Создан для скорости:производство качественных авиационных двигателей в срок

В этой первой статье из серии о строительстве самолетов мы сосредоточимся на деталях и компонентах двигателей, уделив особое внимание реальным проблемам, с которыми производители инструмента каждый день помогают своим клиентам. Мы также подробно изучаем, что сейчас происходит в сфере изготовления деталей для аэрокосмической отрасли.

Каково сейчас состояние аэрокосмической и оборонной промышленности? Стремление строить самолеты быстро и в срок вполне реально, но не без препятствий и затрат.

На уровне изготовления деталей жаростойкие и композитные материалы могут быть совершенно сложными для резки. Следовательно, по словам трех опрошенных нами крупных производителей инструментов, производителям аэрокосмической техники приходится подходить к разработке технологических процессов, программированию станков и выбору инструментов очень стратегически.

Стать стратегическим очень верно для всех сложных компонентов, из которых состоит реактивный двигатель, где отдельные кованые детали стоимостью 75 000 долларов являются нормой, а утилизация одной из них является дорогостоящим и нежелательным вариантом. Скорость хоть и важна, но не важнее предсказуемых и надежных результатов.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность:повышение производительности означает необходимость использования передовых инструментов

«Поскольку мы видим, что производители оригинального оборудования увеличивают объемы производства, остается риск того, что поставщики столкнутся с трудностями при наращивании производства», — говорит Робин Линебергер, руководитель аэрокосмического подразделения Deloitte, в отчете «Глобальный обзор аэрокосмической и оборонной промышленности на 2019 год». «Чтобы преодолеть эту проблему, производителям следует подумать о том, чтобы уделять больше внимания укреплению цепочки поставок, эффективному управлению программами и использованию передовых технологий для повышения производительности и эффективности».

В своем отчете Deloitte ожидает, что 2018 год завершится выпуском около 1600 самолетов, а в 2019 году — на 100 самолетов больше, чем в 2019 году. Производственный спрос часто означает использование более производительных и многозадачных машин. Упомянутые в нем «передовые технологии» включают в себя все:от метрологии на основе датчиков в процессе обработки до высокоскоростной многоосевой обработки и высокотехнологичных специальных инструментов, предназначенных для любых спецификаций материалов, которые предлагает эта жестко регулируемая отрасль.

На что Deloitte не указывает, так это на то, что создание усовершенствованного 5-осевого станка может занять от шести месяцев до года. Таким образом, пока они находятся в стадии ожидания, некоторые субподрядчики обходятся существующими 3-осевыми системами или другим устаревшим оборудованием, а многим «поставщикам» готовых деталей для аэрокосмической отрасли приходится переосмысливать стратегии использования инструментов, объясняют производители инструментов.

«Они хотят более быстрых способов производства, — говорит Билл Дюроу, менеджер по глобальным инженерным разработкам Sandvik Coromant, специализирующийся на аэрокосмической отрасли. «Они хотят запускать их на более высоких скоростях, будь то черновая или чистовая обработка. Сегодня количество производимых двигателей достигло беспрецедентного уровня в отрасли».

Найти подходящие сплавы и режущие инструменты, разработанные специально для жаропрочных жаропрочных сплавов, сегодня вполне возможно. Но, по словам производителей инструментов, еще предстоит изучить эти новые материалы и геометрию, необходимую для их резки.

Например, инструменты, предназначенные для резки стали 4140, вероятно, не являются лучшими инструментами для резки инконеля, титана или пластика, армированного углеродным волокном, или «углепластика». В последние несколько лет некоторые статические и вращающиеся компоненты двигателя, которые раньше изготавливались из титана, теперь изготавливаются из композитных материалов с керамической матрицей, или CMC, говорят инженеры Seco Tools.

«Искусство всего этого заключается в синергии объединения всего», — говорит Дэйв Тодд, менеджер по западным зонам и аэрокосмической отрасли Seco Tools. «Сегодня наши навыки в аэрокосмической отрасли изменились, и мы стали гораздо больше напоминать консультанта, работающего с технологическими партнерами, поставщиками первого уровня и академическими кругами… Большая часть технологических процессов выполняется за пределами нашего технологического центра».

У всех трех производителей инструмента есть испытательные лаборатории, которые они используют для проверки потенциальных решений для своих клиентов. Все трое также предпочитают проводить как лабораторные, так и выездные испытания, чтобы убедиться, что точные стратегии работают на реальной производственной линии.

Думаете о возможностях изготовления деталей в аэрокосмической и оборонной промышленности? Прочитайте «Производство 101:Станьте частью аэрокосмической отрасли».

Проблема управления теплом в зоне резания и ее решения

Топливная эффективность стимулирует спрос на более легкие компоненты с использованием термостойких материалов, которые трудно обрабатывать. Частью стимула для более эффективной работы двигателя является экология:более чистое сжигание также более эффективно.

«Технические требования сводят его к уровню поставщика, а это означает, что вы должны иметь более быстрое время отклика на инструментальную технологию для поддержки современных материалов», — говорит Скотт Кози, специалист по сегменту рынка в Seco Tools. «Кроме того, для некоторых материалов может потребоваться совершенно другая стратегия обработки инструментов просто из-за их сложности:в обычном материале из жаропрочных сплавов не используется та же стратегия резки, что и в композите с керамической матрицей».

Материал CMC состоит из нескольких слоев и может легко сломаться при неправильном обращении.

Но также подумайте об этом:термостойкий материал, который отлично подходит для работы безумно горячего газотурбинного реактивного двигателя, также выделяет много тепла при резке. Инструментальные марки сами по себе требуют определенного уровня термостойкости даже для выполнения своей работы.

Чтобы помочь удовлетворить потребность в СОЖ, подача через инструмент стала важной деталью в инструментах для сложной обработки. Производители инструментов постоянно находят новые инновации в области подачи охлаждающей жидкости, в том числе некоторые инструменты с несколькими портами для подачи в самые непосредственные места резания в наиболее эффективное время.

Кстати, о охлаждающей жидкости:куда движется технология охлаждения? Узнайте в “ Будущее жидкостей для металлообработки, машинных смазок и охлаждающих жидкостей ».

Авиационные двигатели в центре внимания

Геометрия, необходимая для резки форм и материалов деталей двигателя, требует размерного мышления. Существуют блиски двигателя и воздушные крылья уникальной формы, которые могут сочетать в себе различные материалы, например композит с титаном.

Чтобы бороться с этим, эти производители разрабатывают и испытывают полный набор сплавов, предназначенных для резки самых сложных материалов — инконель, жаропрочные сплавы, титан и многие другие. И есть еще один способ:они создают специальные аэрокосмические инструменты по мере необходимости. Эти специализированные инструменты часто становятся стандартными линейками продуктов для всех клиентов.

Три основных производителя инструментов описывают, как спецификация OEM и уникальная геометрия аэрокосмических деталей привели к тому, что нестандартные инструменты стали стандартными линейками продуктов — когда-то проверенными в полевых условиях. У всех трех производителей есть программы для аэрокосмической отрасли и очень специфические детали, оптимизированные для современных компонентов двигателей, в том числе:блиски/рабочие колеса, аэродинамические поверхности, диски турбин, кожухи турбин, золотники, кожухи вентиляторов и валы.

Вот четыре примера реальных компонентов двигателя, где правильная оснастка оказала влияние. Все они включают в себя производителей аэрокосмической техники уровня 1 со средним числом от 35 до 40 машин в их магазине, которые работают 365/24/7. Это ни в коем случае не единственные области предложений компонентов двигателя для этих производителей.

Sandvik Coromant Повышение производительности в Blisks

Вызов: На изготовление блиска ушло семь дней. Деталь на основе никеля имела глубокое лезвие и узкую прорезь. Черновая обработка большого вылета оказалась неэффективной при традиционном фрезеровании. Упаковка стружки была чрезмерной. Машины ломались.

«Мы видели, что они делали, просто сжигая концевые фрезы на полную мощность:туда-сюда, туда-сюда, туда-сюда», — говорит Дуроу. «У них были ненужные инструменты, они относили их в цех переточки, а затем использовали повторно… Это занимало много времени и использовало много концевых фрез».

Решение: Твердосплавный плунжерный инструмент, аналогичный тому, что использовался при операциях с штампами и формами. Кроме того, для очистки бугров использовался второй инструмент меньшего диаметра.

«Мы принесли наш тестовый образец обратно в лабораторию, и нам пришла в голову идея использовать процедуры погружения», — говорит Дуроу. «Это сработало очень, очень хорошо. И что приятно, мы почти устранили еще одну получистовую операцию с помощью вторичной очистки».

Результат: На четыре дня сократилось семидневное производство блисков с черновой и получистовой обработкой. Это также стало стандартным предложением для приложений blisk.

Kennametal экономит на крупной покупке с помощью аэродинамического профиля

Вызов: Воздушная фольга неправильной формы, изготовленная из инконеля, вырезалась в процессе электрохимической обработки, или «ЭХО», когда заготовка удерживалась материалом из сплава висмута. Агрессивное сокращение сырья было невозможно, поэтому производство шло медленно. Пульсирующие силы вызывали вибрацию и вибрацию, а также снижали срок службы инструмента.

Решение: Разработана стратегия резания, в которой отрегулирована спираль, количество канавок и микрогеометрия инструмента, чтобы свести к минимуму отталкивание в более тяжелые резы. Для более легких разрезов они увеличили спираль и изменили диаметр и количество канавок, чтобы обеспечить три точки контакта при вращении.

Результат: Плавное резание, увеличенный срок службы инструмента и увеличенная максимальная скорость съема металла. Клиент смог отменить заказ на новый станок стоимостью 1 миллион долларов, который должен был быть заказан.

Инструменты Seco Берет на себя управление прорезанными канавками в диске двигателя

Вызов: Проблемы со стружкодроблением из-за прорезания глубоких канавок в термообработанном сплаве Inconel 718 на диске компрессора, удерживающем лопасти вентилятора. Процедуры глубокого врезания приводят к поломке инструмента и сокращению его срока службы.

Решение: Многонаправленная система токарной обработки и обработки канавок в сочетании с подачей СОЖ под высоким давлением. Стратегия зигзагообразной геометрической резки помогла уменьшить стружку, снизить нагрев и увеличить срок службы инструмента.

Результат: Сокращение времени цикла на 15-20 процентов. Получил контроль над процессом и уменьшил нагрузку на ручное вмешательство, отнимающее много времени.

Kennametal устраняет вибрацию в корпусе двигателя

Вызов: Удаление целого дюйма титана для кожуха двигателя, но его нельзя было повернуть. Существующие инструменты давали слишком большую силу резания и низкую производительность. Было трудно обойти определенные области функций.

«Корпуса двигателей должны быть круглыми, верно? Но на самом деле это не так», — говорит Марк Фрэнсис, штатный инженер проекта аэрокосмической и оборонной промышленности Kennametal. «Они полны функций, которые исключают возможность простого цикла токарной обработки… Я бы сказал, что в 80% случаев материал режется фрезерованием».

Решение: Используйте специализированный инструмент, который мог бы подойти по диаметру и одновременно устранить вибрацию и отталкивание.

Результат: Стабильная, надежная производственная линия с предсказуемой эффективностью резки металла. Пользовательские инструменты, которые становятся стандартом.

Важность производственного процесса и стоимости компонента

Имейте в виду:большинство поставщиков деталей для аэрокосмической отрасли уровня 1 используют разное обрабатывающее оборудование, даже если они производят одни и те же детали по одним и тем же спецификациям OEM. Производители инструментов и специалисты по металлообработке должны понимать каждую среду обработки и стратегии проектирования, которые работают для каждой уникальной среды обработки.

Независимо друг от друга все три производителя инструментов, которые являются конкурентами, хотели, чтобы одна вещь была совершенно ясной:акцент должен быть сделан на повышении производительности за счет использования правильных инструментов, предназначенных для реального влияния на производительность и точность. Кроме того, они считают, что более целостное представление о затратах на компонент помогает своевременно доставлять все больше и больше самолетов.

Доказательство, говорят они, в производительности.

Действительны ли объемы производства аэрокосмической продукции? Присоединяйтесь к разговору в форум по металлообработке <сильный>. [требуется регистрация]