MATERIAALI- JA KONEISTUSTRENDIT ILMAILUTEOLLISUUDESSA
Ilmailuteollisuuden valmistajat tavoittelevat kestävää kehitystä vähentämällä polttoaineen kulutusta ja säilyttäen samalla suorituskyvyn sekä turvallisuuden Se tekee materiaalitieteen ja koneistuksen merkityksestä yhä tärkeämpää. Edistyksellisten materiaalien asiantuntija, professori Martin Jackson kertoo ajankohtaisista trendeistä.
KESTÄVÄ KEHITYS JA UUDET MATERIAALIT OVAT PERUSTAVASSA ASEMASSA LENTOKONEIDEN VALMISTUKSESSA
Yksi henkilö, jolla on läheinen näkökulma näihin muutoksiin, on Martin Jackson, Sheffieldin yliopiston edistyneen materiaalinkäsittelyn professori ja maailmankuulu titaaniseosten asiantuntija. Hän on työskennellyt ilmailu- ja avaruusteollisuuden parissa yli 25 vuotta, mutta alan pyrkiessä kohti nollapäästöistä tuotantotavoitetta hän sanoo: "Ei ole parempaa hetkeä olla materiaalitieteilijä."
Tässä professori Jackson selittää joitain ilmailuteollisuuden nykyisistä suuntauksista:
Ilmailuteollisuuden tavoitteena on nollapäästöt vuoteen 2050 mennessä, mutta kaupalliset sähkö- tai vetykäyttöiset koneet ovat vielä kaukana. Ilmailuteollisuuden on löydettävä keinot valmistaa pienempikulutuksellisia lentokoneita, mikä tarkoittaa kevyempiä mutta vahvempia materiaaleja ja se on haasteellista.
"Tutkimme metalliseosten, kuten titaanin, nikkelipohjaisten superseosten ja lujien terästen käyttöä lentokoneen moottorin polttoaineen palamislämpötilan nostamiseksi ja tehostamiseksi", Jackson selittää.
”SIINÄ KAIKKI, MITÄ HALUAT LENTOKONEEN MOOTTORILTA, JOS LENNÄT, MUTTA SE ON PYSTYTTÄVÄ MYÖS VALMISTAMAAN. NÄMÄ MATERIAALIT OVAT KALLIITA JA VAIKEITA KONEISTAA. TYÖSTÖ ON TODELLA TÄRKEIN JA KALLEIN PROSESSI LENTOKONEEN MOOTTORIN VALMISTUKSESSA.”
Ilmailuteollisuus valmistaa nyt helpommin koneistettavia metalliseoksia. Ne eivät ole yhtä vahvoja, mutta niillä on parempi työstettävyys, vaativat vähemmän työkaluja lähelle tavoitemittaa-koneistuksessa.
"Siinä Seco on erittäin hyvä", Jackson sanoo. "He kehittävät loistavia työkaluja ja upeita pinnoitettuja kääntöteriä ongelmien ratkaisemiseksi koneistaakseen nämä komponentit lähelle tavoitemittaa."
Korkeapaineturbiinilevyjä valmistetaan nyt jauheesta additiivisen valmistuksen (3D-tulostus) kautta. Se on näppärä uusi lähestymistapa pitkään jatkuneeseen kemian ongelmaan.
"Kaasuturbiinimoottorin levykomponenttien nikkelipohjaisia superseoksia on erittäin vaikea sulattaa, koska materiaaliominaisuus vaihtelee keskeltä reunaan", Jackson selittää. "Sen homogenisointi takomalla on vaikeaa."
"Käyttämällä jauhetta valmistajat voivat saada homogeenisemman rakenteen ja keskittää jauheen kuumaisostaattisella puristimella."
Vaikka titaanin sulattaminen ja takominen on kallista, professori Jackson sanoo, että sitä ei kuitenkaan tehdä jauheena lähiaikoina.
"Titaanijauheesta valmistettu versio ei ole hyvä, koska siinä on hiukkasia, jotka aiheuttaisivat ongelmia myöhemmin."
Pyrkiessään kestävän kehityksen lentokoneeseen ilmailuteollisuuden ei tule unohtaa kestävää valmistusta.
"Meidän on myös tehtävä valmistusprosessista ja toimitusketjusta ekologisempi vähemmillä työkaluilla, nopeammalla koneistuksella, vähemmällä energialla ja lastuamisnesteellä."
Lentokoneen moottoreiden valmistuksessa aihiosta voidaan koneistaa jopa 90 % pois ja lentokoneeseen käytetään vain 10 %. Teollisuus on perinteisesti myyneet lastut romukauppiaille, mutta nyt sitä painostetaan kierrättämään sitä tehokkaammin. Turvallisuusstandardit estävät sen uudelleenkäytön lentokonemoottoreihin, mutta se on tarpeeksi hyvää käytettäväksi muilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien autoteollisuus.
"Etenkin Isossa-Britanniassa on nyt todellinen pyrkimys tehokkaampaan kierrätykseen. Teollisuuden on oltava osa tätä matkaa ja autettava toimitusketjua kierrättämään”, Jackson sanoo.
Yksi Martin Jacksonin tiimin keskeinen tutkimusalue on koneistuksen vaikutukset lentokoneen osien rakenteelliseen eheyteen. Haasteena on sovittaa yhteen nopea ja tehokas koneistus OEM-valmistajien kannattavuuden tyydyttämiseksi ja varmistaa näiden näiden komponenttien turvallisuuden kannalta riittävä käyttöikä.
"Siinä on tasapaino ja Seco on erittäin hyvä. Eivät tarjoa vain työkaluja vaan ovat osa koko matkaa", Jackson sanoo.
"Työskentelen paljon Rachid M'Saoubin ja hänen Secon tiiminsä kanssa ja etsimme ideoita käyttää teknologiaa "digitaalisten sormenjälkien" ja "digitaalisten passien" tarjoamiseen materiaaleille. Seco haluaa ymmärtää materiaalin vaikutukset työkalujensa komponentteihin mikrorakenne- ja pintavaurioiden sekä komponentin käyttöiän kannalta.
”TÄRKEÄTÄ ON TARJOTA TYÖKALURATKAISIA, EI AINOASTAAN TYÖKALUA. MITEN OSA TULISI VALMISTAA? TARKASTELEMME ERI LASTUVIRTOJA, SYÖTTÖÄ JA LASTUAMISNOPEUTTA, EI AINOASTAAN KÄÄNTÖTERÄN KÄYTTÖIKÄÄ.
"Kääntöterä voi kestää 15 minuuttia 10 minuutin sijaan, mutta mikä on koneistustulos ja miten voit käyttää sitä tehokkaammin? Haluamme tietää kyseisen osan rakenteellisen eheyden, kun se menee moottoriin."
Seco Tools tekee tiivistä yhteistyötä loppukäyttäjien ja materiaalintoimittajien kanssa varmistaakseen, että heille tarjotaan työkaluja, jotka poistavat materiaalia tehokkaasti kustannustehokkaalla tavalla aiheuttamatta vahinkoa mikrorakenteeseen.
"Aerospace OEM:t käyttävät 100 miljoonaa puntaa (112 miljoonaa euroa) vuodessa pelkästään jyrsintätyökaluihin. Lyhentämällä Seco-työkalun koneistusaikaa hieman, jopa muutaman minuutin, sillä voi olla valtava vaikutus vuodessa."
Martin Jackson sanoo, että viimeisten viiden vuoden aikana alalla on ollut paljon enemmän yhteistyötä.
”On havaittu, että työkalun valmistajan, työkalutoimittajan, materiaalitoimittajan ja loppukäyttäjän on tehtävä yhteistyötä varhaisessa vaiheesssa.
”On ollut hienoa yhteistyötä ilman egoa ja sen ansiosta tutkimus on kiihtynyt. Esimerkiksi Sheffieldin yliopiston tiimimme on työskennellyt erilaisissa projekteissa Secon, Rolls-Roycen ja Timetin kanssa, joka valmistaa titaania Iso-Britanniassa.
"Eri sidosryhmillä on erilaiset vaatimukset. Secon kanssa työskentelevän insinöörin välillä on aina terve jännitys varmistaakseen, että työkalut eivät jätä mitään vaurioita osaan, verrattuna valmistusinsinööriin, jolla on paineita saada mahdollisimman monta näistä valmistetuksi. Mutta jos pystyt hallitsemaan sen, voit todella nopeuttaa tutkimusta ja kehitystä."
Kaasuturbiinimoottorit ovat käytössä vielä muutaman vuoden. Martin Jackson uskoo, että Seco Tools voi auttaa ohjaamaan alaa kestävämpiin ja kustannustehokkaampaan suuntaan.
"Mielestäni Seco on edelläkävijä siinä mielessä, että se ymmärtää työkalujen vaikutukset rakenteelliseen eheyteen. Uskon myös, että on tietämystä, millaisia seuraavat prosessit ovat, esimerkiksi additiivinen valmistus. "He ovat edellä muita työkalutoimittajia, koska he näyttävät olevan tietoisia siitä, mitä horisontissa on. Joissakin projekteissa, joita he tekevät kanssamme, tarkastellaan näitä tulevaisuuden prosesseja, jotta he ymmärtäisimme, mitä työkaluja tarvitaan.
"Ja Seco Tools on aina osa keskustelua, kun tutkitaan uusia prosesseja siitä, millainen olisi tulevaisuuden lentokonemoottorin voimanlähde."
