Las tendencias del futuro en el sector aeroespacial

La industria aeroespacial llevaba 14 años de crecimiento constante cuando nos sorprendió la pandemia. No cabe duda de que esta pandemia de coronavirus sin precedentes ha afectado enormemente a las tendencias y al futuro del sector aeroespacial. Se han reducido exponencialmente los viajes de negocios o vacacionales, mientras que las compañías aéreas han tenido que amoldarse a niveles de rentabilidad considerablemente más bajos.

Pero no todo son malas noticias. El sector aeroespacial ha experimentado cierta recuperación en la primera mitad de 2021, aunque su crecimiento está condicionado por varios factores, como las vacunas y las perspectivas económicas mundiales, en las que también influyen la prosperidad económica china y la reanudación de los viajes de negocios y vacacionales. Según los pronósticos, el sector volverá a recuperar los niveles anteriores de la crisis en los próximos dos o tres años. La velocidad de esta recuperación no será la misma en todos los países y regiones. Sin embargo, a largo plazo, el número de nuevos aviones podría reducirse en un 25% de aquí a 2040.

Otro gran cambio desde el punto de vista de la ingeniería es que los aviones serán de un solo pasillo en lugar de dos, y por tanto, más estrechos. También se les exigirá una mayor autonomía de vuelo. Los motores y los bastidores están estrechamente relacionados: lo uno no funciona sin lo otro, pero en el caso de los motores podemos decir que el foco está puesto en la sostenibilidad. Esto supone una reducción del peso, del ruido y de las emisiones, y una mayor eficiencia con un menor consumo de combustible. Estas aeronaves de un solo pasillo deben adaptarse a diversos usos, sin aumentar por ello el tamaño y la cantidad de motores.

Hay diferentes maneras de abordar estos retos de diseño. Una es recurrir a combustibles alternativos y utilizar los depósitos de los motores existentes, como el combustible sintético, el biocombustible o el hidrógeno. Y luego están las nuevas arquitecturas de los motores, que suponen un enfoque a más largo plazo, aunque algunos de los grandes fabricantes ya han presentado sus nuevos diseños de motores. También tenemos formas alternativas de motores (electrificados, a batería o electromagnéticos), o diseños híbridos en los que los motores actuales están asistidos por motores eléctricos.

Los fabricantes están aplicando diversos enfoques de diseño a los aviones electrificados del futuro, como el prototipo E-Fan de Airbus Group.

Si nos fijamos en la industria de la automoción descubriremos que ya están haciendo grandes progresos con los nuevos sistemas electrificados e híbridos. Mientras tanto, los fabricantes de equipos originales (OEM) del sector aeroespacial siguen trabajando en estos sistemas, aunque no se espera que la mayoría de estos desarrollos se puedan utilizar de forma generalizada antes de 2035. En el caso de los aviones más pequeños, con capacidad para entre dos y diez personas, estas tecnologías podrían aplicarse antes.

Naturalmente, la reducción del ruido, del peso y de las emisiones influirá en el rendimiento de estos sistemas eléctricos, pero existen ciertos retos. Si un vehículo eléctrico (VE) —como un automóvil— experimenta algún problema, puede detenerse al lado de la carretera, pero eso no es una opción cuando uno está a miles de metros de altura. Además, las baterías son pesadas, y los diseñadores e ingenieros buscan precisamente que los aviones sean más ligeros para poder recorrer distancias más largas. Así que hay que buscar la forma de superar ciertos obstáculos técnicos.

En el caso de un componente básico, como el fuselaje del avión, los OEM trabajan en dos direcciones diferentes. Por un lado, estamos viendo un mayor uso del aluminio, aunque los componentes de los aviones requieren nuevos tipos de aluminio, que sean más fuertes, resistentes a la fatiga y con otras propiedades ventajosas. Este enfoque se ajusta a los diseños tradicionales de aeronaves, en los que se fabrica, por decirlo de forma sencilla, un gran tubo con alas y un motor.

Otra posibilidad es explorar otras formas para el diseño del avión, como la forma delta, el cuerpo de ala mixta y el ala arriostrada, o con el motor más integrado en el fuselaje. En este caso es más probable que los ingenieros recurran a los composites, o a las combinaciones de composites y materiales cerámicos y a los materiales mixtos. Todavía está por ver si estos diseños toman fuerza. Por ahora, podemos estar seguros de que se utilizará más aluminio y también superaleaciones termorresistentes (HRSA). Las superaleaciones termorresistentes suelen utilizarse en piezas aeroespaciales que se enfrentan a requisitos de rendimiento extremos. Su gran resistencia a las altas temperaturas permite a estos materiales conservar la dureza ante temperaturas extremas.

Sin embargo, incluso los mejores fabricantes de componentes aeronáuticos pueden no tener la experiencia necesaria para la fabricación de estos materiales más resistentes. Y es precisamente aquí donde ha resultado extremadamente útil la experiencia de Sandvik Coromant.

La calidad de torneado S205 de Sandvik Coromant ofrece una gran resistencia al desgaste y una vida útil prolongada al mecanizar superaleaciones termorresistentes (HRSA).

Sandvik Coromant ofrece soluciones para componentes completos con el objetivo de dar respuesta a la creciente presión de los ingenieros mecánicos, que se ven obligados realizar múltiples tareas a la vez. En lugar de centrarse en una sola máquina, hoy en día los ingenieros llegan a manejar cuatro o cinco máquinas a la vez, lo cual les deja menos tiempo para centrarse en procesos específicos. Pero, ¿a qué nos referimos cuando hablamos de una solución para un componente específico? No es otra cosa que adoptar una perspectiva más holística, es decir, que la solución no se centra únicamente en las herramientas que proporciona Sandvik Coromant, sino que se trata también de ayudar en todo el proceso.

Este fue el caso de un cliente de Sandvik Coromant del sector aeroespacial que estaba atravesando dificultades a la hora de mecanizar materiales HRSA. El enfoque actual del cliente requería múltiples máquinas-herramienta, con un control de la viruta deficiente y largos tiempos de ciclo. Había problemas de inconsistencia en la vida útil de las herramientas y procesos poco fiables, y las operaciones de mecanizado a menudo requerían la supervisión continua por parte de un operario.

Para proyectos de alto nivel como estos, la solución que ofrece Sandvik Coromant consta de varias fases. Entre ellas se incluyen el análisis de los requisitos de la máquina, los estudios de tiempo para determinar el coste por componente, y el análisis de los métodos de producción en la fase de diseño relacionados tanto con los métodos de medición del tiempo (MTM) como con los procesos del usuario final. En otra fase se incluye la programación de la fabricación asistida por ordenador (CAM) y la gestión de proyectos locales o internacionales.

Estos análisis revelaron que debíamos cambiar la estrategia de programación del cliente para resolver sus problemas de rotura de la viruta. Además de la herramienta, los especialistas de Sandvik Coromant desarrollaron para el cliente una nueva estrategia con curvas de accionamiento dinámicas que nos permitió controlar la rotura de la viruta en cada momento. Este nuevo enfoque, que además hemos patentado, fue bautizado como ‘torneado perfilado tipo pala’ (scoop turning).

El scoop turning se tradujo en un ahorro considerable para el cliente. Además de un excelente control de las virutas, el cliente pudo lograr una reducción del tiempo de ciclo del 80 % y duplicar la vida útil de la herramienta. Por si fuera poco, el cliente logró reducir el número de máquinas empleadas, de cuatro a una sola, con lo que eliminó la necesidad de realizar múltiples tareas al mismo tiempo, aumentó la seguridad de los procesos de mecanizado y abrió la puerta a una producción más ecológica.

Esto demuestra que un enfoque global puede mejorar enormemente los resultados de un fabricante. El software también es fundamental, como CoroPlus Tool Guide, que forma parte de la oferta digital de Sandvik Coromant. Los clientes pueden tomar decisiones importantes sobre las herramientas y los parámetros de corte incluso antes de comenzar la producción.

Los fabricantes del sector aeroespacial están adoptando diferentes enfoques para abordar el tema de la sostenibilidad. Sin embargo, Sandvik Coromant dio con una solución a medida para un cliente y, desde entonces, son muchos los sectores industriales que se han beneficiado de ella.

Para ayudar al cliente a mejorar las operaciones de torneado de materiales HRSA, Sandvik Coromant creó la calidad de torneado S205. La plaquita está cubierta con la segunda generación del recubrimiento Inveio para garantizar una gran resistencia al desgaste y una larga vida útil de la herramienta, mientras que la tecnología de tratamiento posterior refuerza la plaquita S205 al modificar sus propiedades mecánicas. El material cuenta con una capa de Inveio compuesta por cristales unidireccionales fuertemente compactados que crean una fuerte barrera protectora alrededor de la plaquita. Esto maximiza la protección térmica y mejora la resistencia al desgaste en cráter y en incidencia.

Esta calidad es idónea para el mecanizado de componentes como los discos, anillos y ejes de las turbinas de los motores de las aeronaves. Nuestros clientes afirman que las velocidades de corte con la S205 son entre un 30 y un 50% superiores a las de las calidades de torneado HRSA de la competencia, y estos resultados se han conseguido sin perjudicar la vida útil de la herramienta. Desde entonces, la calidad S205 ha beneficiado a varios fabricantes del sector aeroespacial y de otras industrias. Estos resultados fueron fruto de aplicar un enfoque integral, más concretamente la filosofía de PrimeTurningTM Sandvik Coromant, que permite tornear en todas las direcciones para optimizar la productividad.

La metodología PrimeTurningTM introduce la herramienta a la altura del portapinzas y elimina el material a medida que avanza hacia el final de la pieza de trabajo. Esto da prioridad al importantísimo volumen de viruta, e implica una producción de calidad y tiempos de cambio acelerados. En algunos casos, nuestros clientes han finalizado ciclos de producción con un solo cambio de herramienta cuando, con una herramienta de la competencia, habrían necesitado cinco.

Puede que la industria aeroespacial se enfrente a una de sus mayores crisis, pero se vislumbra la luz en el horizonte. Sandvik Coromant sigue apoyando a los principales OEM del sector aeroespacial para contribuir a su recuperación tras la pandemia, compaginando la sostenibilidad con la mejora de las herramientas y la optimización de los parámetros de corte con un enfoque holístico de las herramientas.