Współczesne technologie wytwarzania w przemyśle lotniczym – cz. I

W artykule przedstawiono i omówiono wybrane technologie wytwarzania stosowane w przemyśle lotniczym. Skupiono się na technologiach obróbki ubytkowej, szczególnie w przypadku kształtowania części konstrukcji statków powietrznych.

Artykuł opisuje technologie obróbki ubytkowej, szczególnie w przypadku kształtowania części konstrukcji statków powietrznych.

Wybrane technologie i narzędzia obróbkowe – obróbka HSM

Kluczowe znaczenie przy wytwarzaniu części lotniczych metodą kształtowania ubytkowego ma obróbka szybkościowa HSM (ang. high speed machining). Idea obróbki HSM polega na tym, że w pewnym zakresie prędkości skrawania (powyżej prędkości granicznej) wraz ze wzrostem jej wartości maleją siły a także temperatura skrawania. Warunki obróbki stają się zatem korzystniejsze. Jest to efektem bardzo krótkiego kontaktu materiału wióra z narzędziem i bardzo szybkiej jego ewakuacji ze strefy skrawania. Wiór traktowany jest jako odpad w procesie skrawania, natomiast posiada wysoką zdolność akumulacji ciepła, które wraz z nim jest odprowadzane na zewnątrz stref kontaktowych. To z kolei skutkuje większą trwałością narzędzi oraz skróceniem czasu obróbki [1, 2, 6].

Charakterystycznymi cechami obróbki HSM są wysokie prędkości liniowe a także małe głębokości i szerokości skrawania zapewniające wymaganą jakość powierzchni i dokładność wymiarowo-kształtową obrabianych elementów. Możliwa jest zatem eliminacja procesów kosztownej i czasochłonnej obróbki wykończeniowej. W przypadku obróbki HSM należy mieć jednak na uwadze fakt występowania drgań samowzbudnych (ang. chatter) dla pewnych zakresów prędkości obrotowej wrzeciona jak również głębokości skrawania. W ustaleniu stabilnej strefy obróbki pomocne mogą być krzywe workowe [2].

Nie ulega wątpliwości, że głównym efektem stosowania obróbki szybkościowej HSM jest znaczne skrócenie czasu procesu wytwarzania. Jednak nie jest to jedyna korzyść. Metoda HSM umożliwia obróbkę dużych skomplikowanych elementów, niejednokrotnie posiadających struktury cienkościenne. Możliwość obróbki elementów cienkościennych pozwala na obniżenie ich masy, która bardzo często jest parametrem krytycznym dla części konstrukcji lotniczych.

Obróbka kompletna

W przemyśle lotniczym dąży się również do wytwarzania integralnych, monolitycznych części zamiast składanych z wielu mniejszych. Jest to określane mianem obróbki kompletnej (complete machining).

Jako przykład można przytoczyć hamulec aerodynamiczny samolotu F-15, który pierwotnie wytwarzany był jako zespół składający się z około 500 części. Natomiast zastosowanie obróbki szybkościowej umożliwiło wykonanie go jako element monolityczny. Czas wytworzenia części został zredukowany z około 3 miesięcy do zaledwie kilku dni. Podobny przykład dotyczy układu sterowania samolotu M28, który wykonywany był jako zespół 20 części, a w technologii HSM mógł zostać wykonany jako pojedynczy element [1, 2].

Podsumowując, główną korzyścią płynącą ze stosowania obróbki szybkościowej (HSM) jest znaczne skrócenie czasu obróbki. Inne pozytywne efekty to między innymi: uproszczone oprzyrządowanie technologiczne (mocowania), zmniejszone siły skrawania, czystsze krawędzie narzędzi, a co za tym idzie – mniejsze odkształcenia podczas obróbki, wyższej jakości powierzchnie umożliwiające ograniczenie lub też całkowite wyeliminowanie obróbki wykończeniowej [1].

Wybrane technologie i narzędzia obróbkowe – obróbka 5-osiowa

Wykorzystanie maszyn o zwiększonej liczbie osi sterowanych umożliwia wykonywanie złożonych operacji obróbkowych przy zaangażowaniu w proces technologiczny jednej maszyny, a także mniejszej liczby narzędzi. Pozwala to na znaczne obniżenie czasu jak również kosztów obróbki. Maszyny CNC przeznaczone do obróbki 5-osiowej HSM umożliwiają stosowanie krótkich i sztywnych narzędzi. Zapewniony jest również stabilny kontakt ostrzy narzędzia z obrabianą powierzchnią. Istotny wpływ na czas procesu technologicznego ma również możliwość kompletnej obróbki bardzo skomplikowanych elementów przy jednym zamocowaniu [1]. Używanie osi obrotowych w obróbce ze sterowaniem 5-osiowym umożliwia optymalizację prędkości liniowej. To przyczynia się do wzrostu trwałości narzędzi, a także uzyskanie lepszej jakości powierzchni. Możliwe jest także zastosowanie większych posuwów, a tym samym osiągnięcie wysokiej efektywności i dokładności obróbki. Sprawniejsze projektowanie procesów technologicznych na obrabiarki wieloosiowe umożliwiają systemy CAM.

Frezowanie pięcioosiowe staje się coraz bardziej konkurencyjne w stosunku do precyzyjnego odlewania. Potwierdza to coraz częstsze implementowanie tego typu obróbki do produkcji łopatek i wirników silników lotniczych.

Galeria