas de queroseno de aviación a temperatura media.
• Otros: La aleación de aluminio (7075-T6) se utiliza para componentes de carga ligera, o la aleación de base cobalto para aplicaciones de extrema resistencia al desgaste.

2. Métodos de mecanizado

El mecanizado de piezas forjadas combina el forjado en bruto, el tratamiento térmico y el mecanizado de precisión para garantizar la precisión (tolerancia ±0,02 mm) y la calidad de la superficie (Ra≤0,8μm). Los pasos clave incluyen:

• Forjado de precisión en matriz cerrada (Closed-Die Forging): Se utilizan matrices de alta temperatura (800-1200°C) para forjar tochos, formando componentes casi netos. Ventajas: Tasa de utilización del material >90%, reduciendo la cantidad de mecanizado. Adecuado para formas complejas como cavidades internas de bombas.
• Forjado isotérmico (Isothermal Forging): Forjado a temperatura constante en un entorno de vacío o gas inerte, adecuado para aleaciones de titanio/níquel, evitando la oxidación y la deformación. Alta precisión, grano uniforme.
• Tratamiento térmico: Temple al vacío + endurecimiento por envejecimiento, aumentando la resistencia (por ejemplo, la dureza del Inconel 718 aumenta de HRC 30 a 45).
• Mecanizado de precisión:
  • Mecanizado CNC de 5 ejes: Eliminación del material sobrante, mecanizado de superficies curvas y sistemas de orificios. Utilización de máquinas herramienta de alta rigidez (como DMG Mori), combinadas con software CAM para optimizar la trayectoria, controlando la vibración <5μm.
  • Mecanizado electroquímico (ECM) o mecanizado láser: Mecanizado de precisión sin contacto de cavidades internas, evitando la tensión térmica, rugosidad superficial Ra<0,4μm.
  • Rectificado/Pulido: Tratamiento final de la superficie, mejorando la resistencia a la corrosión.
• Procesos auxiliares: Ensayos no destructivos (ultrasonidos/rayos X), garantizando la ausencia de grietas; recubrimientos superficiales (como DLC o recubrimientos cerámicos) para mejorar la resistencia al desgaste.