Обслуживание мира композитов в Израиле и США

Elbit Systems Ltd. (Хайфа) - крупнейший оборонный подрядчик Израиля, с товарооборотом в 3,3 миллиарда долларов США в 2017 году и отставанием в размере более 7,5 миллиардов долларов США в 2018 году. В его деятельность входят системы и конструкции для военных и коммерческих самолетов, наземных транспортных средств, родины. безопасность и разнообразный интеллект, электроника и киберсистемы. Из 12 500 сотрудников почти 3 000 находятся в США, работая с дочерней компанией Elbit Systems of America, которая имеет несколько офисов, в том числе в штатах США Юта и Нью-Гэмпшир, а также в Футах. Уорт, Техас, США. А Elbit Cyclone расширился на дополнительный сайт под названием Циклон Аэроструктурных Технологий (АТС) , недалеко от Тбилиси, Грузия, международный аэропорт, построенный в партнерстве с правительством Грузии. Завершено строительство завода площадью 12 000 м2, оснащенного двумя автоклавами, станками с ЧПУ и NDI. «Сейчас мы работаем над тем, чтобы квалифицировать это место у основных производителей самолетов», - говорит Джонатан Хулати, старший менеджер Elbit Cyclone по развитию бизнеса и маркетингу.

Дочерняя компания Elbit Systems Cyclone находится на севере Израиля и служит центром проектирования и производства металлических и композитных авиационных конструкций и узлов. Компания стоит на том же месте, недалеко от Кармиэля, где Cyclone была основана в 1970 году, в единственном здании для оказания услуг по техническому обслуживанию, ремонту и капитальному ремонту (ТОиР) самолетов и вертолетов ВВС Израиля. Спиральный ветер, создаваемый вращающимися лопастями вертолета, вдохновил оригинальное название компании.

Cyclone к 1980-м годам освоила производство композитных материалов и начала работать для клиентов за пределами Израиля, строя металлические двери для McDonnell Douglas DC-10 и МД-11 широкофюзеляжный самолет и детали для F-15 и F-16 военные самолеты, а также Gulfstream G-200 бизнес-джет.

Elbit приобрела Cyclone в конце 1990-х, инвестировала в компанию, и к 2010 году она утроилась. К 2017 году Cyclone произвела 11 000 алюминиевых дверей для коммерческих самолетов Boeing Co. (Чикаго, Иллинойс, США) 737, включая кормовые входные двери, обе двери камбуза, а также кормовые и передние грузовые двери. Затем он напрямую заключил контракт с Boeing на производство сборок композитных полов и деталей для 787 Dreamliner и с Spirit AeroSystems (Уичито, Канзас, США) для составных частей в секции 41 фюзеляжа того же самолета. Он также поставляет пассажирские балки пола для варианта Boeing 787-8. Теперь компания признана приоритетным поставщиком Boeing Gold Level, высшей наградой для поставщиков Boeing. Cyclone - один из немногих, кому это удалось, и первый за пределами США.

Компания также поставляет детали для самолетов бизнес-класса большой дальности Bombardier (Монреаль, Квебек, Канада) и различные детали для трех вариантов стоящего на якоре в США F-35 Молния II . Среди других известных клиентов Cyclone - Lockheed Martin, Sikorsky, GKN Aerospace, Textron, Triumph, Northrop Grumman и Bell Helicopter.

Хулати, CW’s ведущий тура вспоминает:«В конце 1990-х у нас было 400 сотрудников. Сейчас у нас в пять раз больше продаж, у нас 500 сотрудников. Это возможно благодаря тому, что мы делаем упор на бережливые процессы. Большая часть того, что мы делаем, строим для печати, что может показаться не очень удачным, но это составляет значительную часть нашей отрасли ». Хулати добавляет, что требования к качеству, повторяемости и конкурентоспособности в сочетании с инвестициями в оборудование и системы качества, необходимые для обеспечения производства, делают эту позицию на рынке сложной, но интересной:«Быть ​​поставщиком аэрокосмических композитов не для слабонервных».

В прошлом году компания Cyclone не упала в обморок, а ее бизнес по производству композитных материалов резко увеличился, превзойдя производство металлоконструкций и составив большую часть ее производства с долей примерно 60/40. Hulaty прогнозирует, что рост продолжится:«В этом году мы, вероятно, перейдем на 70% композитов».

Знание запчастей

CW Экскурсия начинается в главном конференц-зале объекта, где Хулати делает краткое введение. Он объясняет, что производство Cyclone делится примерно на 50/50 между военным и коммерческим. Коммерческие композитные детали включают двери шасси, детали гондолы, обшивки, обтекатели, поверхности управления и структурные решетки пола. Военные композиты включают в себя обшивки, двери, внешние баки с намотанной нитью, пилоны, поверхности управления, спонсоны вертолетов и воздухозаборники двигателей.

Cyclone также спроектировал внешнее крыло и хвостовую балку для средневысотного и длительного беспилотного летательного аппарата (БПЛА MALE), который летает на высоте 3048-9144 м в течение продолжительного времени (например, от 24 до 48 часов). Однако, отмечает Хулати, компания больше не занимается БЛА. «БПЛА, как правило, небольшие, и в них используется мокрое покрытие, что не является нашей компетенцией», - поясняет он. Существуют более крупные БПЛА, изготовленные с использованием препрега, но Хулати отмечает, что они обычно производятся в меньших количествах или производятся собственными силами Boeing, General Atomics и другими крупными производителями оборонного оборудования. «Мы предпочитаем длительное серийное производство деталей из препрега, а не единичные программы».

Возможности деталей из препрега Cyclone включают в себя удаление массы из нескольких слоев в вакууме с помощью горячего формования (HDF) и отверждения в автоклаве. Неразрушающий контроль (NDI) и обработка отвержденных деталей с ЧПУ завершаются на месте, а особый опыт - это высокопроизводительное производство сложных металлических и композитных узлов. Cyclone прошел все сертификаты качества и производства в аэрокосмической отрасли (например, AS9100, Nadcap, ISO9001) и разработал возможности для намотки нитей и литьевого формования полимеров (RTM).

Фактически, RTM был CW Первое знакомство с Cyclone. Разработка компанией унифицированной, полностью композитной альтернативы металлическим пассажирским дверям на коммерческих самолетах была представлена ​​на конференции CW 2013 года. статья «Снижение стоимости интегрированных композитных аэроструктур». В этой технологии использовались RTM и композитные фитинги с геометрической фиксацией, чтобы получить сертифицированную FAA структуру с очень небольшим количеством креплений, 30% -ной экономией веса и 25-35% -ной экономией по сравнению с алюминиевыми и «черными алюминиевыми» композитными конструкциями. CW описал успешную конструкцию Cyclone композитной двери без застежек, а также распространение этой технологии на более легкие и недорогие композитные поверхности управления самолетами. в обновлении 2016 года под названием «Композитные двери самолета без застежек и поверхности управления». Хулати завершает свое вступительное слово указанием на дверь №1 без застежек, выставленную в конференц-зале. Деталь впечатляющая, с качественной отделкой. Затем он ведет выход из здания.

Оптимизированная компоновка и тестирование

Хулати ведет экскурсию вниз по холму, затем поворачивает налево к входу в здание по производству композитов Cyclone. Здесь также представлены несколько частей:хвостовые обтекатели Boeing 767, Beechcraft King Air . крылышко и композитные детали F-35. За входом слева остается закрытое чистое помещение с ограниченным доступом для оборонного производства. Справа рабочие в чистом помещении для деталей Boeing 787 собирают препрег для множества деталей, от небольших зажимов и стоек до сложных J-, двутавровых и C-образных балок, а также многосекционных дверей передней стойки шасси. Препрег разрезается с помощью автоматического резака для ткани Bullmer Assyst (Wakefield, UK) и гильотинного станка для резки толстых стопок под любым углом. Морозильная камера для препрега находится рядом с чистым помещением. Хулати отмечает, что иногда стопки препрега разрезаются, комплектуются и кладутся обратно в морозильную камеру. Лазерные проекционные системы Aligned Vision (Челмсфорд, Массачусетс, США), расположенные по всему чистому помещению, помогают раскладывать руки.

Детали балок перекрытия из углепластика (углепластика) укладываются на металлические оправки с наружной резьбой. Hulaty подробно описывает упрощенный процесс:«Сначала мы складываем стопки препрега, а затем накладываем их на оправку. Это экономит массу времени по сравнению с нанесением на инструмент по частям. Затем укладки покрываются герметиком из углепластика нашей собственной конструкции, что помогает обеспечить 100% повторяемость деталей ».

Машина для горячего формования полотна расположена вдоль задней стены чистого помещения, что позволяет удалять излишки большого количества деталей за цикл. «Я не знаю, как сделать этот тип высокопроизводительного производства деталей из препрега без горячего формования драпировки», - говорит Хулати, говоря о таких деталях, как балки и стойки. И все же он признает, что ни этот шаг, ни автоклав не являются узким местом. «Узким местом является обработка в конце, после отверждения», - утверждает он, объясняя, что для длинных деталей балок перекрытия быстрее сложить простой штабель и обработать его после отверждения. «Автоклав - не проблема, потому что мы можем складывать много деталей для отверждения за один раз», - добавляет он. «Таким образом, мы действительно получаем хорошую производительность на цикл отверждения».

Вдоль задней стены на большом прилегающем участке расположены четыре автоклава. «Подобрать подходящий размер для ваших автоклавов сложно, - утверждает Хулати, - потому что вы пытаетесь сбалансировать производительность и получать достаточное количество деталей за цикл, не имея слишком большого объема для нагрева и охлаждения, что требует времени. . » Автоклавы Cyclone диаметром 3 метра, поставляемые Thermal Equipment Corp. (TEC, Rancho Dominguez, CA, US), имеют длину от 5 до 10 метров до самого длинного - 11 метров.

В мезонине над автоклавным отсеком находится отдел контроля качества. Здесь у испытателей Zwick (Ульм, Германия) есть климатические камеры для циклического изменения температуры, необходимые для испытания материалов, используемых на поверхностях управления самолетов. «Они выполняют циклическое изменение температуры и нагрузки в соответствии со спецификациями производителей оборудования», - говорит Хулати. «Мы проводим все испытания на месте и можем провести аттестацию материалов, потому что почти все наши клиенты посетили нашу лабораторию и проверили ее».

Он показывает микрофотографии радиального наполнителя («лапша») из углепластика, производимого Cyclone и используемого в различных конструкциях балок из препрега. «Это очень сложная проблема, когда вы делаете детали, в которых фланец балки должен соединяться с полотном, а лапша используется для передачи нагрузки и предотвращения пустот», - объясняет Хулати, проводя экскурсию во вторую испытательную лабораторию, где малые диски полируются и помещаются в испытательное оборудование Tegramin производства Struers (Ballerup, Дания). «Это проверяет согласованность нашего процесса размещения», - отмечает он, подчеркивая:«Мы проверяем это сами, не для того, чтобы удовлетворить какие-либо требования клиентов, а вместо этого, чтобы убедиться, что мы хорошо справляемся с нашими собственными процессами, придерживаясь нашего собственного качества. стандарты ».

НДИ и обработка

Затем во время экскурсии мы посетим соседний объект, на котором находится заключительный контроль качества (ОК) и операции по механической обработке. В зоне NDI с высокими потолками слева находится большая испытательная машина для сквозного ультразвукового исследования (TTU), поставленная Matec Instrument Cos. (Нортборо, Массачусетс, США), в комплекте с водяным распылителем для передачи звуковых волн на поверхность детали. «Одна сторона оборудования TTU может передавать и принимать, а другая - только приемник», - объясняет Хулати. «С его помощью мы можем сканировать детали среднего и крупного размера, такие как обтекатель живота бизнес-джета, за половину восьмичасовой смены». Он утверждает, что это самая большая система TTU, используемая в Израиле для NDI, добавляя:«Мы сканируем каждый кусок композитного материала, который мы делаем. Через некоторое время обтекатели могут иногда перейти к проверке на основе статистики, потому что это второстепенные структуры, не критичные для полета, но мы все же предпочитаем сканировать каждую ». В соответствии с этим предпочтением, Hulaty отмечает, что Cyclone нанимает двух специалистов по неразрушающему контролю (NDT) уровня III для композитов.

Продолжая путь через лабораторию, справа - еще одна установка для автоматизированного ультразвукового контроля (УЗИ), изготовленная компанией ScanMaster Systems Ltd. (Рош-Хаайин, Израиль). Хотя композитные детали здесь также погружены в резервуары с водой, это не для системы C-сканирования. Вместо этого резервуары служат UT с фазированной антенной решеткой, очень быстрым методом, который обеспечивает большую точность, чем C-сканирование, но для более простых форм.

По мере того, как экскурсия проходит мимо стеллажей с деталями на различных этапах процесса контроля качества, Хулати указывает на инструменты, хранящиеся рядом с отсеком для неразрушающего контроля. «Мы проектируем и производим большинство наших инструментов, как металлических, так и композитных, но некоторые клиенты предпочитают поставлять свои собственные. Мы также можем вносить изменения в конструкцию оснастки для улучшения производства, конечно, только с одобрения заказчика ».

Пройдя через дверь и короткий коридор, экскурсия попадает в операции с ЧПУ, в которых размещены два 5-осевых обрабатывающих центра с ЧПУ, поставленных Breton (Кастелло ди Годего, Италия), компанией, изначально созданной в камнеобрабатывающей промышленности. «Компоненты машин Breton были изготовлены с защитой от каменной пыли», - говорит технический директор ЧПУ Тревор Хатсон. «Таким образом, они хорошо работают с углепластиком. Мы обнаружили, что деревообрабатывающие станки с ЧПУ недостаточно надежны для наших производственных нужд ».

Хулати отмечает, что температура в здании поддерживается на уровне 26 ° C ± 1 ° C. «Каждая машина остановится, если какой-либо из ее параметров выйдет за пределы спецификации», - объясняет он. Машины могут обрабатывать детали длиной до 5 м и шириной 2,2 м с ходом 1 м по оси z. Их объемная точность составляет 50 микрон (0,002 дюйма).

После завершения обработки включается головка координатно-измерительной машины (КИМ), которая выполняет КИМ на детали для окончательного контроля качества. Об этом сообщается и включается в состав детали через цифровую систему управления станком, чтобы сэкономить время проверки. «Мы калибруем датчик КИМ, а затем проводим измерения деталей», - говорит инженер ЧПУ Карин Хартман, которая вместе с Хатсоном является вторым специалистом Cyclone по обработке с ЧПУ. «Это обеспечивает результаты в реальном времени, поэтому мы можем решать любые проблемы, прежде чем переносить их в несколько частей», - добавляет Хатсон. «Это также экономит время, позволяя сразу же выполнять любую повторную обработку».

Сборка и НИОКР

Здесь экскурсия выходит из здания NDT / CNC для прогулки вверх по холму мимо здания, в котором размещался конференц-зал, к соседнему зданию, в котором выполняются сборочные операции. Хулати указывает на множество сборочных станций, которые производят балки пола, балку кабины экипажа, поперечную балку и отсек электронного оборудования (авионики) для секции 41 787. Они, вместе с дверью ниши носового колеса (NWWD), будут отправлены в Spirit AeroSystems в США, готовая зайти на производственную линию этой компании для 787 Section 41, передней части фюзеляжа.

Рассматривая станцию ​​сборки перегородки более подробно, Хулати объясняет, что она поддерживает грузовой пол Секции 41, обеспечивая поперечную опору через брюхо самолета. Сборка состоит из двух продольных балок и шести стоек, собранных в перевернутом виде. Простое вращающееся приспособление удерживает детали вместе, чтобы облегчить закрепление стоек.

«Композиты входят сюда уже просверленными», - отмечает Хулати. «В этом здании сверлят только металл». Металл также анодирован и окрашен в задней части здания. Инструкции по сборке отображаются на мониторе компьютера на каждой станции с использованием готовой системы. «Но инструкции наши», - говорит он. «Мы доработали его, чтобы общаться с моделями CATIA для каждой детали, а затем наш инженерный отдел создал инструкции по сборке». Он объясняет, что красный цвет указывает на изменение или ошибку, сделанную в прошлом. «Это практически безбумажная среда благодаря инфраструктуре сенсорных экранов. Карты маршрутов следуют за частью в электронном виде ».

Двигаясь дальше, Хулати указывает на противоракетную систему для коммерческих самолетов, которая называется C-MUSIC (коммерческое многоспектральное инфракрасное противодействие). Он был разработан подразделением Elbit Systems ISTAR, а Cyclone спроектировал структуру системы, в том числе производимые внутри компании допустимые значения. Хотя механизмы системы и внутренняя конструкция металлические, ее обтекатель / обтекатель - композитный.

«Все израильские авиалинии должны быть оснащены им», - говорит он. «Это автономная система, устанавливаемая на брюхе самолета с помощью готового к работе комплекта. Разработанный для противодействия переносным ракетам с тепловым наведением, запускаемым с плеча, лазер выстреливает в приближающуюся ракету, если эта система активирована ». По словам Хулати, системы C-MUSIC, впервые развернутые на Boeing 737 в 2013 году, наработали тысячи часов на коммерческих самолетах и ​​были протестированы на Embraer 170 . и 190 а также большинство коммерческих платформ Boeing и несколько моделей Airbus (Тулуза, Франция).

Через дорогу, в лаборатории НИОКР, в прихожей можно увидеть множество деталей, в том числе сделанные из титана, напечатанного на 3D-принтере. CW узнает, что последнее возникло в результате деятельности израильского консорциума во главе с руководителем отдела исследований и разработок Elbit-Cyclone Лиором Зильберманом. Целью консорциума было продвижение технологии аддитивного производства для производства авиационных конструкций. «Мы также заинтересованы в его потенциале для расширения наших возможностей по сборке», - говорит Хулати. Дополнительное использование может включать детали для программ модернизации вертолетов, которые, как он отмечает, являются заведомо небольшими партиями (например, пять вертолетов), «поэтому налаживание инструментов не является доступным вариантом». Среди других деталей, представленных на выставке R&D, - морской гребной винт, изготовленный с использованием RTM, и крылышко, разработанное с заказчиком для замены двухкомпонентной сотовой сборки на простую интегрированную деталь.

Разработка модульных композитных структур стала одной из сильных сторон Cyclone. В крылышке используется монолитный угольно-эпоксидный препрег, обработанный вне автоклава (OOA), чтобы снизить вес, стоимость и время выполнения заказа. Те же преимущества достигаются за счет интегрированной контрольной поверхности без застежек, изготовленной с помощью однократного процесса RTM. Зильберман также руководил разработкой многофункциональных структур со встроенным накоплением энергии, возможностью изменения формы и системами мониторинга состояния конструкций / NDI в поворотных и неподвижных крыльях, а также самоадаптирующихся композитных поворотных и фиксированных крыльев.

Лаборатория НИОКР состоит из цеха резки, цеха обработки и цеха разработки RTM. Последняя включает 360-тонный пресс фирмы Lauffer Pressen (Хорб-ам-Неккар, Германия) с системой мощности 700 кВт для нагрева форм для деталей размером до 2 на 2 м. Cyclone работал с Polymer G (Halutza, Израиль) над разработкой системы впрыска смолы для интегрированной пассажирской двери без застежек и технологии поверхности управления. Также имеется большая печь для предварительного нагрева форм RTM и / или последующего отверждения деталей из эпоксидной смолы.

Инвестиции в будущее производство

По окончании тура Хулати отмечает, что высокопроизводительное производство и сборка требуют вложений. В ходе экскурсии мы увидели примеры этого в испытательных лабораториях Cyclone и возможности NDI, а также его подход к обработке. Компания также внедрила программное обеспечение Plataine (Уолтем, Массачусетс, США) Total Production Optimization (TPO), которое использовалось для достижения двузначной экономии материала при резке препрега. TPO заменила предыдущую последовательную резку и раскрой препрега автоматизированной цифровой системой, которая оптимизирует раскройные раскроя нескольких деталей с использованием одних и тех же материалов. Эта система также помогла повысить производительность и сократить время, необходимое для резки и настройки машины.

«Наши клиенты доверяют нам поставки высококачественных деталей, но мы также должны постоянно искать способы управления затратами и увеличения производительности», - говорит Хулати. Elbit Cyclone продолжает искать новые возможности и видит светлое будущее, хотя и полное проблем. «У нас есть твердая стратегия, которая доказывает себя, о чем свидетельствует рост компании», - говорит Хулати. «При этом наша стратегия постоянно развивается, адаптируясь к рыночным изменениям». Сохраняется впечатление прагматической уверенности, основанной на знаниях и опыте, компании, которая продолжит выполнять свою роль по превращению обещания передовых технологий в надежное производство аэрокосмических композитов.