Materiais na Indústria Aeronáutica. Junho

Transcrição

1 Materiais na Indústria Aeronáutica Junho

2 Materiais e Processos Atuais Tradicionais

3 Materiais Estruturais Metálicos Materiais Estruturais Metálicos Principais Ligas - Al AA 7050 / 7475 / 7175 AA 2524 / 2024 AA 2219 / 2124 Aplicações Revestimentos de asa; longarinas; cavernas; molduras de janelas Revestimento de fuselagem, bordos de ataque e pilone; Estruturas secundárias Aplicações em altas temperaturas; cavernas do pilone Principais Ligas - Ti Ti, Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al Aplicações Cavernas, hastes e fixações do pilone; Trilho do flap; estruturas secundárias Principais Aços PH 13-8Mo, 15-5 PH, Série 300M, 4340 Aplicações Longarinas; nervuras; revestimento do pilone; Estruturas secundárias

4 Materiais Estruturais Metálicos VERTICAL STABILIZER Alumínio Titânio HORIZONTAL STABILIZER Alumínio FORWARD FUSELAGE Alumínio Titânio Aço WING & WING STUB Alumínio Titânio Aço CENTER FUSELAGE III Alumínio CENTER FUSELAGE II Alumínio REAR FUSELAGE Alumínio CENTER FUSELAGE I Alumínio PYLON Alumínio Titânio Aço

5 Materiais Estruturais Compósitos PREPREG: MATRIZ: RESINA EPÓXI CURA 120 /180ºC: empregadas em peças estruturais RESINA FENÓLICA 120/180ºC : empregadas em peças de interiores REFORÇO: FIBRAS UNIDIRECIONAL OU TECIDO CARBONO (8HS, PLAIN WEAVE) VIDRO (7781/8HS, 116/PLAIN) ARAMIDA, CONHECIDO COMO KEVLAR (285-4HS, 220-Plain)

6 Materiais Estruturais Compósitos PAINEL SANDUÍCHE:

7 Materiais Estruturais Compósitos Painel sanduíche: CARBONO/EPÓXI VIDRO/ARAMIDA/ EPÓXI VERTICAL STABILIZER FAIRING TIP RUDDER FAIRING TIP Laminado sólido: VIDRO/EPÓXI CARBONO/EPÓXI WINGLET LEADING EDGE AILERON FLAP FAIRINGS OUTBOARD FLAP INBOARD FLAP VERTICAL STABILIZER LEADING EDGE DORSAL FIN FLOOR PANEL RUDDER ELEVATOR ROOT FAIRING ELEVATOR ELEVATOR FAIRING TIP STUB UPPER PANEL SLIDING PLATES HORIZONTAL STABILIZER FAIRING TIP SPOILERS SHROUDS RADOME FILET LEADING EDGE NLG BAY COVER NLG DOOR WING TO FUSELAGE FAIRING VENTRAL SPEED BRAKE MLG DOOR ENGINE NACELL PANELS

8 Distribuição dos Materiais - Estruturas Distribuição dos Materiais - Estruturas 4% 1% Distribuíção % global de peso: EMBRAER 170 1% 13% 81% Alumínio Aço Titânio Compósitos Outros 7% Distribuíção % global de peso: BOEING % 1% 25% Distribuíção % global de peso: AIRBUS A380 4% 11% 70% 7% 3% 61% Alumínio Aço Titânio Compósitos Outros Alumínio Aço Titânio Compósitos Outros

9 Novas Tecnologias Tendências do mercado

10 Materiais Metálicos

11 Novas Ligas de Alumínio Hoje: Al Cu Mg 2XXX - Fuselagem Al Zn Mg Cu 7XXX - Asa / Estruturas Estruturas Convencionais: Usinagem Estamparia, Montagem - Rebites Futuro: Novas ligas com propriedades superiores para aplicações e processos específicos Al Cu Mg Nova Geração Al Zn Mg Cu Nova Geração Al Mg Si Cu Al Mg Li Al Mg Sc Maior resistência Mais tolerantes à dano Mais leves Soldáveis Estruturas Integrais: LBW, FSW, Extrudados, Age Creep Forming Redução de peso e custo

12 Forjados (Die & Precision) Processo de conformação à quente em matriz fechada Ganhos: Material / Usinagem Cut to Size Custo Total Peso 578 kg (7 espessura) Usinagem 32 hrs Buy to Fly 1,19% Cut to Size Forjado Forjado Peso 59 kg Usinagem 14 hrs Buy to Fly 11,6% Ganhos Custo Total 31% Usinagem Tempo 56% Alumínio Peso 519 kg Peça (6,87 kg)

13 Fundidos de Precisão Fundição do metal em molde cerâmico fabricado à partir de modelo em cera, promove integração de peças e minimiza perda de material Suporte do Atuador Fundido em Ti Escotilha Fundida em Al Winglet Fundido em Al Ganhos: Material / Peso Tempo de montagem

14 Friction Stir Welding Processo de junção no estado sólido Ferramenta realiza forjamento e extrusão consolidando a junção, com excelente robustez Potencial para redução de custo (elevada produtividade) e peso (eliminação de peças e maior eficiência estrutural) Juntas Rebitadas Juntas Fsw

15 Laser Beam Welding Processo de soldagem por fusão utilizando feixe Laser como fonte de calor Ganhos: Custo Material / Peso Resistência à Corrosão

16 LAM Laser Additive Manufacturing Fabricação de peças de Ti 6Al-4V direto do modelo eletrônico 3D Conventional Additive Material: 3,000 lbs 200 lbs Machining: 500 hours 100 hours Time: 12 months 2 months Tooling: $ Millions $ Minimal

17 Age Creep Forming Processo de conformação que utiliza pressão e calor em auto clave, possibilitando a obtenção de formas mais complexas Aplicação: revestimento de asas Ganhos: Custo Peso

18 Conformação Superplástica Conformação de chapas de Al e Ti à elevadas temperatura e pressão, com altas taxas de deformação produz peças com geometrias complexas Superplasticidade: ligas que atingem um nível de deformação até 20 vezes maior que o normal Ganhos: Custo / Peso / Aerodinâmica

19 Materiais Compósitos

20 Tecnologia ATL Automatic Tape Layer Princípio de funcionamento: Tapes laminados automaticamente Cabeçote posiciona e compacta Material acima de 10 de largura Aplicações: Revestimentos de asas e empenagens Ganhos: Redução de ciclo de manufatura e desperdícios Precisão no posicionamento do reforço

21 Tecnologia FP Fiber Placement Princípio de funcionamento: Tapes laminados automaticamente Cabeçote posiciona e compacta Material com até 1 de largura Aplicações: Revestimentos e peças de dupla curvatura Ganhos: Redução de ciclo de manufatura e desperdícios Precisão no posicionamento do reforço Permite curvaturas de 500 mm

22 Tecnologia RFI Resin Film Infusion Princípio de funcionamento: Pré-forma carbono e filme resina posicionados no molde Aplicações: Caverna pressão e Revestimentos Ganhos: Possibilita obter estruturas robustas com componentes integrados Permite peças de grandes dimensões e espessura Permite ganhos de produtividade e custos

23 Tecnologia RTM Resin Transfer Molding Princípio de funcionamento: Sistema (resina+catalisador) transferido ou injetado em molde fechado Pré-forma de fibras secas de carbono Após o molhamento das fibras cura-se a resina em molde aquecido Molduras Janelas Longarina asa F22 Aplicações: Peças estruturais com alta complexidade e integração Ganhos: Precisão dimensional Acabamento em ambos os lados da peça Integração de componentes Redução de ciclo de fabricação Possibilita alta produtividade

24 Tecnologia VaRTM Vacuum Assisted RTM Princípio de funcionamento: Pré-forma de fibras secas de carbono Resina é injetada pela diferença de pressão (vácuo/ 1 atm) Molde aberto com cura em estufa ou autoclave Ganhos: Possível obtenção de peças estruturais com integração de componentes Redução de ciclo de fabricação Baixo custo de implantação Aplicações: Grandes peças com integração de componentes

25 Tecnologia Termoplásticos - Prensa Princípio de funcionamento: Fibras pré-impregnadas com Resina Termoplástica Apresentação na forma de placas planas já consolidadas Ganhos: Permite alta cadência de manufatura (ciclo aprox. 10min) Estoque à temperatura ambiente tempo indeterminado Possibilidade de reprocessamento Aplicações: Nervuras, clips, ângulos, etc.

26 Tecnologia Termoplásticos Autoclave e Soldagem Princípio de funcionamento: Fibras pré-impregnadas com Resina Termoplástica Ganhos: Estoque à temperatura ambiente tempo indeterminado Possibilidade de reprocessamento Junção de peças por soldagem integração sem prendedores Aplicações: Bordos de ataque Porta de trem de pouso

27 Tecnologia Hot Drape Princípio de funcionamento: Processo de conformação intermediário de fibra pré-impregnada com resinas termorrígidas Ganhos: Melhora na repetibilidade de conformação Redução do ciclo de laminação manual e aumento de cadência Aplicações: Processo de produção ou pré-conformação de vigas, longarinas e peças semelhantes

28 Tecnologia OOA Materiais Fora de Autoclave Princípio de funcionamento: Prepregs de tapes ou tecidos com resina epóxi para cura em estufa Ganhos: Redução de custo de manufatura Redução de carga da autoclave Aplicações: VANT, aeronaves leves, radomes, estruturas espaciais, carenagens, etc. Carenagem asa-fuselagem

29 Nanotubos de carbono Princípio de funcionamento: Nova classe de materiais Podem revolucionar o desempenho das estruturas em materiais compósitos Ganhos: Aumento das propriedades mecânicas e elásticas Aumento da condutividade térmica e elétrica

30 Tendência para Novos Materiais Distribuição dos Materiais - Estruturas 1996 Distribuíção % global de peso: BOEING % 1% 7% 4% 1% 2004 Distribuíção % global de peso: EMBRAER 170 1% 13% 11% 70% Alumínio Aço Titânio Compósitos Outros 81% Alumínio Aço Titânio Compósitos Outros 25% 2006 Distribuíção % global de peso: AIRBUS A380 4% 2008 Distribuíção % global de peso: BOEING 787 5% 20% 7% 3% 61% 50% 15% 10% Alumínio Aço Titânio Compósitos Outros Alumínio Aço Titânio Compósitos Outros

31 Tendências Mercado aeronáutico altamente competitivo, leva os fabricantes de aeronaves a desenvolver tecnologias para produção de aviões com melhor desempenho e menor custo. Compósitos: redução do custo de matéria prima, aumento da credibilidade, disponibilidade e maturidade tecnológica levam ao aumento de sua aplicação. Metálicos: novas tecnologias buscam aumento de competitividade, capazes de reduzir custos e pesos. Novas tecnologias em materiais metálicos e compósitos são determinantes na garantia de aeronaves com um diferencial tecnológico, possibilitando melhor desempenho, redução na emissão de gases e custos operacionais.

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