Obróbka CNC w współczesnym przemyśle lotniczym jest standardem. Chociaż pierwsze samoloty były budowane z drewna i płótna, wymagania branży wzrosły, zwłaszcza w zakresie sztywności. Szerokie zastosowanie najlżejszych możliwych stopów i polimerów umożliwiło tej branży tworzenie lżejszych maszyn przy użyciu tradycyjnych narzędzi obróbczych, takich jak frezarki lub tokarki.
Rewolucja spowodowana przez technologię silników odrzutowych pchnęła tę branżę jeszcze dalej – nie tylko pod względem osiągalnej prędkości, ale także wymagań dotyczących precyzji produkcji części. Silniki te są jedyną przyczyną rozwoju obróbki CNC, która może zapewnić wysoką powtarzalność części i precyzję procesów obróbki z wąskimi tolerancjami. Od tego momentu (pierwsze urządzenie sterowane numerycznie powstało w latach 50. XX wieku) obróbka CNC jest nierozerwalnie związana z przemysłem lotniczym.
Obróbka CNC dla przemysłu lotniczego: specyfikacja i wymagania
Współczesny sektor lotniczy – wojskowy i cywilny – wymaga części, które są sztywne i zapewniają długą żywotność, nawet w najbardziej wymagających warunkach. Duże wahania obciążenia, długotrwała ekspozycja na bardzo niskie lub bardzo wysokie temperatury lub wymóg osiągnięcia najwyższej możliwej powtarzalności produkcji – to tylko kilka wymagań stawianych częściom produkowanym dla przemysłu lotniczego. Ponadto każda część powinna być jak najlżejsza i składać się z elementów spójnych strukturalnie.
Dlatego tak ważny jest właściwy dobór materiałów, dostawców lub dokładna kontrola każdego elementu przed obróbką. Wymienione wymagania sprawiają, że profesjonalne usługi obróbki CNC dla przemysłu lotniczego są bardzo wymagające. Ponadto takie potrzeby wymagają nie tylko najlepszych możliwych urządzeń do obróbki CNC, ale także doświadczenia i wiedzy całego zespołu warsztatu lub zakładu.
Wysokiej jakości części lotnicze mogą być produkowane zgodnie z wymaganiami wyłącznie w warsztatach mechanicznych, które zapewniają bardzo wysoką precyzję obróbki CNC przy użyciu doskonale skalibrowanych urządzeń (frezarek, tokarek, szlifierek lub urządzeń EDM) oraz wiedzy operatorów CNC.
Doskonały dobór materiałów i ścisła kontrola jakości na każdym etapie procesu produkcyjnego przekładają się na produkcję części lotniczych najwyższej jakości. Takie produkty – często o skomplikowanej geometrii i wykonane dokładnie według specyfikacji – mogą zapewnić długą i bezawaryjną pracę przez setki i tysiące godzin.
Warto wspomnieć, że wykorzystanie bardzo precyzyjnej obróbki CNC może sprawić, że proces ten będzie bardziej opłacalny. Nie tylko ze względu na typowe zalety (zwiększenie wielkości partii może prowadzić do obniżenia kosztu jednostkowego), ale także dzięki długiej żywotności zapewnianej przez taki proces.
Najważniejsze powody, dla których części lotnicze i ich producenci muszą spełniać tak wysokie wymagania, najłatwiej pokazać na przykładzie łopat wirnika współczesnego silnika odrzutowego:
- części te pracują w ekstremalnych warunkach – z jednej strony mają kontakt z bardzo zimnym powietrzem (samoloty komercyjne latają na wysokości od 33 000 do 42 000 stóp / od 10 do prawie 13 kilometrów nad poziomem morza), z drugiej strony – w bardzo gorącym środowisku (z powodu spalania wewnątrz silnika),
- są poddawane ciągłym i dużym siłom (działającym we wszystkich kierunkach),
- powinny być idealnie wyważone, aby zachować optymalną wydajność i uniknąć uszkodzenia innych elementów. Nawet najmniejsza zmiana masy lub struktury krystalicznej stopu może spowodować katastrofalną awarię,
- dlatego wybór materiałów do obróbki CNC w lotnictwie – nawet jasno opisany w specyfikacji – powinien być ponownie oceniony, a materiał do procesów produkcyjnych – poddany szczegółowej kontroli jakości w celu zapewnienia najlepszej możliwej struktury krystalicznej danej partii. Taka nadmiarowość kontroli jakości pozwala uzyskać najlepszy możliwy materiał do procesów produkcyjnych.
Dlatego precyzja w połączeniu z doświadczeniem i wiedzą operatorów CNC jest niezbędna w procesach produkcji części dla przemysłu lotniczego. Z jednej strony same części są drogie, ale ilość pracy i odpowiedzialność odpowiadają tym wymaganiom.
Obróbka CNC: nierozerwalnie związana z przemysłem lotniczym
Obecnie obróbka CNC jest standardem w niemal każdej branży zajmującej się produkcją dużych ilości elementów. Chociaż technologia ta została opracowana i rozwinięta na zamówienie Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych, niemal od samego początku znalazła zastosowanie w innych gałęziach przemysłu. Nie tylko w przemyśle lotniczym.
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology stworzyli pierwsze urządzenie CNC do produkcji części do – jak na tamte czasy – najnowocześniejszych silników odrzutowych. W latach 50. XX wieku technologia ta była w powijakach, a pierwsze wyzwania związane z nowym systemem napędu samolotów były silnie związane z precyzją produkcji. Technologia stworzona i rozwinięta przez naukowców z MIT pozwoliła na niemal natychmiastowe dostarczanie powtarzalnych części.
Umożliwiło to szybszy rozwój silników odrzutowych i całej branży – w tamtym czasie głównie wojskowej, ale technologia ta przeniknęła do lotnictwa cywilnego i pomogła zwiększyć wydajność procesów produkcyjnych (przy zachowaniu efektywności kosztowej). Innymi słowy: bez obróbki CNC współczesny przemysł lotniczy nie wyglądałby tak samo. W pewnym sensie – nawet cały świat.
Rodzaj obróbki skrawaniem sterowanej numerycznie stosowanej w produkcji części dla przemysłu lotniczego
Produkcja części dla przemysłu lotniczego – śmigła, lekkie samoloty, elementy podwozia i silniki odrzutowe – jest obecnie realizowana głównie za pomocą urządzeń CNC. Nawet części wykonane z polimerów lub kompozytów są cięte na wymiar i kształt za pomocą obróbki sterowanej numerycznie. Ma to na celu przede wszystkim zminimalizowanie możliwości wystąpienia błędów i zapewnienie najwyższej możliwej precyzji pracy.
Wśród najczęściej stosowanych technologii obróbki CNC w przemyśle lotniczym warto wymienić:
- Obróbka CNC części lotniczych – jest jednym z najważniejszych, jeśli nie najważniejszym rodzajem obróbki w tej branży (i wielu innych). Nowoczesne urządzenia (umożliwiające obróbkę 2- i 3-osiową, a nawet 5-osiową w przypadku bardziej skomplikowanych procesów) pozwalają na szybkie kształtowanie niemal każdego rodzaju elementów lotniczych. Od obróbki łopatek turbin i bloków silników wielocylindrowych, po elementy siedzeń i wyposażenie kokpitu. W tych zastosowaniach od dziesięcioleci stosowane są frezarki CNC,
- tokarki CNC – służące do produkcji elementów cylindrycznych. Często wykorzystywane do produkcji wałów napędowych lub śrub łączących większe systemy, często poddawane dużym obciążeniom,
- szlifowanie i piaskowanie CNC – stosowane w celu uzyskania szklistego wykończenia powierzchni części. Często stosowane jako część przygotowania do dalszej obróbki części, np. galwanizacja w celu nadania powierzchni dodatkowych właściwości. Na przykład anodowanie aluminium może poprawić sztywność i trwałość części, chroniąc ich strukturę cienką (ale twardą) warstwą sztucznie wytworzonego tlenku (taka warstwa ma wysoką odporność na korozję),
- EDM (obróbka elektroerozyjna) – jest często stosowana w produkcji elementów lotniczych o złożonej strukturze wewnętrznej. Proces ten pozwala na tworzenie części monolitycznych, których nie można wyprodukować w frezarkach wieloosiowych,
- cięcie laserowe i znakowanie laserowe – umożliwia nanoszenie tymczasowych oznaczeń na powierzchnię części. Jest to bardzo ważne z punktu widzenia zespołów montażowych i konserwacyjnych, które powinny być w stanie zidentyfikować nawet zużyte elementy. Ponadto cięcie laserowe pozwala na precyzyjne cięcie dużych części kadłuba samolotu, nawet wykonanych z polimerów.
Materiały stosowane w obróbce części lotniczych
Przemysł lotniczy od samego początku wykorzystywał najlżejsze możliwe materiały. Taki wybór umożliwił start, a z czasem także szybsze i wyższe loty. Balsa i płótno – stosowane na początku – zostały zastąpione przez aluminium, włókna szklane tytanowe oraz szeroką gamę polimerów i materiałów kompozytowych. Każdy z nich charakteryzuje się niską masą i bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi.
Współczesne części lotnicze CNC są wykonane z następujących materiałów:
- stopów aluminium – zwłaszcza serii 6xxx i 7xxx (często nazywanych „aluminium lotniczym”) oraz specjalistycznych stopów z serii 8xxx. Materiał ten charakteryzuje się bardzo dobrym stosunkiem wytrzymałości do masy, dzięki czemu stał się jednym ze standardów w przemyśle lotniczym i obronnym. Ponadto części wykonane z tych stopów można ulepszać w procesach galwanicznych. Stopy aluminium są bardzo łatwe w obróbce, co czyni je idealnym materiałem dla wielu gałęzi przemysłu, w tym lotnictwa. Stopy te mogą być stosowane w konstrukcjach samolotów (np. konstrukcja samolotu F-16 jest w 80% wykonana z aluminium), a nawet w niewielkich elementach kokpitu i bagażnika.
- stopów tytanu – coraz bardziej popularnego materiału. Chociaż początkowo był on stosowany tylko w najbardziej zaawansowanych (i drogich) maszynach, takich jak SR-71 (samolot ten był doskonałym przykładem wykorzystania tytanu), obecnie jest często wybierany jako odpowiedni stop do nowoczesnych samolotów cywilnych i wojskowych (np. ponad 40% samolotu F-22 Raptor jest wykonane ze stopów tytanu). Stopy te zapewniają bardzo dobre parametry mechaniczne i niską masę. Ze względu na wysokie koszty, części samolotowe z tytanu są najczęściej produkowane dla wojska,
- nadstopki – często nazywane nadstopkami żaroodpornymi – są stosowane w produkcji silników odrzutowych, np. do łopatek turbin gazowych. Wykonane ze stopów żelaza, niklu i kobaltu są cięższe od aluminium, ale mają lepszą odporność na wysoką temperaturę panującą w silniku,
- kompozyty – szeroka gama materiałów, które w niektórych klasyfikacjach obejmują nawet polimery o wysokiej wydajności. Ze względu na niską masę i wystarczająco dobre właściwości mechaniczne są wykorzystywane do produkcji kadłubów samolotów lub wyposażenia samolotów.
Jedno zamówienie, wiele korzyści – tak wygląda współpraca z RADMOT
W RADMOT oferujemy usługi frezowania CNC, toczenia CNC, a także wiele usług dodatkowych, w tym mycie, anodowanie aluminium, znakowanie laserowe i montaż. Do Państwa dyspozycji mamy ponad 80 nowoczesnych maszyn w naszym parku maszynowym, wszystkie od renomowanych producentów. Pobierz prezentację i sprawdź, na jakich obrabiarkach produkujemy części toczone CNC i części frezowane CNC.
Skontaktuj się z nami i powiedz nam, czego potrzebujesz. Świadczymy usługi CNC od prawie 40 lat. Nasza wycena jest całkowicie bezpłatna. A jeśli masz wątpliwości, która technologia będzie dla Ciebie najlepsza, służymy Ci naszą wiedzą i doświadczeniem.
