CNC Prototyping: Precisie, Betrouwbaarheid en Productiesnelheid in de Luchtvaart Verhogen

Gepost op 9 oktober 2020 | Door WayKen Rapid Manufacturing

De ontwikkeling van de luchtvaartindustrie van een land weerspiegelt de kwaliteit van vakmanschap en het niveau van technische kennis dat het bezit. Eisen aan structurele rigiditeit, precisie, nauwkeurigheid, kwaliteit en betrouwbaarheid zijn echt kritiek voor deze industrie. Het concept van verbetering in vliegtuigontwerp en tempo in de productielijnen is altijd een uitdaging gebleven.

Daarom vonden CNC-bewerking en prototyping hun weg naar deze industrie. CNC-machines, die in staat zijn om strakke tolerantie-eisen te halen, bieden een geweldige oplossing om aan een diverse set eisen te voldoen terwijl de productiesnelwording wordt bijgehouden. In dit artikel bespreken we gedetailleerd de verschillende parameters die in de luchtvaartindustrie een rol spelen en hoe CNC-technologie deze revolutioneert.

Waarom CNC-technologie Geschikt is voor de Luchtvaartindustrie?

In een artikel van Lufthansa werd beweerd dat Boeing 6 miljoen onderdelen nodig had om de 747-800 commercieel vliegtuig te bouwen. Er zijn verschillende voordelen die CNC-technologie aan de luchtvaartindustrie biedt:

• Automatisering en flexibiliteit zijn twee cruciale parameters. Productielijnen zijn niet redundant. CNC-technologie biedt de mogelijkheid om productielijnen snel aan te passen voor diverse onderdelen. Diverse bewerkingsprocessen kunnen op dezelfde machine onder één spanning voltooid worden. Dit vermindert verwerkings- en productietijd aanzienlijk, wat winstmarges en efficiëntie verhoogt.
• Talrijke voordelen: precisie, herhaalbaarheid, snelheid en CAD-integratie.
• In tegenstelling tot handmatig frezen dat volledig door mensen gecontroleerd wordt, zijn variaties tussen kopieën groot, terwijl duplicaten gemaakt door CNC-freesmachines een perfecte kopie van het object garanderen. De integratie van Computer-Aided Design (CAD) in CNC-freesmachines stelt betere prestaties en perfecte kopieën in. Men kan ontwerpen, wijzigen of herontwerpen zoals nodig voor productie. Het ontwerp in CAD kan eenvoudig aangepast worden, waardoor verschillende programma's gemaakt kunnen worden die dan in de CNC-machine worden ingevoerd om een fysieke kopie van het onderdeel te produceren. Dit leidt tot snelle en eenvoudige prototyping.
• De technologische vooruitgang niet alleen in de commerciële sector maar ook binnen de strijdkrachten van een land heeft de vraag naar vliegtuigen die consistent in kwaliteit zijn met minimale fouten laten escaleren. Om perfecte kopieën van onderdelen met nauwkeurigheid te produceren en de vraag van bedrijven als Boeing, Lockheed-Martin, Vickers en anderen bij te houden, zijn CNC-machines de beste vervanging. CNC-machines garanderen zowel consistentie als coherentie van geproduceerde onderdelen, wat leidt tot betere kwaliteitsproducten voor de luchtvaartindustrie. Veel luchtvaartonderdelen moeten vandaag geproduceerd worden uit één massief stuk aluminium billet of smedstukken of andere materialen zoals roestvrij staal en andere hoge-spanning legeringen zodat ze zware gewichten kunnen tillen en structurele kracht bieden. Kopieën van dergelijke onderdelen kunnen eenvoudig in CNC-machines geproduceerd worden met weinig tot geen verschil.
• De toegenomen vraag van vliegtuigfabrikanten die op zoek zijn naar luchtvaartonderdelen heeft de weg geefnd voor talloze bedrijven om miljoenen dollars te investeren in bedrijven die CNC-bewerkingsdiensten aanbieden, zowel commercieel als militair. Grote bedrijven zijn zover gegaan om enorme onderdelen te produceren met afmetingen van diameters van 50", lengte 60", breedte 40", hoogte 32". Het gewicht van CNC-bewerkte onderdelen kan 100 lbs overschrijden. Deze dienstverleners kunnen dergelijke grote numeriek gecontroleerde freesmachines bekostigen en hosten en leveren onderdelen die voldoen aan strenge tolerantiecriteria. Waar tolerantie gemeten wordt: vlakheid, rondheid, cylindriciteit; vlakheid zo laag als ±0.000002 in., diameter rondheid ±0.00005 in., cylindriciteit ±0.001 in. Deze strakke toleranties spelen een grote rol in onderdelen als het landingsgestel.
• Toleranties spelen een grote rol in onderdelen waar weinig ruimte is voor fouten in afmetingen. Er zijn CNC-bewerkingsbedrijven die gespecialiseerd zijn in dergelijke onderdelen. De productie van luchtvaartonderdelen heeft bedrijven gedwongen te investeren in apparatuur die hen in staat stelt de productie in één spanning te voltooien.

Toepassingen van CNC-bewerking in de Luchtvaartindustrie

De evolutie van complexiteit in moderne vliegtuigen vereist immense precisie. Wat begon met hout, draad en andere basismaterialen in 1903, is snel geëvolueerd naar moderne composieten en metalen. Hedendaagse vliegtuigen omvatten complexe avionica-systemen, state-of-the-art hydraulische systemen, aerodynamisch gestroomlijnde besturingsovervlakken, trim-systemen en servo-tabs en revolutionaire motorsystemen.

Naarmate deze systemen snel evolueren, is er altijd behoefte aan custom onderdelen om bestaande vliegtuigcellen te verbeteren. Het is niet altijd haalbaar om volledig nieuwe vliegtuigen te ontwerpen voor verbeteringen. Om kosteneffectiviteit te vergroten, wordt een lijst met upgrades en onderdeelvervangingen opgesteld voor verschillende vliegtuiglijnen. Bestellingen voor vergelijkbare custom onderdelen worden dan gecombineerd, wat zowel compatibiliteit als kostenbesparing oplevert. Bijvoorbeeld, een oude lijn Boeing 747's die een upgrade nodig heeft naar het nieuwste Fly-by-wire besturingssysteem, vereist niet het hele vliegtuig vanaf nul te fabriceren. In plaats daarvan wordt bewerking uitgevoerd van de componenten van het specifieke systeem.

Vergelijkbaar vereisen cruciale evoluties in de luchtvaartindustrie intensieve testen. CNC-prototyping helpt hier enorm. Het wordt gebruikt om onderdelen van structurele componenten, avionica, aandelingssystemen en aerodynamische delen te fabriceren.

Na bespreking van de behoefte aan custom onderdelen en prototypes, laten we enkele sleutelonderdelen bespreken die met CNC-bewerking geproduceerd worden:

En deze lijst eindigt hier niet!

De materialen die gebruikt worden omvatten aluminium, titanium, roestvrij staal, Inconel, Kovar en koper. De bewerkingstypen die doorgaans gebruikt worden: 3-, 4- en 5-assen CNC frezen, draaien, Wire EDM, deburren, microbewerking en Sinker EDM.

Een opvallend voorbeeld is Thompson Aero Seating, een luchtvaartzitoplossingenleverancier in Noord-Ierland. Het bedrijf gebruikte een CNC-bewerkingsdienstverlener om aluminium steunrails te produceren voor zijn zakelijke zitframes met als doel kortere cyclus tijden. Door inzet van CNC-frezen werden cyclus tijden met 100% verminderd van 61 minuten tot slechts 32 minuten! Bovendien maakte de superieure afwerking van CNC-frezen deburren en polijsten overbodig.

Conclusie

Gegeven de feiten in dit artikel, is de cruciale rol van CNC-prototyping en bewerking duidelijk. Van het halen van precieze toleranties tot het verminderen van cyclus tijden, biedt CNC-bewerking een uitgebreide oplossing. Bovendien, gegeven de huidige hoeveelheid innovatie in de luchtvaartindustrie, biedt CNC-prototyping alle benodigde bewerkingsstappen om prestaties, esthetiek en fabricagebaarheid uitgebreid te analyseren.