Fahrwerkkomponenten-Fertigung: Einblicke von Luftfahrt- & Verteidigungsführern

Als Teil 3 unserer Serie zur Luftfahrtfertigung betrachten wir Fahrwerkkomponenten-Fertigung mit Blick auf das, was Werkzeughersteller bei der Arbeit mit den größten Luftfahrtfertigern und Subunternehmern der Branche erleben.

Bisher gingen wir dieses Jahr tief in Flügel- und Triebwerkskomponentenfertigung. Jetzt: Fahrwerkkomponenten.

Als einer der kritischsten Flugzeugbereiche tragen Fahrwerksysteme schwere Last. Wörtlich: Das gesamte Gewicht eines Flugzeugs, Jagdjets oder Hubschraubers wird beim Rollen, Landen und Starten vom Fahrwerk getragen. Und je nach Landeort – z. B. Flugzeugträger mitten im Pazifik – können die Materialien des Fahrwerks variieren.

„Das einziehbare Fahrwerk, heute Standard bei kommerziellen und militärischen Flugzeugen, wurde 1911 für Glenn Curtiss' Triad-Flugzeug entwickelt“, schreibt das National Air and Space Museum im Blog.

Ein Flugzeugfahrwerk steuert Bodenhandling, aber auch Flugverhalten, da es Gewicht, Performance und Zuverlässigkeit beeinflusst.

Wir sprechen mit drei führenden Werkzeugherstellern für Perspektive auf Materialherausforderungen und Zerspanungsnuancen – und diskutieren reale Beispiele, wo Werkzeug und Bearbeitung für Luftfahrtfertiger den Unterschied machten.

Materialien in heutigen Fahrwerkkomponenten

Überwiegend sehen Werkzeuglieferanten zwei Hauptmaterialtypen in großen Fahrwerkskomponenten: 300M, ein niedriglegierter, sehr harter Stahl, oder Ti-5553, eine Titanlegierung, bekannt für Festigkeit und Härtbarkeit.

Bei Verkehrsflugzeugen nutzen Boeing und Airbus beide Materialien – abhängig von Lastanforderungen des Flugzeugmodells, sagt Scott Causey, Application Engineer bei Seco Tools.

Die meisten dieser Materialtypen kommen in diversen Fahrwerkskomponenten vor: Truck Beam (Achsträger), Streben, Drehmomentglieder (Torque Links) und der Stoßdämpfer (Strut), auch „Main Cylinder“ genannt.

Quelle: Concordesst.com

Aber andere Materialien in anderen Fahrwerkskomponenten: Aluminium, 4340 Legierungsstahl, etwas Titan – oft in Fahrwerksklammern, Streben, Gliedern, erklärt Causey.

Kleinere Komponenten: Flansche, Taschen, Reibahlenlöcher, Bohrloch, viele Verbindungsstellen, sagt Mark Francis, Staff Engineer Aerospace & Defense bei Kennametal. Z. B. Loch 200–250 mm Durchmesser, 900 mm tief. Sie brauchen spezifische Werkzeuge und Prozesse.

„Ein weiteres Material für spezifische Flugzeugträger-Anwendungen: AerMet 100 – schwer zu zerspanender, hochfester Stahl“, sagt Francis. „Hält hohen Stoßlasten stand – denken Sie an Bruchzähigkeit und Zähigkeit für Trägerlandung auf kurzer Bahn – plus hohe Korrosionsbeständigkeit bei Salz und Wasser.“

AerMet 100 wird fast ausschließlich an Jagdjets für Flugzeugträger verbaut.

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Die herausforderndsten Bereiche der Fahrwerkkomponenten zur Bearbeitung

Wie man sich vorstellen kann, können die größten Fahrwerkskomponenten langsam zu bearbeiten sein – schlicht wegen ihrer Größe. Teile wie Hauptzylinder und Truck Beam (Achsträger) reichen bis ca. 7,6 m (25 ft) Höhe.

Weitere schwierige Teile: Slider („Inner Cylinder“), sagt Causey.

„Innenbohrungen dieser Teile können bis 1,8 m (70 Zoll) lang sein“, sagt Atul Sharma, Aerospace Application Engineer bei Seco Tools. „Sehr groß und lang. Toleranzhalten beim Schneiden ist anspruchsvoll. Spannen ist eine Herausforderung.“

Alle Werkzeughersteller machten klar: Diese großen Teile sind oft langsam zu bearbeiten. Annahme: 300M bei hoher Schnittgeschwindigkeit (SFM) bearbeitbar. Realität: Diese massiven Stücke sind einfach zu schwer und groß – erfordern spezialisierte Vorrichtungen, um Vibrationen zu verhindern und das Beste aus dem Schneidwerkzeug herauszuholen.

Aber verglichen mit vielen Nickellegierungen, Waspalloys, Rene-Materialien: Diese Stahl- und Titanmaterialien sind nicht unglaublich schwierig, erklärt Bill Durow, Global Engineering Project Office Manager Aerospace bei Sandvik Coromant.

„In vielen Fällen ist es die Skala der Komponenten. Sie sind massiv“, sagt Durow. „Und nichts ist uniform. Sie haben oft unregelmäßige Formen, man kann sie nicht einfach auf einen Drehautomat werfen. Oft nutzen Luftfahrtfertiger große Bohrfräsmaschinen oder Portalmaschinen, die viel Zeit brauchen.“

Fahrwerksysteme von Design bis Fertigung und Fertigteil. Quelle: Safran Landing Systems

Werkzeughersteller sehen Trend: Einige Luftfahrtfertiger bewegen sich weg von Portalmaschinen und Bohrfräsen hin zu B-Achsen-Bearbeitung und Turn-Mill-Applikationen für weniger Setups und weniger Spannen – und 4- bis 5-Achs-Profilieren um Teile herum.

Diese neuere Methode erfordert mehr Programmierung – und neues Denken über Schneidgeometrien zur Effizienzsteigerung in der Fahrwerkproduktion. Es ist nicht unüblich, dass Fahrwerkfertigung Monate dauert.

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Fahrwerk in der Realität bearbeiten

Drei reale Beispiele für Fahrwerksteile, wo richtiges Werkzeug oder neuer Ansatz Impact machte.

Torsionsstrebe (Torsion Link)

Herausforderung: Seco-Kunde kämpfte mit Torsionsstrebe – Bereich, der Innen- und Außenzylinder koppelt – beim Schneiden von 10-2-3 Titan. Zykluszeit 60 Stunden, 6 distincte Setups. Kunde war ständig im Lieferverzug, stand kurz vor Vertragsverlust mit OEM.

Lösung: Seco Tools arbeitete mit Kunde und Partnern (DMG Mori) an neuem Ansatz ab Zeichnungen, Modellen, Werkzeugen.

Ergebnis: Setups von 6 auf 2 reduziert, Zykluszeit von 60 auf 23 Stunden (-62 %). Produktion gesteigert, termingerechte Lieferung ermöglicht. Lösung sicherte Vertrag.

Werkzeugdesign für das Material

Herausforderung: 180 kg (400 lbs) geschmiedete Fahrwerkkomponente aus Ti-5553 fraß Werkzeuge bei Kennametal-Kunde. Neuer Werkzeugwechsel alle 30 Min. Fertigteil: ca. 95 kg (210 lbs). Aber Titan hatte Alpha-Case, schwer zu durchbrechen.

Lösung: Kennametal nutzte Fräser mit Helix-Design, 8-seitigen Wendeschneidplatten und Bohrer, spezifisch für diese harte Titan-Güte designed.

Ergebnis: Schruppzeit von 25 auf 15 Std. Zykluszeit -40 %. Werkzeugstandzeit +300 %: Werkzeuge hielten jetzt 120 Min. vor neuer Schneide.

Frischer Ansatz mit vorhandenem Werkzeug

Herausforderung: Fahrwerksteile bekamen viel 5-Achs- und Werkzeugbewegung, da Amtswerkzeug Rückseite der Wendeschneidplatte aufnahm – und Schraube abbrach, da Cutter Eye-Lock zur Fixierung hatte. Kunde musste Produktion zu oft stoppen, da Teile zu viel manuellen Eingriff brauchten. Zu langsam.

Lösung: Sandvik Coromant wandte Werkzeug an, ursprünglich für Schaufelbearbeitung in Horizontalbearbeitung designed, auf diese Vertikalapplikation an – und riet zu Ramping/„Healing“: Werkzeug um 2–3° anheben, um Rückschnitt zu vermeiden. Nutzte Rundbearbeitungstechniken – funktionierte sehr gut.

Ergebnis: Prozesssicherheit. Wendeschneidplattenbewegung weg. Schrauben brachen nicht mehr. Kunde konnte Babysitting stoppen, Richtung „Lights Out“ Produktion. Bediener konnten mehrere Maschinen gleichzeitig betreuen.

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