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 seus recursos CNC existentes para criar peças quase em formato 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 automação das prensas hidráulicas de forjamento, as peças de titânio de precisão podem ser forjadas com tolerâncias extremamente rígidas e em volumes relativamente altos. O forjamento também pode reduzir os custos de entrada de titânio em até 50%.

Para forjar titânio com especificações precisas, no entanto, as oficinas mecânicas exigem o equipamento certo com controle extremamente rígido dos parâmetros de produção. Felizmente, os avanços no projeto, nos controles e na automação da prensa hidráulica estão ajudando a otimizar a qualidade, a produção e o preço dos componentes.

Para produzir peças grandes e complexas de titânio de forma 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, que é relativamente pequena para titânio. Ao mesmo tempo, precisávamos melhorar controle, qualidade e 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 de forja e prensas hidráulicas projetadas individualmente. A Erie Press, fundada em 1895, agora 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, o FPD forneceu informações significativas sobre os requisitos do projeto. O resultado foi uma prensa hidráulica customizada de alta velocidade capaz de produzir 3.000 toneladas em uma velocidade totalmente controlada e programável e perfil de carga durante todo o percurso.

"A prensa personalizada, juntamente com nossa engenharia e ferramental, 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 quase formas que requerem mínima ou nenhuma usinagem. Se uma peça precisar de usinagem adicional para furos, furos ou outros recursos secundários, também podemos fazer isso", explicou Speicher, acrescentando que a FPD fornece serviços extensos 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, de acordo com Speicher. O controle da prensa modula as válvulas de descarga do servo-acumulador proporcional para manter a velocidade programada independentemente da carga, garantindo um desempenho de forjamento consistente. Esse arranjo fornece flexibilidade para forjar peças em uma ampla faixa de velocidade, o 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 variável ao longo do processo de conformação. A alteração da taxa de deformação permite que o FPD alcance uma vida útil da matriz aprimorada enquanto cria mais detalhes ao preencher as teias da cavidade da matriz e os cantos 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 impressora publica (para o servidor da fábrica do FPD) uma plotagem 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 posicional inferior a 0,01" [0,25 mm].