¿Qué es exactamente lo que hace que un perno sea de "grado aeroespacial"?

Descargo de responsabilidad: trabajé como ingeniero aeroespacial durante 15 años para la USAF. Nuestra organización administraba el 53 Federal Stock Group ^{( 1 )} (entre otros), que incluye Pernos, Tornillos, etc. Con esto quiero sugerir que tengo algún conocimiento (polvoriento) sobre este tema.

Si bien el control de calidad es una parte muy importante del proceso, como se sugiere, eso por sí solo no es la única diferencia. La forma en que se produce el perno (el proceso de fabricación utilizado) también es clave.

Entonces, por ejemplo, es común tener pernos con "roscas enrolladas".

Citando de alguna literatura de la industria ^{( 2 )} :

A menudo, el diseño requiere hilos laminados debido a su resistencia superior a la tracción, al corte y a la fatiga. Otros procesos eliminan material para producir la forma de rosca, pero el laminado de roscas desplaza el material con matrices de acero endurecido...

El resultado de mover los granos de material (moléculas) a la forma de la rosca en lugar de debilitarla eliminando material, es que los granos se vuelven más densos en las partes críticas de la rosca, especialmente en la raíz y en el flanco por debajo del diámetro de paso. ...

                       

                                                          ^{Figura 1 : hilo no enrollado}

Entonces, mirando el hilo "no enrollado" (fig. 1), uno puede ver que los hilos que se cortan (por ejemplo, en un torno) tienen límites de grano expuestos. Tal condición es indeseable para ciertas aplicaciones, por ejemplo bajo cargas de alto impacto. Estas áreas serían propensas a fracturas/fallas.

Compare la ilustración anterior con la ilustración de "hilo enrollado":

                       

                                                              ^{Figura 2 : hilo enrollado}

Aquí (Fig. 2), como se explicó anteriormente, se puede ver que los límites de grano fluyen alrededor de los contornos del hilo, aliviando la condición de límite de grano expuesto y, por lo tanto, produciendo un hilo superior.

Entonces, en conclusión, son tanto los requisitos de control de calidad como el proceso de fabricación utilizado para producir el perno lo que hace que sea de calidad aeronáutica.

Fuentes:

1. CLASIFICACIÓN DE SUMINISTRO FEDERAL Grupos y Clases (PDF)

2. Horst Engineering: Laminado de roscas

Las piezas para uso en aeronaves deben estar certificadas. Esto significa que deben fabricarse a partir de materiales estandarizados, utilizando un proceso estandarizado y rastreable . La pieza debe revisarse minuciosamente durante la producción y se debe registrar todo el historial de la pieza. Las pruebas y el papeleo a menudo representan la mayor parte del costo de la pieza. Los pernos de $ 100 no son infrecuentes.
"Grado aeroespacial" significa que los materiales y el proceso utilizados para crear la pieza son adecuados para su uso en piezas de aeronaves. Sospecho que los proveedores aeroespaciales le venderán dos versiones de la misma pieza: una con todo el rastro de papel para usar en aviones y la otra sin el rastro de papel para usar en otros lugares.

Si bien no es una cuestión de ciencia de los materiales, mi A&P me dio su explicación del tema cuando mi avión estaba listo para el año:

Mecánico: Estos dos tornillos son idénticos. Este viene de Home Depot y cuesta 25 centavos. Este proviene de un proveedor de aviación y está certificado para su uso en su avión; cuesta $ 2.00 por tornillo. Si uso el de Home Depot y falla durante el vuelo, soy responsable. Si uso el de $ 2.00, el fabricante es.

Yo: Bueno, ¿qué es diferente entre los dos?

Mecánico: Alrededor de $1.75 de seguro de responsabilidad civil.

Seguro que es una exageración, pero el principio es importante: si se rompe un tornillo en la plataforma de su patio, no hay presunción de responsabilidad o aptitud. Es un tornillo; se rompió. Sucede.

Pero si el tornillo falla en un avión y pierdes un alerón, esa es una historia diferente. Los abogados vienen por la cabeza de alguien. Entonces, si bien una gran parte del costo de los materiales cubre la responsabilidad del fabricante, la compañía de seguros no otorgará una póliza de responsabilidad civil a menos que el fabricante pueda demostrar que el perno no fallará en vuelo, que literalmente tomó todas las precauciones razonables, Se está empleando un procedimiento de prueba, una técnica de fabricación y un mecanismo de control de calidad conocidos en la industria para garantizar que estos pernos sean seguros. Porque si el fabricante omite incluso una precaución razonable, la compañía de seguros tendrá que pagar.

Tengo poco conocimiento de la industria aeroespacial aparte de lo que obtuve al crecer en Derby (Reino Unido, East Midlands), que es el hogar de Rolls Royce.

En cuanto a los materiales utilizados, hay una serie de aleaciones especializadas que se utilizan en motores de aviación y, en particular, Nimonic , que se utiliza para fabricar pernos para motores de aviación. Nimonic fue desarrollado por Henry Wiggin and Company , Birmingham, Reino Unido.

Mi hermano trabajaba para una empresa en Derby y operaba un torno CNC cortando los pernos (supongo que roscas, fresado, etc.). La aleación es muy costosa, por lo que es demasiado fácil acumular una factura en un mal día.

Enlaces

Aeroespacial civil de Rolls Royce

Artículo de Derby Evening Telegraph

Anuncio de 1951 para Nimonic

Espero que esto sea de algún interés.

Los sujetadores "aeroespaciales" de todo tipo se prueban y supervisan rigurosamente para poder calificarlos para cumplir con los estrictos requisitos de NAS. Lote tras lote, año tras año, obtiene una pieza confiable.

Página de estándares aeroespaciales nacionales de la Asociación de Industrias Aeroespaciales

También se utilizan dibujos MS de gran número (estándares militares) y varias especificaciones militares de EE. UU.

Se requiere bastante esfuerzo y certificación para garantizar que el hardware de muy alta calidad cumpla con todos los requisitos y no sea falsificado.

Los elementos de fijación de alta calidad deben cumplir normas de composición metalúrgica muy estrictas. El tratamiento térmico y otros procesos deben controlarse adecuadamente. Los procesos de fabricación deben ser consistentes y monitoreados de cerca. Los lotes de producción se muestrean y prueban según un cronograma para garantizar que se cumplan los estándares. Hay una colección muy grande de resistencia, clase de ajuste, rango de temperatura, requisitos de tolerancia a la fatiga que los sujetadores de 'ferretería' ni siquiera conocen. Las piezas de aeronaves vienen con certificados de materiales, certificados de procesos, certificados de pruebas de resistencia. (no cada tornillo individual, por supuesto, sino lotes proporcionados a los distribuidores)