Аэрокосмическая обработка с ЧПУ:легкие детали из титана и многое другое

Мировая аэрокосмическая промышленность является очагом инноваций в области проектирования и производства, где ежегодно производятся миллионы и миллионы сложных металлических деталей.

Важным инструментом в распоряжении аэрокосмической промышленности является обработка с ЧПУ. Аэрокосмическая механическая обработка позволяет создавать усовершенствованные детали самолетов из легких металлов, таких как титан и алюминий, а механическая обработка также является ценным инструментом прототипирования для аэрокосмических отделов исследований и разработок.

Аэрокосмическая обработка также охватывает ряд областей применения. Будь то коммерческие самолеты, военная техника или даже космические путешествия, обработка с ЧПУ играет огромную роль в разработке и производстве прецизионных аэрокосмических компонентов.

Эта статья представляет собой обзор того, как обработка с ЧПУ используется в аэрокосмической промышленности. В нем рассматриваются области применения станков с ЧПУ для аэрокосмической промышленности, материалы для обработки аэрокосмических материалов и многое другое.

Что такое аэрокосмическая промышленность?

Аэрокосмическая промышленность — это очень разнообразная отрасль, включающая множество подсекторов, охватывающих все, от коммерческой авиации до исследования космоса. Его стоимость как глобальной отрасли оценивается примерно в 800 млрд долларов США.

Аэрокосмическое производство включает в себя производство деталей для коммерческих, промышленных и военных клиентов, при этом правительства являются одними из крупнейших подрядчиков в отрасли. Например, в Соединенных Штатах двумя крупнейшими покупателями аэрокосмических товаров являются Министерство обороны и НАСА, агентство аэронавтики и космических исследований страны.

Из-за огромного количества аэрокосмических подотраслей и огромного количества приложений и продуктов в этих подотраслях, аэрокосмическая промышленность требует широкого спектра производственных технологий, от традиционных методов, таких как литье и сварка, до передовых технологий, таких как аддитивное производство металлов. Аэрокосмическая обработка с ЧПУ находится где-то посередине между этими двумя крайностями, являясь хорошо зарекомендовавшей себя технологией, которая, тем не менее, предлагает передовые возможности дизайна и материалов.

Что такое аэрокосмическая обработка?

Механическая обработка - это производственный процесс удаления участков материала с заготовки с помощью режущих инструментов, управляемых станком. А обработка с ЧПУ — это цифровая версия механической обработки:компьютеры управляют моторизованными режущими инструментами, чтобы быстро и точно формировать новые детали.

Аэрокосмическая обработка с ЧПУ восходит почти ко времени изобретения самой обработки с ЧПУ в 1942 году. Одним из первых применений аэрокосмической обработки с ЧПУ было производство переборок и обшивки крыльев. Сегодня можно обрабатывать многие аэрокосмические детали, такие как трансмиссии, компоненты шасси и электрические компоненты. Механическая обработка также может использоваться для ремонта или модификации существующих деталей, добавления деталей или добавления выгравированной текстовой информации, такой как серийные номера.

Поскольку многие работы по механической обработке в аэрокосмической отрасли связаны с производством критически важных компонентов конечного использования, требуется точная обработка с использованием высококачественных 5-осевых обрабатывающих центров. Для некоторых деталей — например, компонентов реактивного двигателя — могут потребоваться допуски до 4 микрон, что намного меньше, чем обычно допустимо при обработке на станках с ЧПУ.

Аэрокосмическая обработка также является важной формой прототипирования во время исследований и разработок. Станки с ЧПУ подходят для создания прототипов металлических аэрокосмических деталей, которые впоследствии будут изготавливаться с использованием литья или других технологий.

Обработанные детали для аэрокосмической промышленности

Аэрокосмическая обработка используется для изготовления многих аэрокосмических деталей, от важнейших компонентов реактивного двигателя из титана до легких пластиковых деталей салона.

Детали, подходящие для обработки на станках с ЧПУ для аэрокосмической промышленности, обычно представляют собой детали небольшого объема, требующие высокой прочности и точных характеристик. Размер таких деталей, как правило, ограничен размерами обрабатывающих центров с ЧПУ, но могут использоваться несколько различных материалов — обычно титановые или алюминиевые сплавы, но также доступны другие варианты, такие как конструкционные пластмассы и композиты. Некоторые детали могут подвергаться только постобработке после литья или экструзии.

Аэрокосмическая обработка может использоваться для прототипов и деталей конечного использования. Однако детали для конечного использования должны соответствовать строгим критериям безопасности, стандартам и сертификатам.

Обрабатываемые аэрокосмические детали включают (но не ограничиваются):

• Компоненты шасси
• Лопатки турбины и другие компоненты реактивных двигателей
• Корпуса двигателя
• Системы генерации кислорода
• Корпуса фильтров для систем фильтрации жидкости и воздуха
• Электрические разъемы для электрических систем
• Управление движением
• Приводы
• Компоненты фюзеляжа
• Ребра крыла
• Диски
• Валы для передачи мощности
• Корпуса ракет и другие компоненты
• Детали кабины
• Сиденья, подлокотники и подносы

Сертификаты для аэрокосмической промышленности

Аэрокосмическая обработка с ЧПУ — критическая процедура, которая не оставляет права на ошибку. В то время как некоторые отрасли промышленности допускают большие допуски и варианты материалов, аэрокосмическая промышленность требует абсолютной точности и согласованности, чтобы гарантировать безопасность человека.

Различные приложения и детали должны соответствовать различным стандартам и сертификатам, и существуют некоторые стандарты для конкретных стран, а также международные стандарты. Однако одним особенно важным сертификатом, применимым ко многим приложениям, является AS9100. сертификат, международный стандарт SAE, присуждаемый поставщикам и описываемый как «Модель обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, установке и обслуживании» в аэрокосмической отрасли.

Расширение ISO 9001 , сертификация AS9100 не требуется для производства всех деталей для аэрокосмической отрасли, но клиенты могут искать поставщиков с сертификацией, чтобы гарантировать качество.

Другие важные сертификаты для аэрокосмической обработки включают ITAR. (Международные правила торговли оружием), набор руководящих указаний Государственного департамента США, определяющих требования США к продаже и производству технологий, включенных в Список боеприпасов США, и Отчеты о проверке первого изделия AS9102 , которые указывают на соответствие требованиям проверки аэрокосмических деталей.

Такие сертификаты не обязательно требуются для создания аэрокосмических прототипов, поскольку прототипы не будут использоваться на действующих самолетах.

Материалы для аэрокосмической промышленности

Обработка с ЧПУ — это универсальный процесс, который можно использовать для изготовления компонентов как из металлов, так и из пластмасс. Однако в аэрокосмической отрасли безраздельно господствуют два металла:титан и алюминий. Это связано с высокой прочностью (особенно титана) и легким весом (особенно алюминия) материалов.

Титановые сплавы

Ни одна отрасль в мире не использует больше титанового сплава, чем аэрокосмическая промышленность. Легко понять, почему это так:металл имеет превосходное соотношение прочности и веса, устойчив к коррозии и работает в соответствии с высокими стандартами при экстремальных температурах. Титан стал основным материалом в аэрокосмической промышленности, и в следующем столетии его использование еще больше возрастет.

К самолетам, в различных компонентах которых используется большое количество титана, относятся коммерческие автомобили, такие как AirBus A380 и Boeing B787, а также военные самолеты, такие как F-22, F/A-18 и вертолет UH-60 Black Hawk.

Аэрокосмические детали из титана включают компоненты планера и реактивного двигателя, такие как диски, лопасти, валы и кожухи. Многие из них могут быть обработаны.

Поскольку титан тверже алюминия, он может быть сложнее обрабатывать на станке с ЧПУ, вызывая износ инструмента и накопление тепла. Это означает, что для аэрокосмической обработки титана может потребоваться снижение частоты вращения станка и увеличение нагрузки на стружку. (Дополнительную информацию см. в нашем руководстве по обработке титана.) Однако, поскольку для обработки в аэрокосмической отрасли обычно используется самое передовое и высокотехнологичное обрабатывающее оборудование, это редко является проблемой.

Алюминиевые сплавы

Другим широко используемым в аэрокосмической промышленности металлом, который существует дольше, чем титан и современные композиты, является алюминий.

Алюминиевые сплавы легкие и обладают высокой прочностью на растяжение. Алюминий образует оксидное покрытие на воздухе, что делает его устойчивым к коррозии, а также хорошо поддается формованию (в большей степени, чем титан), что упрощает его обработку на станках с ЧПУ.

В аэрокосмической обработке с ЧПУ наиболее распространенным алюминиевым сплавом является алюминий 7075, основным легирующим элементом которого является цинк. Хотя 7075 не так поддается механической обработке, как другие сплавы, он обладает превосходной усталостной прочностью. Многие компоненты крыла, фюзеляжа и опорной конструкции сделаны из этого материала.

Другие алюминиевые сплавы для аэрокосмической промышленности, поддающиеся механической обработке, включают 4047 (облицовка/наполнитель), 6951 (ребра) и 6063 (конструкционный). Сплавы серии 6000 обычно считаются более поддающимися механической обработке, чем другие сплавы.

Сплавы Inconel

Корпорация Special Metals разработала ряд аустенитных жаропрочных сплавов на основе никеля и хрома под названием Inconel.

Один конкретный сорт материала, Inconel 718, был разработан специально для аэрокосмических применений. Одним из первых его громких применений был корпус диффузора реактивного двигателя (деталь чрезвычайно высокого давления, которая соединяет компрессор с камерой сгорания) двигателя Pratt &Whitney J58, который использовался в таких транспортных средствах, как Lockheed SR-71 Blackbird. .

Inconel 718 совсем недавно использовался компанией SpaceX Илона Маска в коллекторе двигателя ее двигателя Merlin, питающего ракету-носитель Falcon 9 . Он также встречается в других аэрокосмических компонентах, таких как лопатки турбин, системы воздуховодов и выхлопные системы двигателей.

Поскольку Inconel 718 является нагартованным металлом, его необходимо обрабатывать с использованием как можно меньшего количества проходов; машинисты обычно применяют агрессивный, но медленный рез с использованием твердого режущего инструмента. Однако суперсплав обладает хорошей свариваемостью.

Технические пластмассы

Помимо таких металлов, как титан и алюминий, при обработке в аэрокосмической отрасли могут использоваться высокоэффективные пластики, такие как PEEK, поликарбонат и Ultem.

Пластмассы могут быть полезной заменой металлам благодаря их очень легкому весу, хорошей ударопрочности и виброустойчивости, герметизирующим свойствам и химической стойкости. Они также обеспечивают превосходную электрическую изоляцию металлов.

Обработка конструкционных пластиков на станках с ЧПУ для аэрокосмической отрасли позволяет изготавливать аэрокосмические детали, такие как интерьеры кабин, столы-лотки, подлокотники, корпуса, износостойкие накладки, изоляцию, трубки, компоненты клапанов и приборные панели с подсветкой.

Важным соображением является то, что аэрокосмические пластмассы должны соответствовать определенным требованиям к пламени, дыму и токсичности. К подходящим материалам относятся нейлон (некоторые сорта, включая нейлон 6), PEEK, Ultem и PPS.