Usinagem de Peças Forjadas para Sistemas de Combustível Aeroespacial

A usinagem de peças forjadas para sistemas de combustível aeroespacial refere-se à fabricação de componentes metálicos críticos para motores aeronáuticos, sistemas de propulsão de foguetes ou sistemas de alimentação de combustível de satélites, através de processos de forjamento combinados com usinagem de precisão. Esses componentes são utilizados principalmente para transportar combustíveis como querosene de aviação, hidrogênio/oxigênio líquidos, garantindo confiabilidade e segurança em ambientes de alta altitude, alta velocidade, temperaturas extremas (-200°C a +500°C) e alta pressão (>10 MPa). O processo de forjamento (como forjamento em matriz fechada ou forjamento de precisão) proporciona excelente refino de grão, resistência e estrutura livre de defeitos. Em comparação com peças fundidas ou usinadas, a vida útil da fadiga das peças forjadas pode ser aumentada em 2 a 5 vezes, tornando-as adequadas para os requisitos de alta confiabilidade da indústria aeroespacial (em conformidade com o padrão AS9100). Os componentes típicos incluem carcaças de bombas de combustível, corpos de válvulas, conectores de bicos e flanges de tubulação.

1. Características do Material

As peças forjadas para sistemas de combustível aeroespacial geralmente utilizam ligas de alto desempenho para garantir resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas e leveza:

• Liga de Titânio (Ti-6Al-4V): Leve (densidade 4,5 g/cm³), alta resistência (>900 MPa), resistente à corrosão por combustível, adequada para sistemas de hidrogênio líquido de baixa temperatura.
• Superliga de Níquel (Inconel 718, Hastelloy X): Resistente a altas temperaturas (>1000°C), resistente à oxidação, adequada para transporte de combustível de turbinas a gás de alta temperatura.
• Aço Inoxidável (17-4PH, 15-5PH): Tipo endurecido por precipitação, dureza HRC>40, resistente à fadiga, adequado para sistemas de querosene de aviação de temperatura média.
• Outros: Liga de alumínio (7075-T6) para componentes de carga leve, ou liga à base de cobalto para aplicações de extrema resistência ao desgaste.

2. Métodos de Usinagem

A usinagem de peças forjadas combina forjamento bruto, tratamento térmico e usinagem de precisão para garantir precisão (tolerância ±0,02 mm) e qualidade da superfície (Ra≤0,8μm). As etapas principais incluem:

• Forjamento de Precisão em Matriz Fechada (Closed-Die Forging): Utiliza matrizes de alta temperatura (800-1200°C) para forjar tarugos, formando componentes quase na forma final. Vantagens: taxa de utilização do material >90%, reduzindo a quantidade de usinagem. Adequado para formas complexas, como cavidades internas de bombas.
• Forjamento Isotérmico (Isothermal Forging): Forjamento em temperatura constante em ambiente de vácuo ou gás inerte, adequado para ligas de titânio/níquel, evitando oxidação e deformação. Alta precisão, grãos uniformes.
• Tratamento Térmico: Têmpera a vácuo + endurecimento por envelhecimento, aumentando a resistência (por exemplo, a dureza do Inconel 718 aumenta de HRC 30 para 45).
• Usinagem de Precisão:
  • Usinagem CNC de 5 Eixos: Remove o excesso de material, usina superfícies curvas e sistemas de furos. Utiliza máquinas-ferramentas de alta rigidez (como DMG Mori), combinadas com software CAM para otimizar o percurso, controlando a vibração <5μm.
  • Usinagem Eletroquímica (ECM) ou Usinagem a Laser: Usinagem de precisão sem contato de cavidades internas, evitando tensões térmicas, rugosidade da superfície Ra<0,4μm.
  • Retificação/Polimento: Tratamento final da superfície, aumentando a resistência à corrosão.
• Processos Auxiliares: Testes não destrutivos (ultrassom/raios X) para garantir a ausência de rachaduras; revestimentos de superfície (como DLC ou revestimentos cerâmicos) para aumentar a resistência ao desgaste.