Максимизация эффективности обработки в авиастроении: проверенные стратегии

Опубликовано 11 мая 2020 г. | Автор: WayKen Rapid Manufacturing

Вершина человеческой мысли и инженерии справедливо отдана гигантским летающим машинам. Ракеты, самолеты, реактивные самолеты невероятно сложны в проектировании и еще сложнее в производстве. Поэтому в мире всего 8 крупных компаний, делающих коммерческие самолеты в значительных объемах. Самолет, космический или просто летательный, имеет более 500 000 деталей, большая часть которых должна быть экстремально точной и долговечной. Обеспечение лучшего качества и стоимости этих деталей — жизненная цель промышленной авиаобработки.

Проблемы производства авиадеталей

Точная авиаобработка имеет много проблем. Во-первых, множество авиадеталей изготавливаются из огромного разнообразия материалов. Двигательные элементы — самые критичные — сделаны из термостойких закаленных сплавов, экстремально труднообрабатываемых. Эти сплавы плохо проводят тепло, поэтому тепло при обработке накапливается в инструменте. Никелевые сплавы часто стареют или проходят термообработку, поэтому их очень трудно обрабатывать. Точность авиадеталей гораздо строже по сравнению с другими отраслями, а геометрия деталей — гораздо сложнее.

Помимо прямых проблем обработки, есть много косвенных. Одна из них — производственные стандарты. Наряду с медпромом, авиапроизводство — одна из самых регулируемых отраслей в мире, и выполнение всех требований качества — сложно.

Эффективная обработка тонкостенных авиадеталей

Вес критичен для летательных аппаратов. Чем легче дизайн, тем меньше топлива потребуется, поэтому инженеры часто проектируют детали со тонкими стенками, решетками, ребрами. Традиционно их обрабатывают из цельного литого или штампованного блока металла, и отходы составляют 95%. Но низкая материалоемкость — не единственная проблема. Главная проблема при обработке таких деталей — деформация из-за высоких режущих сил. Если слишком увеличить подачу и глубину резания, особенно с никелевыми сплавами, рискуете разбить стенки вибрацией или деформировать их избыточным теплом. Результат: срезаете крошечную стружку на ползущей подаче, и общее время обработки становится несоизмеримо большим.

Что можно сделать, чтобы сократить время обработки и реально обрабатывать тонкостенные авиадетали конкурентоспособно? Первое — уменьшить вибрацию. Вибрирующий резак бьет в тонкую стенку — она гнется или трескается. Чтобы уменьшить вибрацию, лучше снизить подачу, но увеличить число режущих кромок во фрезе (или использовать несколько режущих инструментов на токарном). Оптимальная стратегия фрезеровки тонкостенных деталей — подъемная фрезеровка (climb milling). Эта стратегия использует подачу в противоположном направлении от противоходовой. Это приводит к меньшей режущей силе, лучшей чистоте поверхности и, главное, фреза входит в материал там, где стенка толще — вибрация намного меньше. Для борьбы с перегревом необходимо использовать прогрессивные высоконапорные СОЖ.

Трохоидальные траектории фрезеровки для снижения перегрева в авиасплавах

Перегрев детали из-за плохой теплопроводности — типичная проблема авиадеталей. Одна стратегия для снижения накопления тепла — трохоидальная фрезеровка. Она широко использует возможности ЧПУ-станков следования за сложными траекториями резания. Трохоидальная стратегия использует маленькую фрезу (меньше ширины реза), которая движется по траектории, похожей на боковую проекцию пружины на плоскость. Одна кривая — фреза режет, затем возвращается на второй кривой и снова режет металл. Эта стратегия дозирует время контакта инструмента с деталью, давая момент для эффективного охлаждения обоих СОЖ. Трохоидальное точение похоже на фрезеровку, использует короткие последовательности резания и пауз для работы СОЖ и избежания перегрева. Такая стратегия имеет больше холостых пробегов инструмента, но нивелирует это увеличением скоростей и подач. В WayKen также можем предложить ЭЭР-обработку, возможно, избежав механической обработки деталей.

Выбор правильных инструментов для быстрой обработки

Когда речь заходит о станках, ЧПУ играет большую роль и широко применяется для алюминиевой обработки. Один из важнейших способов повысить эффективность — выбор правильного режущего инструмента. Если мягкие сплавы хорошо изучены и многие производители предлагают решения для алюминия и других сплавов, то многие авиаматериалы засекречены, и выбор нужно делать на месте.

Трюки эффективного выбора инструмента для термостойких материалов должны противодействовать негативным свойствам материалов. Идеальный инструмент должен иметь малую вибрацию, быть очень твердым и выдерживать высокие температуры для постоянного ресурса и работы на эффективных подачах. Идеальный пример — алмазный режущий инструмент. Искусственные алмазы тверже и долговечнее твердосплавных вставок и работают при более высоких температурах. Алмазная обработка имеет свою специфику, но может быть модифицирована под нужды авиапроизводителей. Помимо алмазных, керамические инструменты также показывают отличную производительность, так как работают при самых высоких температурах.

Для снижения вибраций обрабатываемых деталей важно использовать фрезы с большим числом режущих кромок и более острым углом спирали. Такие фрезы минимизируют время и расстояние, которое инструмент проходит до удара следующей режущей кромки о материал, снижая вибрацию и позволяя увеличивать режущие параметры для большей эффективности.

Системы, обеспечивающие качество обработки

Перед использованием любой стратегии и началом обработки важно оценить, можно ли достичь качества детали за желаемое время. Как предсказать итоговый допуск, чистоту поверхности и время обработки до её начала? Недавно это было невозможно, но теперь возможно благодаря невероятной скорости развития математического моделирования. Конечно-элементный анализ достиг уровня, где можно смоделировать процессы резания с хорошей точностью. Можно загрузить модель и посмотреть реальные режущие силы, рассеяние тепла и как это повлияет на итоговую деталь. Видны остаточные напряжения, деформации и т.д. еще до установки заготовки на ЧПУ-станок. Эта технология дает огромные преимущества для предсказания результата обработки и сокращает время на переработки.

Как WayKen может помочь вам?

Мы сильно инвестировали в передовые ЧПУ-технологии и многоосевые станки, позволяющие легко и быстро обрабатывать пробные партии, кастомные короткие серии или малообъемное производство. Мы можем удовлетворить ваши потребности в обработанных деталях, когда вы загрузите CAD-файлы сегодня для бесплатной котировки.