Seleção de Polímeros Termoplásticos para Matrizes Híbridas Metaloplásticas usadas em Processos de Quinagem de Componentes Aeronáuticos

Abstract

As ligas de alumínio mais utilizadas na indústria aeronáutica para peças não estruturais, são as ligas das séries 2xxx e 7xxx. A quinagem é um dos processos de conformação de materiais utilizados neste setor. Existem vários tipos de quinagem mas a mais utilizada para ângulos diferentes de 90º é a quinagem no ar. Parâmetros como a espessura da chapa, raio mínimo, índice K e o bend allowance, são parâmetros muito importantes para as peças quinadas não apresentarem defeitos. No processo de quinagem das chapas de alumínio para aplicações aeronáuticas são atualmente utilizadas matrizes de diferentes tipos, são disso exemplo as matrizes híbridas metaloplásticas que utilizam o Politetrafluoretileno (PTFE) e que apresentam um desempenho relativamente fraco (onde neste projeto a matriz com topo de PTFE suporta cerca de 800 quinagens, altura em que começa a deixar marcas inaceitáveis na superfície das chapas, o que conduz à sua não conformidade) e as matrizes em aço que marcam as chapas comprometendo assim a sua integridade. Assim sendo, com o objetivo de colmatar este problema têm sido utilizadas de mangas de poliuretano no topo das referidas matrizes. Este projeto visou essencialmente descobrir e testar uma matriz híbrida metaloplástica, onde constasse não só um plástico reciclável, mas também mais económico e com uma maior eficácia, isto é, que o total de quinagens até à sua eventual degradação fosse significativamente superior ao PTFE, por um lado, e também que pudesse substituir a manga de PU nos aspetos atrás referidos. O software de seleção de materiais Granta EduPack 2021 foi utilizado como ferramenta para pré-seleção dos polímeros a testar no âmbito deste trabalho. A partir dos resultados obtidos foi consultado o mercado e analisadas as fichas técnicas dos polímeros disponíveis com vista à seleção do(s) polímero(s) a testar. A escolha recaiu sobre um Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PE-UHMW) dado ser também maquinável em CNC e possuir qualidades que permitem a sua utilização na indústria aeronáutica. Os ensaios de quinagem efetuados utilizando uma matriz híbrida metaloplástica com base de alumínio Al7175 e com o topo em PE-UHMW, permitiram a produção de chapas de alumínio com boa estabilidade dimensional e uma excelente resistência à deformação após 1700 quinagens. Ensaios realizados em paralelo com chapas de Al2024 estiverem na origem de chapas com marcas muito ténues que não comprometem a integridade das peças. No âmbito do presente trabalho foi também realizado um estudo para avaliação económica da solução desenvolvida, ou seja, uma matriz híbrida metaloplástica produzida com PE-UHMW em comparação com uma matriz híbrida metaloplástica produzida com PTFE e também com a manga de PU. Os resultados obtidos mostram que a solução desenvolvida é a não só a mais eficiente mas também a mais económica pois permite realizar um maior número de quinagens com a mesma matriz e com um menor índice de paragem dos equipamentos para substituição das peças