Avançando para reduzir os custos de titânio

Para produzir peças complexas de titânio de forma mais econômica, as oficinas mecânicas estão incorporando cada vez mais equipamentos avançados de forjamento para complementar suas capacidades CNC existentes para criar peças com formato quase líquido que requerem apenas usinagem mínima. Em alguns casos, o processo de forjamento é tão preciso que nenhuma usinagem adicional é necessária.

Há vantagens significativas em incluir o forjamento no repertório de uma oficina mecânica. Com os recentes avanços nos controles e na automação das prensas hidráulicas de forjamento, as peças de titânio de precisão podem ser forjadas com tolerâncias extremamente restritas e em volumes relativamente altos. O forjamento também pode reduzir os custos de insumos de titânio em até 50%.

No entanto, para forjar titânio com especificações precisas, as oficinas mecânicas exigem o equipamento certo com um controle extremamente rígido dos parâmetros de produção. Felizmente, os avanços no projeto, nos controles e na automação das prensas hidráulicas estão ajudando a otimizar a qualidade, a produção e o preço dos componentes.

Para produzir peças grandes e complexas de titânio de maneira econômica, a FPD Co., com sede na Pensilvânia, uma oficina mecânica que produz componentes aeroespaciais e médicos, investiu em uma nova prensa personalizada capaz de maior controle com maior tonelagem.

“Queríamos aumentar nosso envelope de peças forjadas e isso exigia uma prensa maior com controles mais sofisticados para as peças de titânio. Já tínhamos uma prensa de 2.500 toneladas, o que é relativamente pequeno para titânio. Ao mesmo tempo, precisávamos melhorar o controle, a qualidade e os tempos de ciclo”, disse Jeff Speicher, gerente geral da FPD.

Para atingir suas metas de produção, a FPD fez parceria com a Erie Press Systems, fabricante de prensas mecânicas e prensas hidráulicas projetadas individualmente. A Erie Press, fundada em 1895, hoje faz parte do maior fornecedor de equipamentos de forjamento da América do Norte: Ajax-CECO-Erie Press.

Embora a Erie Press tenha projetado, projetado e construído o sistema, a FPD forneceu informações significativas sobre os requisitos do projeto. O resultado foi uma prensa hidráulica personalizada de alta velocidade, capaz de produzir 3.000 toneladas a uma velocidade e perfil de carga totalmente controlados e programáveis ​​durante todo o percurso.

“A prensa personalizada, juntamente com nossa engenharia e ferramentas, nos permite manter tolerâncias extremamente rígidas de forma consistente ao criar peças de titânio para as indústrias aeroespacial e de dispositivos médicos. Com o equipamento certo, os forjados são extremamente consistentes e podemos produzir formatos quase perfeitos que exigem pouca ou nenhuma usinagem. Se uma peça precisar de usinagem adicional para furos, furos ou outras características secundárias, também podemos fazer isso”, explicou Speicher, acrescentando que a FPD fornece amplos serviços de usinagem CNC de cinco eixos no local.

O equipamento de forjamento Erie Press é projetado com um sistema servo-hidráulico exclusivo que permite maior controle do curso de forjamento e da força aplicada, segundo Speicher. O controle da prensa modula as válvulas de descarga do acumulador servo proporcional para manter a velocidade programada independentemente da carga, garantindo um desempenho de forjamento consistente. Este arranjo proporciona flexibilidade para forjar peças em uma ampla faixa de velocidade que não é possível com uma configuração de taxa de descarga do acumulador ajustada mecanicamente.

Para algumas geometrias de peças, a taxa de deformação do titânio pode exigir perfis de velocidade variáveis ​​ao longo do processo de formação. A alteração da taxa de deformação permite que o FPD obtenha maior vida útil da matriz, ao mesmo tempo que cria maiores detalhes, preenchendo as almas e cantos da cavidade da matriz posteriormente no curso. Speicher disse que o sistema servo-hidráulico permite uma resolução extremamente alta na definição desses parâmetros. Além disso, o controlador de posição da prensa publica (no servidor da fábrica do FPD) um gráfico de alta velocidade ou assinatura digital correspondente ao ciclo de forjamento de cada peça para registros históricos e referência.

O FPD também pode controlar a prensa para atingir a peça com uma força específica ou com um limite de tonelagem predefinido. Além disso, a prensa pode atingir uma posição programada com uma precisão de posicionamento inferior a 0,01" [0,25 mm].