Composiet versus aluminium:waarom moderne vliegtuigen voor lichte materialen kiezen

Om het gewicht te verminderen en de efficiëntie te verbeteren, gebruikt de nieuwste generatie passagiersvliegtuigen, zoals de Boeing 787 en Airbus A350, meer composietmaterialen dan aluminium. Aluminium is echter gemakkelijker om mee te werken en aanzienlijk goedkoper, dus het zal in de nabije toekomst een belangrijk materiaal voor de lucht- en ruimtevaart blijven, vooral in toepassingen die minder gewicht en weerstand tegen vermoeidheid hebben.

Twee gebieden in het bijzonder waar aluminium nog lange tijd zal worden gebruikt, zijn de luchtvaartbehuizingen en interieurcomponenten. Deze worden meestal gegoten, gevolgd door een beperkte bewerking van montageoppervlakken en gaten. Hier worden de gietprocessen en hun voordelen nader bekeken.

Materialen voor massareductie

Massa is het belangrijkste probleem bij het ontwerp en de fabricage van lucht- en ruimtevaart. Hoe lichter de constructie, hoe kleiner de motoren, hoe hoger de efficiëntie en hoe groter het laadvermogen. De massa wordt geminimaliseerd door materialen te selecteren met een hoge sterkte-gewichtsverhouding, ook wel een specifieke sterkte of sterkte per pond genoemd.

Met koolstofvezel versterkt plastic (CFRP) is zowel sterk als licht, en het gebruik in vliegtuigconstructies neemt toe. Het is echter ook duur om te produceren en te gebruiken, waardoor de deur open blijft voor andere materialen zoals aluminium.

Titanium is een ander materiaal met een hoge specifieke sterkte. Maar nogmaals, het is duur en moeilijk om te gieten en te bewerken.

Magnesium en aluminium hebben vergelijkbare sterkte-gewichtsverhoudingen, maar aluminium is corrosiebestendiger en brengt niet het brandrisico van magnesium met zich mee. Het wordt geproduceerd in een breed scala aan legeringen, onderverdeeld in zeven series. De 7xxx-serie wordt vaak ruimtevaartaluminium genoemd, hoewel er ook andere legeringen worden gebruikt, afhankelijk van de specifieke toepassingsbehoeften.

Een bijkomend voordeel van aluminium is dat het geanodiseerd kan worden. Dit is een methode om het oxidatieniveau van het oppervlak te verhogen om de hardheid te verhogen en een aantrekkelijk uiterlijk te geven, zonder toevoeging van een coating.

Gietmethoden voor aluminium lucht- en ruimtevaartcomponenten

Het minimaliseren van de massa vereist een gietproces dat dunne secties en fijne details kan produceren. Dit sluit zandgieten uit van overweging, waardoor overblijft:

• Investeringscasting
• Schelpengieten
• Permanent gieten van mallen

Hier volgt een overzicht van de relevante kenmerken van elk

Investeringscasting

Een vervangbaar malproces waarbij een keramische mal “omhulsel” wordt gevormd over een waspatroon. Investeringsgieten is bedoeld voor onderdelen met een gewicht tot 30 lbs en kan complexe vormen produceren met dunne wanden en inspringende kenmerken, terwijl nauwe toleranties worden gehandhaafd en gladde oppervlakken worden gevormd. De complexiteit van het proces zorgt ervoor dat het goed tot zijn recht komt als het belangrijk is om zowel de bewerking als de massa te minimaliseren.

Schelplijst

Bij dit proces wordt een patroon bedekt met een buitenlaag van zandhars. De mal wordt meestal gemaakt in twee helften die met elkaar worden verbonden om de malholte te vormen. Zodra het metaal is gestold, wordt de mal uit elkaar gehaald. Shell-molding kan grotere onderdelen produceren dan investeringsgieten, maar is beperkt in termen van detailniveau en complexiteit. De oppervlakteafwerking is niet zo goed als die van precisiegieten.

Permanent vormgieten

Hierbij worden metalen matrijzen gebruikt om de onderdelen te vormen, waarbij het vloeibare metaal onder invloed van de zwaartekracht naar binnen stroomt. Korte cyclustijden zijn mogelijk en snelle koeling verhoogt de sterkte van het onderdeel, maar het gereedschap is duur. Samen maken deze het gieten van permanente mallen tot een proces met grote volumes. Bovendien is het niet in staat tot de fijne details die investeringsgieten kan bereiken.

Gieten van aluminium voor de lucht- en ruimtevaart

Aluminium biedt de optimale balans tussen massa, complexiteit van onderdelen en kosten voor elektronische behuizingen en interieurcomponenten zoals beugels en stoelbekleding. Soorten zoals de 7xxx-serie bieden hoge sterkte, goede bewerkbaarheid en corrosiebestendigheid.

Deze onderdelen, en andere, zoals hydraulische pomplichamen, kunnen gemakkelijk worden geproduceerd door gieten, wat de doelstellingen van gewichtsvermindering ondersteunt en de machinale bewerking minimaliseert. Met investeringsgieten wordt de hoogste nauwkeurigheid en complexiteit bereikt, maar schaalgieten en permanent gieten zijn alternatieven, afhankelijk van de onderdeelgeometrie en de benodigde hoeveelheden.

Als u een bron nodig heeft voor hoogwaardige gegoten metalen lucht- en ruimtevaartonderdelen, hebben wij de middelen en expertise die u nodig heeft. Neem contact met ons op voor een gesprek of om een offerte aan te vragen.