Композит против алюминия:почему современные авиалайнеры выбирают легкие материалы

Чтобы снизить вес и повысить эффективность, в пассажирских авиалайнерах последнего поколения, таких как Boeing 787 и Airbus A350, используется больше композитных материалов, чем алюминия. Однако с алюминием легче работать, и он значительно дешевле, поэтому в обозримом будущем он останется важным материалом для аэрокосмической отрасли, особенно в тех случаях, когда критичны меньший вес и сопротивление усталости.

В частности, две области, в которых алюминий будет использоваться в течение длительного времени, — это корпуса авионики и внутренние компоненты. Обычно их отливают с последующей ограниченной механической обработкой монтажных поверхностей и отверстий. Ниже мы более подробно рассмотрим процессы кастинга и их преимущества.

Материалы для снижения массы

Масса — главный вопрос в аэрокосмическом проектировании и производстве. Чем легче конструкция, тем меньше двигатели, тем выше эффективность и больше полезная нагрузка. Масса сводится к минимуму за счет выбора материалов с высоким соотношением прочности к весу, иначе называемым удельной прочностью или прочностью на фунт.

Пластик, армированный углеродным волокном (CFRP), одновременно прочный и легкий, и его использование в конструкциях самолетов растет. Однако его производство и использование обходятся дорого, что оставляет возможность для других материалов, таких как алюминий.

Титан – еще один материал с высокой удельной прочностью. Опять же, его дорого и сложно отливать и обрабатывать.

Магний и алюминий имеют одинаковое соотношение прочности и веса, но алюминий более устойчив к коррозии и не представляет опасности возгорания, как магний. Он производится из широкого спектра сплавов, разделенных на семь серий. Серию 7xxx часто называют аэрокосмическим алюминием, хотя в зависимости от конкретных требований применения также используются и другие сплавы.

Дополнительной полезной характеристикой алюминия является то, что его можно анодировать. Это метод повышения уровня окисления поверхности для повышения твердости и придания привлекательного внешнего вида без нанесения покрытия.

Методы литья алюминиевых компонентов аэрокосмической отрасли

Для минимизации массы требуется процесс литья, позволяющий производить тонкие срезы и мелкие детали. Это исключает литье в песчаные формы, оставляя:

• Инвестиционный кастинг
• Оболочка
• Постоянное литье в форму

Ниже приведены соответствующие характеристики каждого из них.

Инвестиционный кастинг

Процесс одноразового формования, при котором керамическая «оболочка» формы формируется поверх восковой модели. Литье по выплавляемым моделям предназначено для деталей весом до 30 фунтов и позволяет создавать сложные формы с тонкими стенками и входными элементами, сохраняя при этом жесткие допуски и образуя гладкие поверхности. Сложность процесса означает, что он вступает в силу, когда важно свести к минимуму как механическую обработку, так и массу.

Формование корпуса

В этом процессе рисунок покрывается внешней оболочкой из песчаной смолы. Форма обычно состоит из двух половин, которые соединяются, образуя полость формы. После затвердевания металла форму разбирают. Формование оболочки позволяет производить более крупные детали, чем литье по выплавляемым моделям, но оно ограничено с точки зрения уровня детализации и сложности. Качество поверхности не такое хорошее, как при литье по выплавляемым моделям.

Постоянное литье в форму

При этом для формирования деталей используются металлические штампы, при этом жидкий металл течет под действием силы тяжести. Возможно короткое время цикла, а быстрое охлаждение увеличивает прочность детали, но инструменты стоят дорого. В совокупности все это делает литье в постоянные формы трудоемким процессом. Более того, он не способен передать мельчайшие детали, которые можно достичь при литье по выплавляемым моделям.

Литье из алюминия для аэрокосмической отрасли

Алюминий обеспечивает оптимальный баланс массы, сложности деталей и стоимости корпусов авионики и внутренних компонентов, таких как кронштейны и мебель для сидений. Такие марки, как серия 7xxx, обладают высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью и коррозионной стойкостью.

Эти детали, а также другие детали, такие как корпуса гидравлических насосов, легко изготавливаются методом литья, что способствует снижению веса при минимизации механической обработки. Литье по выплавляемым моделям обеспечивает высочайшую точность и сложность, однако альтернативными вариантами являются формование в оболочку и литье в постоянную форму, в зависимости от геометрии детали и требуемого количества.

Если вам нужен источник качественных литых металлических деталей для аэрокосмической отрасли, у нас есть необходимые вам ресурсы и опыт. Свяжитесь с нами, чтобы обсудить или запросить ценовое предложение.