CNC-prototyping in de luchtvaartindustrie

Geplaatst op 9 oktober 2020 | By WayKen Snelle productie

De ontwikkeling van de luchtvaartindustrie van een land weerspiegelt echt de kwaliteit van vakmanschap en het niveau van technische kennis dat het bezit. Vereisten van structurele stijfheid, precisie, nauwkeurigheid, kwaliteit en betrouwbaarheid zijn echt cruciaal voor deze industrie. Het concept van verbetering van het vliegtuigontwerp en het verhogen van het 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 aan strenge tolerantie-eisen te voldoen, bieden een geweldige oplossing om aan een uiteenlopende reeks eisen te voldoen en tegelijkertijd het productietempo bij te houden. Naarmate het artikel vordert, zullen we in detail de verschillende parameters bespreken die een rol spelen in de luchtvaartindustrie en hoe CNC-technologie hierin een revolutie teweegbrengt.

Waarom is CNC-technologie geschikt voor de luchtvaartindustrie?

In een artikel van Lufthansa werd beweerd dat Boeing 6 miljoen onderdelen nodig had om het commerciële lijnvliegtuig 747-800 te bouwen. Er zijn verschillende voordelen die CNC-technologie met zich meebrengt voor de luchtvaartindustrie. Laten we er een paar bespreken:

• Automatisering en flexibiliteit zijn twee belangrijke vereiste parameters in de luchtvaartindustrie. Productieopstellingen zijn niet overbodig. CNC-technologie biedt de mogelijkheid voor productieopstellingen om zich snel aan te passen aan verschillende onderdelen. Daarom kan een diverse reeks bewerkingsprocessen worden bereikt. Meerdere CNC-processen kunnen op dezelfde machine worden voltooid onder één enkele klemming. Dit helpt de verwerkings- en productietijd met een grote marge te verminderen, waardoor de winstmarges en efficiëntie toenemen.
• Er zijn talloze voordelen voor het produceren van onderdelen met behulp van deze methode, waaronder precisie, herhaalbaarheid, snelheid en CAD-integratie.
• In tegenstelling tot handmatig frezen dat uitsluitend door mensen wordt gecontroleerd, zijn de variaties tussen kopieën enorm, terwijl duplicaten die worden gemaakt via CNC-freesmachines elke keer een perfecte kopie van het object garanderen. De integratie van Computer-Aided Design (CAD) in de CNC-freesmachines zorgt voor betere prestaties en elke keer weer perfecte kopieën. Men kan elk onderdeel naar behoefte ontwerpen, wijzigen of opnieuw gieten voordat het wordt geproduceerd. Het ontwerp dat in CAD is gesneden, kan eenvoudig worden aangepast, waardoor verschillende programma's kunnen worden gemaakt, waarbij het ontwerp vervolgens in de CNC-machine wordt ingevoerd en de frees een fysieke kopie van het onderdeel kan maken. Dit kan snel leiden tot snelle en gemakkelijke prototyping.
• De vooruitgang van technologie, niet alleen in de commerciële sector, maar ook binnen de strijdkrachten van een land, heeft de vraag naar vliegtuigen van constante kwaliteit met minimale gebreken doen toenemen. Om met nauwkeurigheid perfecte kopieën van onderdelen te maken en om te voldoen aan de vraag van bedrijven als Boeing, Lockheed-Martin, Vickers en anderen, zijn CNC-machines de beste vervanging. CNC-machines zorgen voor zowel consistentie als samenhang van de onderdelen die worden geproduceerd, waardoor producten van betere kwaliteit kunnen worden vervaardigd en gebruikt in de luchtvaartindustrie. Veel van de luchtvaartonderdelen van tegenwoordig moeten worden geproduceerd uit één massief stuk aluminium knuppel of smeedstukken of andere materialen zoals roestvrij staal en andere legeringen met hoge spanning, zodat ze zware gewichten kunnen heffen en structurele sterkte aan het vliegtuig kunnen bieden. Kopieën van dergelijke onderdelen kunnen eenvoudig worden vervaardigd in CNC-machines met weinig tot geen verschil.
• De toegenomen vraag van vliegtuigfabrikanten die op zoek zijn naar onderdelen voor de luchtvaart heeft de weg vrijgemaakt voor tal van bedrijven om miljoenen dollars te investeren in bedrijven die CNC-bewerkingsdiensten leveren, zowel in de commerciële sector als in het leger. Grote bedrijven zijn zelfs zo ver gegaan om enorme onderdelen te vervaardigen met afmetingen in diameters van 50”, lengte van 60”, breedte van 40” en hoogte van 32”. Het gewicht van CNC-gefreesde onderdelen kan in totaal meer dan 100 lbs bedragen. Deze dienstverleners op het gebied van CNC-bewerking kunnen zich zulke grote numeriek computergeïntegreerde freesmachines veroorloven en hosten en bieden fabrikanten ook onderdelen die aan strenge tolerantiecriteria voldoen. De plaatsen waar tolerantie wordt gemeten, zijn onder meer de vlakheid, rondheid en cilindriciteit; vlakheid zo laag als ±0,00002 in., diameter rondheid ±0,0005 in., en cilindriciteit ±0,001in. Deze nauwe toleranties spelen een grote rol in onderdelen zoals het landingsgestel waarover Raymer citeert:"Van de vele interne componenten die moeten worden gedefinieerd in een vliegtuiglay-out, zal het landingsgestel meestal de meeste problemen veroorzaken."
• Toleranties spelen een grote rol in onderdelen waar weinig ruimte is voor fouten in grootte. Er zijn CNC-verspanende bedrijven die gespecialiseerd zijn in het maken van dergelijke onderdelen. De productie van luchtvaartonderdelen heeft bedrijven gedwongen te investeren in apparatuur waarmee ze de productie in één enkele klemming kunnen voltooien.

Toepassingen van CNC-bewerking in de luchtvaartindustrie

De evoluerende complexiteit van onderdelen in moderne vliegtuigen vereist een enorme precisie. Wat in 1903 begon met hout, draad en andere basismaterialen, is snel geëvolueerd naar het gebruik van moderne composieten en metalen in deze industrie. Het moderne vliegtuig van vandaag omvat het gebruik van een complex systeem van avionica, ultramoderne hydraulische systemen, aerodynamisch gestroomlijnde stuurvlakken, trimsystemen en servo-tabs en revolutionaire motorsystemen.

Aangezien deze systemen snel evolueren, is er altijd behoefte aan aangepaste onderdelen om bestaande casco's te verbeteren. Het is niet altijd haalbaar om voor sommige verbeteringen geheel nieuwe vliegtuigen te ontwerpen. Om de levensvatbaarheid van de kosten te vergroten, is een lijst met upgrades en vervangingen van onderdelen opgesteld voor verschillende vliegtuigopstellingen. De bestellingen voor gelijkaardige aangepaste onderdelen worden vervolgens genummerd, wat zowel compatibiliteit als kostenbesparingen oplevert. Voor een oude reeks Boeing 747's die een upgrade naar het nieuwste Fly-by-wirecontrol-systeem vereisen, hoeft bijvoorbeeld niet het hele vliegtuig helemaal opnieuw te worden gebouwd. In plaats daarvan wordt machinale bewerking uitgevoerd op de componenten van het specifieke systeem.

Evenzo vereisen kritische evoluties in de luchtvaartindustrie intensieve tests. CNC-prototyping helpt daarbij enorm. Het wordt gebruikt om onderdelen van structurele componenten, avionica, voortstuwingssystemen en aerodynamische onderdelen te vervaardigen.

Nadat we de behoefte aan aangepaste onderdelen en prototypes hebben besproken, bespreken we enkele belangrijke onderdelen die worden geproduceerd met behulp van CNC-bewerking:

En deze lijst eindigt hier niet!

De materialen die bij de productie worden gebruikt, zijn aluminium, titanium, roestvrij staal, inconel, kovar en koper. De soorten bewerkingen die over het algemeen worden gebruikt bij het vervaardigen van vliegtuigonderdelen zijn 3-assige, 4-assige en 5-assige CNC-frezen, draaien, draad-elektrische ontladingsbewerking (EDM), ontbramen, microbewerkingen en zinkvonken-elektrische ontladingsbewerking (EDM).

Een opmerkelijk voorbeeld in dit verband is overThompson Aero Seating, een leverancier van zitoplossingen voor de luchtvaart in Noord-Ierland. Het bedrijf gebruikte een dienstverlener voor CNC-bewerking om aluminium steunrails te vervaardigen voor zijn zakelijke zitframes met als doel kortere cyclustijden te realiseren. Door de integratie van CNC-frezen werden de cyclustijden met maar liefst 100% teruggebracht van 61 minuten naar slechts 32 minuten! Bovendien maakte de superieure oppervlakteafwerking van CNC-frezen het mogelijk om ontbraam- en polijstbewerkingen te elimineren.

Conclusie

Gezien de feiten in dit artikel is de cruciale rol van CNC-prototyping en bewerking vrij duidelijk. Van het bereiken van nauwkeurige toleranties tot het verkorten van cyclustijden, CNC-bewerking biedt een uitgebreide oplossing. Bovendien biedt CNC-prototyping, gezien de huidige hoeveelheid innovatie die wordt veroorzaakt in de luchtvaartindustrie, alle noodzakelijke bewerkingsstappen om de prestaties, esthetiek en maakbaarheid uitgebreid te analyseren.