BR102019026612A2

BR102019026612A2 - métodos para produção de componentes de aeronave formados por fluência com envelhecimento

Info

Publication number: BR102019026612A2
Application number: BR102019026612-0A
Authority: BR
Inventors: Edgar José Da Silva; Paulo Roberto Costa Junior; Fernando Ferreira De Mello Neto
Original assignee: Embraer S.A.
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-07-28
Also published as: US20200222967A1; EP3680037B1; EP3680037A1; CN111434418A

Abstract

Trata-se de componentes de aeronave que são produzidos pelo processo de formação por fluência com envelhecimento (CAF) pelo qual uma placa plana é submetida inicialmente ao processo de CAF para produzir uma pré-forma de produto curvada que é posteriormente usinada para remover material dela, de modo a produzir o componente final da aeronave.

Description

MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE COMPONENTES DE AERONAVE FORMADOS POR FLUÊNCIA COM ENVELHECIMENTO

CAMPO

[0001] As concretizações reveladas no presente documento referem-se geralmente a processos para produzir componentes de aeronaves. Mais especificamente, as concretizações reveladas no presente documento referem-se a método para produzir componentes de aeronave curvados e complexos formados por fluência com envelhecimento, por exemplo, painéis de revestimento reforçados integralmente para estruturas aerodinâmicas e fuselagem.

ANTECEDENTES

[0002] Muitos componentes usados na fabricação de aeronaves que têm formas complexas compreendidas de superfícies com várias curvaturas de diferentes raios e espessuras, especialmente painéis de revestimento que incluem reforços integrais e outros membros estruturais integrais. A fim de produzir tais componentes de forma complexa, a indústria aeroespacial tem empregado a técnica de formação por fluência com envelhecimento (CAF) pela qual um painel plano é usinado para fornecer o membro estrutural integral e posteriormente restringido em uma ferramenta de formação. A ferramenta de formação e placa usinada são, então, colocadas em uma autoclave e submetidas a condições elevadas de temperatura e pressão por um período específico de tempo para relaxar tensões induzidas no painel usinado. Após a liberação das restrições da ferramenta de formação, o agora componente formado por fluência com envelhecimento retornará a uma forma em algum lugar entre a forma da ferramenta de formação e a forma original do painel usinado.

[0003] Portanto, é imperativo que a ferramenta de formação seja designada de tal maneira que, uma vez que o processo de formação de idade tenha sido concluído e o componente liberado, o componente retorne a uma forma que é idêntica à forma final pretendida do componente. Ferramentas de formação empregadas em processos CAF são, portanto, muito difíceis de projetar devido ao fato que o painel usinado terá características diferentes de retorno de mola, dependendo do tipo e espessura do material, o raio de curvatura em diferentes pontos no componente e as influências devido à curvatura de posição adjacente do componente em si. Por essas razões, varias propostas foram fornecidas na técnica a fim de abordar esses problemas relacionados ao retorno com técnicas de CAF como revelado nas Patentes N— U.S. 5.168.169; 5.341.303 e 5.729.462 (sendo que o conteúdo total de cada patente é expressamente incorporado ao presente documento a título de referência).

[0004] Enquanto a técnica de CAF convencional como descrito acima é satisfatória para alguns componentes de aeronaves, outros componentes devem ser feitos por diferentes técnicas de fabricação como usinagem e/ou preparação. Por exemplo, componentes que têm baixa rigidez à flexão, reforços relativamente finos, calços e/ou compartimentos de superfície, grandes aberturas (por exemplo, aberturas das janelas de revestimento de fuselagem) e grandes raios de curvatura nas bordas dos componentes ou próximos a eles são conhecidos por serem difíceis (se não virtualmente impossível) para produzir técnicas de CAF de uso convencional.

[0005] Seria, portanto, desejável que um processo de CAF pudesse ser desenvolvido que abordaria as dificuldades notadas acima para assim, permitir uma maior variedade de componente de aeronaves a ser produzido por tais técnicas. É no sentido de satisfazer tal necessidade que as concretizações reveladas no presente documento são direcionadas.

SUMÁRIO

[0006] As concretizações reveladas no presente documento envolvem amplamente submeter uma placa plana ao processamento de CAF para produzir uma pré-forma de produto curvo e posteriormente usinar a pré-forma de produto curvo para remover o material a partir do mesmo, de modo a produzir o componente de aeronave final. Mais especificamente, as concretizações reveladas no presente documento incluem as etapas sequenciais:

(a) fornecer uma placa plana;
(b) colocar a placa plana em uma ferramenta de formação que define uma superfície curvada que aproxima uma forma curvada final do componente de aeronave;
(c) submeter a placa plana na ferramenta de formação à formação por fluência com envelhecimento em uma autoclave para produzir uma pré-forma de componente curvada no mesmo; e posteriormente
(d) usinar a pré-forma de componente curvada para formar as características integrais e assim produzir o componente de aeronave.

[0007] De acordo com certas concretizações, a placa plana pode ser submetida a condições de autoclave por um tempo suficiente para permitir a placa plana para assumir a forma curvada final aproximada do componente de aeronave.

[0008] A placa plana que é a matéria-prima rústica do processo terá, de preferência, uma dimensão perimétrica que é idêntica ao componente de aeronave, e uma dimensão da espessura que é pelo menos igual à porção mais espessa do componente de aeronave. A placa plana pode, por exemplo, ter uma espessura substancialmente constante. A usinagem de tal placa plana é, portanto, praticada de modo a fresar a pré-forma de componente curvada e, assim, remover o material do mesmo de modo a formar as características integrais dos componentes de aeronave, por exemplo, reforços, calços, compartimentos e aberturas.

[0009] Esses e outros aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão mais claros após consideração cuidadosa ser determinada para as seguintes descrições detalhadas das concretizações exemplificativas preferidas do mesmo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS EM ANEXO

[0010] As concretizações reveladas da presente invenção serão melhores e mais completamente entendidas por referência à seguinte descrição detalhada das concretizações ilustrativas exemplificativas não limitantes em conjunto com os desenhos dos quais:

[0011] A Figura 1 descreve esquematicamente em perspectiva uma aeronave que pode incluir uma peça final do componente produzido pelo processo de CAF das concretizações reveladas no presente documento;

[0012] A Figura 2 é uma vista ampliada de uma peça final do componente na forma de um revestimento da asa da aeronave com reforços integrais que são peça da aeronave descrita na Figura 1; e

[0013] As Figuras 3A a 3E descrevem esquematicamente as etapas do processo para produção de componentes de formados por fluência com envelhecimento de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0014] Uma aeronave AC é descrita na Figura 1 como tendo uma estrutura de fuselagem F e porta e estruturas de asa de estibordo Wp, Ws, respectivamente. Cada uma das estruturas de fuselagem F e estruturas da asa Wp, Ws podem ser formadas de componentes complexos de revestimentos curvados que têm reforços integrais. Por exemplo, a Figura 2 descreve um componente exemplar final do painel de revestimento ampliado 10 da peça da estrutura da asa Wp que tem um revestimento externo 10a e reforços integrais 10b. Obviamente, será entendido que, a fim de fornecer clareza virtual, a descrição do painel de revestimento do componente final 10 na Figura 2 é invertida em comparação com a sua posição na estrutura de porta da asa Wp da aeronave AC mostrada na Figura 1.

[0015] O processo para produzir o componente exemplar final do painel de revestimento da asa 10 de acordo com as concretizações da invenção começa com o fornecimento da placa plana 20 formada de uma liga metálica (por exemplo, liga de alumínio) como descrito na Figura 3A. A placa plana 20 será projetada e configurada de modo a ter dimensão perimétrica idêntica à do componente final 10 e uma dimensão de espessura que é pelo menos igual à maior dimensão de espessura que é presente em qualquer localização no componente final 10.

[0016] A placa plana 20 é colocada em uma ferramenta de formação 22 (Figura 1B) que tem uma superfície de formação 22a projetada e configurada para transmitir a(s) curvatura(s) necessária(s) para a placa 20 que será exigida do componente formando final 10 enquanto também permite o retorno. A placa plana 20 e ferramenta de formação 22 podem então ser colocadas dentro de uma autoclave 24 (Figura 1C) e submetidas a temperaturas e pressões elevadas por um tempo suficiente para formar por fluência com envelhecimento a placa 20. Como é convencional, um saco a vácuo (não mostrado) pode ser empregado para envelopar a placa plana 20 de modo a auxiliar na formação da placa 20 dentro da autoclave 24 pela ferramenta de formação 22.

[0017] A Figura 1D descreve a placa formada pós-fluência com envelhecimento (agora designada pré-forma de placa curvada 30) após sua remoção de autoclave 24 e subsequente retorno. Assim, como descrito na Figura 1D, a pré-forma de placa curvada 30 possuirá as dimensões perimétricas idênticas do componente final 10 bem como as formas de curvatura idênticas do componente final 10. No entanto, a pré-forma de placa 30 não possuirá a configuração idêntica do componente final 10 não possui o revestimento integral 10a e reforços integrais 10b. A pré-forma de placa curvada 30 será, assim, submetida a operações de usinagem como mostrado na Figura 1E por máquinas de fresagem adequadas 32 de modo a formar o revestimento integral e componentes de reforço 10a, 10b, respectivamente.

[0018] O processo de CAF descrito acima tem várias vantagens em comparação com o processo de CAF convencional. Por exemplo, as tensões desenvolvidas na matéria-prima durante a formação por fluência com envelhecimento são altas e mais uniformemente distribuídas, o que leva a menor retorno, menor compensação da superfície da ferramenta e menor complexidade da superfície da ferramenta.

[0019] O processo das concretizações no presente documento aprimora os benefícios e flexibilidade da usinagem, que é muito adequado para produzir detalhes nas superfícies curvadas. Ao fazer isso, o processo inventivo elimina alguns dos problemas declarados anteriormente associados com a formação por fluência com envelhecimento convencional. Por exemplo, uma placa evidentemente não tem reforços, calços, compartimentos ou grandes aberturas e assim, a formação por fluência com envelhecimento pode ser aplicada à placa para produzir uma pré-forma de placa curvada que pode ser subsequentemente usinada para fornecer tais reforços, calços, compartimentos e/ou grandes aberturas. Também uma placa formada por fluência com envelhecimento pode ter curvaturas menores e ter permissão de usinagem suficiente para conter em seu volume as arestas da peça final usinada com grandes curvaturas.

[0020] O processo das concretizações no presente documento também aprimora as vantagens associadas com repetibilidade dimensional de CAF e menor tensão residual que são alcançadas para otimizar o volume da matéria-prima quando comparado aos forjados. Tensões residuais menores fornecem menos distorção que, por sua vez, fornecem menos permissão de usinagem necessária. A aplicação de CAF a um conjunto mais amplo de peças pode, portanto, ser economicamente vantajosa pelo processo revelado no presente documento, considerando o volume menor de matéria-prima necessária para obter as peças.

[0021] A dependência da maturidade do design da peça é bastante reduzida porque qualquer alteração que não modifique a espessura da matéria-prima ou das curvaturas iniciais implementadas sem qualquer alteração na ferramenta de formação. A dependência da qualidade dimensional da peça usinada final na qualidade do processo de CAF é bastante reduzida. A permissão de usinagem fornece maior flexibilidade para acomodar desvios dimensionais do processo de CAF e, portanto, o requisito do modelo de simulação para o projeto do componente final é menos rigoroso.

[0022] O tempo para projetar o painel plano é bastante reduzido, porque o objeto a ser achatado é muito mais simples. O trabalho de engenharia e o tempo computacional necessário para calcular a superfície da ferramenta também são bastante reduzidos devido à forma simples da placa plana que é usada como a matéria-prima. Ademais, o trabalho para fazer o saco a vácuo e o risco de ruptura também são reduzidos porque o objeto a ser ensacado é muito mais simples, pois a placa plana ainda não possui componentes integrais, por exemplo, reforços integrais, longarinas e aberturas, quando a placa é submetida a condições de autoclave.

[0023] Assim, embora referência seja feita a uma concretização particular da invenção, várias modificações dentro da habilidade daqueles versados na técnica podem ser previstas. Portanto, deve ser entendido que a invenção não é limitada à concretização revelada, mas ao contrário, destina-se a cobrir várias modificações e disposições equivalentes incluídos dentro do escopo da mesma.

Claims

Processo para produzir um componente de aeronave que tem características estruturais integrais, o processo sendo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas sequenciais de:
- (a) fornecer uma placa plana;
- (b) colocar a placa plana em uma ferramenta de formação que define uma superfície curvada que se aproxima de uma forma curvada final do componente de aeronave;
- (c) submeter a placa plana na ferramenta de formação à formação por fluência com envelhecimento em uma autoclave para produzir uma pré-forma de componente curvada da mesma; e posteriormente
- (d) usinar a pré-forma de componente curvada para formar as características integrais e assim produzir o componente de aeronave.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) compreende submeter a placa plana a condições de autoclave por um tempo suficiente para permitir que a placa plana assuma a forma curvada aproximada final do componente de aeronave.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) compreende fornecer uma placa plana que tem uma dimensão perimétrica que é idêntica ao componente de aeronave e uma dimensão de espessura que é pelo menos igual a uma porção mais espessa do componente de aeronave.
Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a espessura da placa plana é substancialmente constante.
Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) é praticada de modo a fresar a pré-forma de componente curvada para remover o material da mesma e formar as características integrais do componente de aeronave.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) compreende colocar a placa plana dentro de um saco de formação a vácuo.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as características integrais incluem pelo menos uma selecionada a partir do grupo que consiste em reforços, calços, compartimentos e aberturas.