CNC-Prototyping in der Luftfahrtindustrie

Gepostet am 09.10.2020 | Von WayKen Rapid Manufacturing

Die Entwicklung der Luftfahrtindustrie eines Landes spiegelt die Qualität des Handwerks und das Niveau des technischen Wissens wider, über das es verfügt. Anforderungen an strukturelle Steifigkeit, Präzision, Genauigkeit, Qualität und Zuverlässigkeit sind für diese Branche wirklich entscheidend. Das Konzept der Verbesserung des Flugzeugdesigns und der Beschleunigung der Produktionsaufstellung ist immer eine Herausforderung geblieben.

Daher haben die CNC-Bearbeitung und das Prototyping ihren Weg in diese Branche gefunden. CNC-Maschinen, die enge Toleranzanforderungen erfüllen können, bieten eine großartige Lösung, um eine Vielzahl von Anforderungen zu erfüllen und gleichzeitig mit dem Produktionstempo Schritt zu halten. Im weiteren Verlauf des Artikels werden wir detailliert auf die verschiedenen Parameter eingehen, die in der Luftfahrtindustrie eine Rolle spielen, und wie die CNC-Technologie sie revolutioniert.

Warum eignet sich die CNC-Technologie für die Luftfahrtindustrie?

In einem Artikel der Lufthansa wurde behauptet, dass Boeing 6 Millionen Teile benötigte, um das Verkehrsflugzeug 747-800 zu bauen. Es gibt mehrere Vorteile, die die CNC-Technologie der Luftfahrtindustrie bringt. Lassen Sie uns einige davon besprechen:

• Automatisierung und Flexibilität sind zwei wichtige Parameter in der Luftfahrtindustrie. Produktionslinien sind nicht redundant. Die CNC-Technologie bietet Produktionslinien die Möglichkeit, sich schnell an verschiedene Teile anzupassen. Daher kann ein vielfältiger Satz von Bearbeitungsvorgängen ausgeführt werden. Mehrere CNC-Prozesse können auf derselben Maschine unter einer einzigen Aufspannung durchgeführt werden. Dies trägt dazu bei, die Bearbeitungs- und Produktionszeit erheblich zu verkürzen und somit die Gewinnmargen und die Effizienz zu steigern.
• Es gibt zahlreiche Vorteile für die Herstellung von Teilen mit dieser Methode, darunter Präzision, Wiederholbarkeit, Geschwindigkeit und CAD-Integration.
• Im Gegensatz zum manuellen Fräsen, das ausschließlich vom Menschen gesteuert wird, sind die Unterschiede zwischen den Kopien enorm, während Duplikate, die durch CNC-Fräsen hergestellt werden, jedes Mal eine perfekte Kopie des Objekts gewährleisten. Die Integration von Computer-Aided Design (CAD) in die CNC-Fräsmaschinen ermöglicht eine bessere Leistung und jedes Mal die Herstellung perfekter Kopien. Man kann jedes Teil nach Bedarf vor der Produktion entwerfen, modifizieren oder umformen. Das auf CAD geschnitzte Design kann leicht angepasst werden, sodass verschiedene Programme erstellt werden können, wodurch das Design dann in die CNC-Maschine eingespeist wird, sodass die Mühle eine physische Kopie des Teils herstellen kann. Dies kann schnell zu einem schnellen und einfachen Prototyping führen.
• Der technologische Fortschritt nicht nur im kommerziellen Sektor, sondern auch innerhalb der Streitkräfte eines Landes hat die Nachfrage nach Flugzeugen mit gleichbleibender Qualität und minimalen Mängeln eskaliert. Um perfekte Kopien von Teilen mit Genauigkeit herzustellen und mit der Nachfrage von Unternehmen wie Boeing, Lockheed-Martin, Vickers und anderen Schritt zu halten, sind CNC-Maschinen der beste Ersatz. CNC-Maschinen gewährleisten sowohl die Konsistenz als auch die Kohärenz der hergestellten Teile, sodass Produkte von besserer Qualität hergestellt und in der Luftfahrtindustrie verwendet werden können. Viele der heutigen Luft- und Raumfahrtteile müssen aus einem massiven Stück Aluminiumbarren oder Schmiedestücken oder anderen Materialien wie Edelstahl und anderen hochbelastbaren Legierungen hergestellt werden, damit sie schwere Gewichte heben und dem Flugzeug strukturelle Festigkeit verleihen können. Kopien solcher Teile können leicht in CNC-Maschinen mit wenig bis gar keinem Unterschied hergestellt werden.
• Die gestiegene Nachfrage von Flugzeugherstellern, die nach Luftfahrtteilen suchen, hat zahlreichen Unternehmen den Weg geebnet, Millionen von Dollar in Unternehmen zu investieren, die CNC-Bearbeitungsdienste sowohl im kommerziellen als auch im militärischen Bereich anbieten. Große Unternehmen sind so weit gegangen, riesige Teile mit Abmessungen von 50 Zoll Durchmesser, 60 Zoll Länge, 40 Zoll Breite und 32 Zoll Höhe herzustellen. Das Gewicht der CNC-bearbeiteten Teile kann insgesamt 100 Pfund überschreiten. Diese CNC-Bearbeitungsdienstleister können sich solche großen numerisch computerintegrierten gesteuerten Fräsmaschinen leisten und hosten und Herstellern auch Teile liefern, die strenge Toleranzkriterien erfüllen. Die Stellen, an denen die Toleranz gemessen wird, umfassen die Ebenheit, Rundheit und Zylindrizität; Ebenheit von nur ±0,000002 Zoll, Rundheit des Durchmessers von ±0,00005 Zoll und Zylindrizität von ±0,001 Zoll. Diese engen Toleranzen spielen eine große Rolle bei Teilen wie dem Fahrwerk, zu dem Raymer zitiert:„Von den vielen internen Komponenten, die in einem Flugzeuglayout definiert werden müssen, verursacht das Fahrwerk normalerweise die meisten Probleme.“
• Toleranzen spielen eine große Rolle in Teilen, in denen es wenig Spielraum für Größenfehler gibt. Es gibt CNC-Bearbeitungsunternehmen, die sich auf die Herstellung solcher Teile spezialisiert haben. Die Herstellung von Luftfahrtteilen hat Unternehmen gezwungen, in Anlagen zu investieren, die es ihnen ermöglichen würden, die Fertigung in einer einzigen Aufspannung abzuschließen.

Anwendungen der CNC-Bearbeitung in der Luftfahrtindustrie

Die zunehmende Komplexität der Teile in modernen Flugzeugen erfordert eine immense Präzision. Was 1903 mit Holz, Draht und anderen Grundmaterialien begann, hat sich schnell zur Verwendung moderner Verbundwerkstoffe und Metalle in dieser Branche entwickelt. Moderne Flugzeuge von heute beinhalten die Verwendung eines komplexen Avioniksystems, hochmoderner Hydrauliksysteme, aerodynamisch stromlinienförmiger Steuerflächen, Trimmsysteme und Servoklappen sowie revolutionärer Triebwerkssysteme.

Da sich diese Systeme schnell weiterentwickeln, besteht immer ein Bedarf an kundenspezifischen Teilen, um bestehende Flugzeugzellen zu verbessern. Es ist nicht immer möglich, für einige Verbesserungen völlig neue Flugzeuge von Grund auf neu zu konstruieren. Um die Rentabilität der Kosten zu erhöhen, wird eine Liste von Aufrüstungen und Austauschteilen für mehrere Flugzeugreihen erstellt. Die Bestellungen für ähnliche kundenspezifische Teile werden dann zusammengefasst, was sowohl Kompatibilität als auch Kosteneinsparungen bietet. Beispielsweise muss für eine alte Boeing 747-Reihe, die ein Upgrade auf das neueste Fly-by-Wire-Steuerungssystem benötigt, nicht das gesamte Flugzeug von Grund auf neu hergestellt werden. Stattdessen werden die Komponenten des spezifischen Systems maschinell bearbeitet.

Ebenso erfordern kritische Entwicklungen in der Luftfahrtindustrie intensive Tests. CNC-Prototyping hilft dabei sehr. Es wird zur Herstellung von Teilen von Strukturbauteilen, Avionik, Antriebssystemen und aerodynamischen Teilen verwendet.

Nachdem wir den Bedarf an kundenspezifischen Teilen und Prototypen besprochen haben, lassen Sie uns einige Schlüsselteile besprechen, die mit CNC-Bearbeitung hergestellt werden:

Und diese Liste endet hier nicht!

Die bei der Herstellung verwendeten Materialien umfassen Aluminium, Titan, Edelstahl, Inconel, Kovar und Kupfer. Zu den Bearbeitungsarten, die im Allgemeinen bei der Herstellung von Flugzeugteilen verwendet werden, gehören 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Fräsen, Drehen, Drahterodieren (EDM), Entgraten, Mikrobearbeitung und Senkerodieren (EDM).

Ein bemerkenswertes Beispiel in dieser Hinsicht ist Thompson Aero Seating, ein Anbieter von Sitzlösungen für die Luftfahrt in Nordirland. Das Unternehmen beauftragte einen Dienstleister für CNC-Bearbeitung mit der Herstellung von Aluminium-Trägerschienen für seine Business-Sitzgestelle mit dem Ziel, kürzere Zykluszeiten zu erreichen. Durch die Integration von CNC-Fräsen wurden die Zykluszeiten um satte 100 % von 61 Minuten auf nur noch 32 Minuten reduziert! Darüber hinaus ermöglichte die überlegene Oberflächenveredelung durch CNC-Fräsen die Eliminierung von Entgratungs- und Poliervorgängen.

Schlussfolgerung

Angesichts der Fakten in diesem Artikel ist die zentrale Rolle von CNC-Prototyping und -Bearbeitung ziemlich offensichtlich. Von der Erzielung präziser Toleranzen bis zur Reduzierung der Zykluszeiten bietet die CNC-Bearbeitung eine umfassende Lösung. Darüber hinaus bietet das CNC-Prototyping angesichts des derzeitigen Innovationsaufkommens in der Luftfahrtindustrie alle notwendigen Bearbeitungsschritte, um Leistung, Ästhetik und Herstellbarkeit umfassend zu analysieren.