Fabricación por lotes de piezas de acero de grado aeroespacial con geometrías no estándar

Este caso de estudio comparte el proceso de mecanizado de un componente de acero de precisión para aplicaciones aeroespaciales, cubriendo las estrategias de producción, las medidas de control de calidad y la entrega exitosa de más de 2000 piezas.

Vistazo general del proyecto

	Información
Industria	Aeroespacial
Producto	Piezas estructurales de acero aeroespacial personalizadas
Tecnología	Mecanizado CNC de 3 ejes y 5 ejes
Material	Acero 45#
Desafíos	Tolerancias estrictas, mecanizado multicara, control de deformación
Cantidad	Más de 2000 piezas, más de 100 por modelo
Plazo de entrega	2 meses

Acerca del proyecto y del cliente

En el sector aeroespacial, donde la precisión y la fiabilidad son importantes, incluso el componente más pequeño desempeña un papel crítico. Nuestro cliente, un fabricante de equipos de precisión aeroespaciales de Europa del Este, se especializa en el desarrollo de sistemas avanzados como cargas útiles de satélites y dispositivos de exploración espacial. Sus productos requieren piezas de precisión fabricadas con materiales de alto estándar, y solo trabajan con proveedores que cumplen certificaciones estrictas.

Recientemente, el cliente se dirigió a Sendot Technology para la producción de varios componentes centrales de su equipo de I+D: piezas de acero con estructuras complejas y tolerancias estrictas, producidas en cantidades de cientos por pieza, sumando miles en total. Además, todo el pedido debía entregarse en tan solo dos meses. En este caso de estudio, analizaremos más de cerca una pieza representativa y cómo logramos con éxito este proyecto.

Análisis de los requisitos de estructuras y tolerancias

La pieza destacada en este caso puede ser pequeña en tamaño —apenas 68 × 68 × 40 mm—, pero la estructura no es sencilla. Fabricada en acero 45#, requería una extensa eliminación de material a partir de un bloque macizo, lo que aumentaba el riesgo de deformación. Por lo tanto, gestionar esta deformación se convirtió en una de las principales preocupaciones técnicas durante la producción.

Además, la pieza presentaba estructuras en las seis caras. Lograr tal precisión multicara exigía configuraciones cuidadosamente planificadas y trayectorias de herramienta altamente precisas. Aún más exigentes eran los requisitos de tolerancia geométrica entre las estructuras de las distintas caras, de hasta 0,02 mm. Así pues, cómo diseñamos la secuencia de mecanizado fue fundamental para garantizar la precisión dimensional y la calidad general de la pieza.

Estrategia de mecanizado: del control de datums a la gestión de la deformación

Con una geometría compleja y tolerancias estrictas, lograr la precisión requerida dependía de dos factores clave: identificar el datum fundamental correcto y planificar una secuencia de mecanizado detallada.

Encontrar el datum fundamental

Cuando existían múltiples relaciones de tolerancia dentro de una pieza, era fundamental analizar primero su estructura y determinar el datum primario. Como se muestra en la Figura 1, el eje central teórico de los dos agujeros Ø9 se etiquetó como N, que debía mantener un paralelismo de 0,02 mm con el datum K. En la cara opuesta (Figura 2), los ejes de otros dos conjuntos de agujeros Ø9 –X y E– también debían mantener un paralelismo de 0,02 mm con K, así como una perpendicularidad de 0,02 mm con el eje N. Este era el conjunto más complejo de relaciones de tolerancia para esta pieza de acero.

Se pudo observar que el datum K era el datum fundamental para garantizar la mayoría de las tolerancias de esta pieza. Primero necesitábamos obtener la superficie K con una planitud extremadamente alta, mecanizar con precisión todas las estructuras en la cara K y luego llevar a cabo el procesamiento posterior tomándola como superficie de base.

Secuencia de mecanizado paso a paso

Dado que todos los agujeros requerían tolerancia H7 y los valores de GD&T se controlaban dentro de 0,02 mm, para cumplir con los requisitos de precisión, este es el enfoque por pasos.

1. Desbaste con máquinas de 3 ejes

Antes de referenciar la superficie K, la pieza de acero se sometió a un desbaste en una máquina de 3 ejes desde seis orientaciones, dejando una demasía de 0,5 mm en cada lado. Esta etapa se centró en la eliminación intensiva de material en lugar de la precisión y, dado que el amarre era relativamente sencillo, el mecanizado de 3 ejes ofreció una solución rentable.

2. Mecanizado del datum K

Luego, se mecanizó la estructura de la referencia K. Al procesar la referencia K, la superficie inferior de K debía ser un plano con una planitud extremadamente alta. De lo contrario, al procesarse desde una base irregular, la superficie K no podría utilizarse como datum.

Por lo tanto, para obtener una superficie K plana, primero utilizamos una rectificadora para rectificar la superficie K (Figura 3), en lugar de cortar directamente. En este momento, la estructura de la superficie K no estaba procesada, dejando un margen de 3 mm. En segundo lugar, la giramos y rectificamos la cara K (Figura 4). Entonces, obtuvimos una superficie K plana. Finalmente, utilizamos la superficie K como base para procesar la estructura de la superficie K (Figura 5).

3. Mecanizado de acabado de 5 ejes

Con la cara K ahora establecida como datum de base, la pieza se montó en una máquina de 5 ejes para el acabado. Esto permitió que todas las características restantes en las otras cinco caras se mecanizaran con precisión en una sola configuración, garantizando la alineación y un control estricto de las tolerancias.

Control de la deformación en piezas de acero estructural huecas

Otro enfoque clave en este proyecto fue el control de la deformación, un problema común al mecanizar piezas huecas a partir de acero estructural de medio carbono. Este material tiene un módulo elástico alto, lo que significa que las tensiones internas introducidas durante el mecanizado probablemente se liberarían en forma de deformación, especialmente tras una eliminación intensiva de material.

La deformación se produjo principalmente durante la etapa de desbaste. Por lo tanto, dejamos una demasía de mecanizado de 0,5 mm en cada lado durante el desbaste. Este margen no solo dejaba espacio para la posible deformación, sino que también garantizaba que cualquier desviación dimensional pudiera corregirse durante el acabado.

Después del desbaste, todas las piezas se recocieron para liberar completamente las tensiones internas. Aunque la deformación también se produjo durante el recocido, se mantuvo dentro de la demasía de 0,5 mm y pudo corregirse con precisión en la etapa de acabado.

El mecanizado de acabado implicó una eliminación mínima de material utilizando estrategias de alta velocidad y bajo avance. En esta etapa, la pieza era más estable, por lo que la deformación fue mínima y no causó problemas de fuera de tolerancia.

De la entrega a una colaboración a largo plazo

Tras recibir el lote completo de piezas, el cliente reconoció que todos los componentes se entregaron a tiempo y en buen estado, con la documentación de inspección completa proporcionada por Sendot Technology. Expresaron su reconocimiento por nuestra capacidad de producción y sistema de gestión. Esta experiencia positiva sentó las bases para una cooperación continua y estable que se mantiene hasta hoy.