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Presionando a casa la ventaja

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En este artículo, Aerospace Manufacturing explica cómo una técnica de prensado conocida como HFQ (Hot Form Quench) está ayudando a dar forma al futuro del aluminio en el sector de la aviación.

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El aluminio se ve cada vez más desafiado por materiales alternativos como la fibra de carbono, ya que los fabricantes se esfuerzan por reducir el peso, el tiempo de producción y el coste de los aviones para cumplir los objetivos de rendimiento de los fabricantes de equipos originales.

Sin embargo, ahora está disponible un nuevo método de fabricación que permite producir complejos prensados de aluminio de alta resistencia, con el potencial de reducir aún más la masa de las estructuras de aluminio prensado de forma convencional.

Impression Technologies Limited (ITL) se formó en 2012 para llevar al mercado un proceso que se había desarrollado en el Imperial College London, llamado Hot Form Quench (HFQ). El proceso se describe en la figura 1, en la que una pieza bruta de aluminio conformada se calienta a su temperatura de disolución (generalmente entre 500 y 550°C) antes de ser prensada y enfriada rápidamente mientras aún está en la herramienta. La parte ahora formada puede ser sometida a un tratamiento térmico adicional que asegura que el material alcance su máxima resistencia.

Las piezas de aluminio fabricadas con HFQ para aplicaciones estructurales podrían ofrecer reducciones de peso de hasta un 20% en comparación con las piezas de aluminio conformado en frío de menor resistencia. Además, la mayor conformabilidad del material a esa temperatura significa que las piezas pueden embutirse en profundidad en una sola operación, lo que reduce la necesidad de refuerzos; la eliminación de la necesidad de operaciones de conformado secundarias también conlleva una reducción de los costes de utillaje.

Según el Dr. Alistair Foster, director de innovaciones de ITL, las características esenciales de esta técnica son que "combina los procesos mecánicos y de tratamiento térmico en una sola operación de conformado", lo que se consigue, desde un punto de vista más técnico, explicando, mediante el hecho de que la temperatura del material se eleva hasta alcanzar el nivel de "tratamiento térmico de la solución" correspondiente. En este punto, los elementos de aleación forman una solución dentro del material y permanecen en la solución incluso después de que el proceso de enfriamiento en la herramienta proporciona inicialmente un "temperamento W que envejece naturalmente a una condición T4 o que puede ser envejecido artificialmente a un temperamento alternativo, como la condición T6" - siendo este último el estado más fuerte posible para el material.

La pieza en bruto se mantiene in situ para permitir el enfriamiento de la pieza formada. Al enfriar la pieza de esta manera y combinarla con un proceso de endurecimiento por envejecimiento optimizado, la microestructura del aluminio se estabiliza, ofreciendo una combinación inigualable de resistencia, conformabilidad y productividad.

Control dimensional

HFQ elimina prácticamente el "springback", también conocido como "recuperación elástica", en comparación con las técnicas de conformado en frío para aluminio. John Sellors, director de ingeniería de aplicaciones de ITL, indica que esto tiene importantes implicaciones para el control dimensional durante las operaciones de montaje y es algo que los OEMs han indicado que les interesa.

"Especialmente con el aluminio de alta resistencia formado en frío, el springback puede ser un problema, pero con HFQ se reduce a casi cero", afirma.

Recientemente, ITL anunció en un comunicado de prensa su colaboración en el proyecto Future Advance Nacelle Technologies and Structural Integration Concepts (FANTASTIC), liderado por Bombardier y apoyado por el programa de I+D aeroespacial del Reino Unido, una asociación entre Aerospace Technology Institute (ATI), Department for Business, Energy and Industrial Strategy (BEIS) e Innovate UK. El proyecto FANTASTIC pretende permitir el diseño y la entrega de componentes de alta resistencia, alta precisión y peso ligero en aluminio aeronáutico aprobado a un coste inferior al de los procesos existentes.

Por otra parte, Novelis Inc., empresa líder en laminación y reciclaje de aluminio, ha anunciado que ha acordado asociarse con ITL para explorar formas innovadoras de aumentar la adopción del aluminio a través del proceso de conformado en caliente.

Actualmente, ITL tiene consultas de varias compañías aeroespaciales para aplicaciones, tales como componentes de asientos, costillas de alas, aletas de alas, pieles de labios de entrada del motor y listones de vanguardia.

En cualquier forma o forma

La tecnología HFQ tiene la capacidad de resolver muchos de los problemas relacionados con la formación y el ensamblaje causados por otras tecnologías de formación como la formación en frío y la formación de superplásticos. ITL ofrece a los proveedores de componentes aeroespaciales la oportunidad de instalar la tecnología de fabricación HFQ dentro de su propia organización, convirtiéndose en un licenciatario, que además obtiene acceso a una gran cantidad de servicios de soporte para ayudarles a diseñar y fabricar componentes de tecnología HFQ.

Estos servicios incluyen Diseño y simulación - el equipo de expertos de ITL ayuda a las empresas a maximizar el beneficio de la reducción de masa rentable para la fabricación de complejos paneles de aluminio HFQ de alta resistencia; Desarrollo - basado en el know-how del equipo de ITL, que puede reducir el número de herramientas de prensado necesarias para producir una pieza con una reducción significativa de la inversión requerida; Prototipos - en las instalaciones de ITL Coventry, Reino Unido, está totalmente equipada para llevar a cabo prototipos y series de producción internas para dar soporte a los clientes de HFQ Technology; Herramientas - se beneficia de las instalaciones de prueba de prototipos y herramientas de producción internas, con la ayuda de sus expertos conocimientos técnicos dentro del equipo; Formación - ITL ofrece cursos de formación a medida que cubren cada aspecto del ciclo de vida del producto, desde el diseño hasta la producción.

ITL dice que desarrollará continuamente la tecnología HFQ para asegurar que los beneficios de esta emocionante tecnología se maximicen para su futura explotación.