Anyag- és megmunkálási trendek a repülőgépgyártásban
A repülőgép-gyártók az alacsonyabb üzemanyag-fogyasztáson keresztül a fenntarthatóságra törekednek, miközben megtartják a teljesítményt és a biztonságot, így az anyagtudomány és a megmunkálás egyre jelentősebbé válik. A fejlett anyagok szakértője, Martin Jackson professzor a jelenlegi tendenciákról beszél.
A FENNTARTHATÓSÁG ÉS AZ ÚJ ANYAGOK KOMOLY HATÁSSAL VANNAK A REPÜLŐGÉPGYÁRTÁSRA
Martin Jackson, a Sheffieldi Egyetem fejlett anyagfeldolgozási professzora és a titánötvözetek világhírű szakértője, aki egyedi nézőponttal rendelkezik ezekről a változásokról. Több mint 25 éve dolgozik a repülőgépiparban, de mivel az ipar a nettó nulla kibocsátású gyártási cél felé halad, azt mondja: „Nincs jobb jelenleg, mint anyagtudósnak lenni.”
Itt Jackson professzor elmagyarázza a repülőgépgyártás jelenlegi tendenciáit:
A légiközlekedési ágazat a nettó nulla szén-dioxid-kibocsátást tűzte ki célul 2050-re, de a kereskedelmi elektromos vagy hidrogénüzemű repülőgépek még messze vannak. A repülőgépgyártóknak meg kell találniuk a módját, hogy alacsonyabb üzemanyag-fogyasztású repülőgépeket gyártsanak, ami könnyebb, de erősebb anyagokat jelent, és ez kihívásokat jelent.
„Foglalkozunk a csúcsminőségű ötvözetek, például a titán, a nikkel alapú szuperötvözetek és a nagy szilárdságú acélok felhasználásával, hogy növeljük az égési hőmérsékletet a repülőgép-hajtóművekben, ezáltal hatékonyabbá téve azt” – magyarázza Jackson.
„EZ MINDEN, AMIT EGY REPÜLŐGÉP-HAJTÓMŰTŐL AKARSZ, HA REPÜLSZ, DE KÉPESNEK KELL LENNED GYÁRTANI ÉS FELDOLGOZNI EZEKET IS. EZEK AZ ANYAGOK DRÁGÁK ÉS NEHEZEN MEGMUNKÁLHATÓK. A MEGMUNKÁLÁS VALÓSZÍNŰLEG A LEGFONTOSABB ÉS LEGDRÁGÁBB FOLYAMAT, AMIKOR EGYREPÜLŐGÉP-HAJTÓMŰET GYÁRTUNK.”
A repülőgépipar jelenleg több megmunkálható ötvözetet gyárt. Ezek nem olyan erősek, de jobb megmunkálhatóságuk van, kevesebb szerszámot igényelnek és jobb fémeltávolítási arányt eredményeznek a véglegeshez küzeli forma eléréséhez.
"Ez az, ahol a Seco nagyon jó" - mondja Jackson. "Nagyszerű szerszámokat és kiválló bevonatokat fejlesztenek ki, hogy leküzdjék ezeket a problémákat, hogy ezeket az alkatrészeket közel a végleges formához alakíthassák."
A magasnyomású turbina tárcsákat immár porból állítják elő az additív gyártáson keresztül (3D nyomtatás). Ez egy okos, új megközelítés az anyagösszetétel régóta fennálló problémájára.
"A gázturbinás hajtóművek tárcsájának alkatrészeiben található nikkel alapú szuperötvözetek nagyon nehezen olvadnak meg, mert az összetétele annyira változó a középponttól a széléig" - magyarázza Jackson. „Nehéz ezt kovácsolással homogenizálni.”
"Por használatával a gyártók homogénebb anyagot kaphatnak, majd forró izosztatikus préseléssel központosíthatják a port."
Bár a titán olvasztása és kovácsolása költséges, Jackson professzor azt mondja, hogy egyhamar nem fog por formában megjelenni.
"A titán por változata nem jó, mivel az apróbb részecskék miatt aggodalmak merülnek fel, amelyek további problémákat okozhatnak a vonalon."
A fenntartható repülőgépekre való törekvés során a repülőgépiparnak nem szabad megfeledkeznie a fenntartható gyártásról.
„Fenntarthatóbbá kell tennünk a gyártási folyamatot és az ellátási láncot is, kevesebb szerszámmal, gyorsabb megmunkálással, kevesebb energiával és kevesebb hűtőfolyadék felhasználásával.”
A repülőgép-hajtóművek gyártása során a kovácsolt anyag akár 90%-át is le lehet forgácsolni és a repülőgéphez felhasznált anyagnak ez mindössze 10%-a. Az ipar hagyományosan a törmelékkereskedőknek adta a forgácsot, de most arra kényszerítik, hogy hatékonyabban hasznosítsák újra. A biztonsági és teljesítményszabványok megakadályozzák a repülőgép-hajtóművekre való újrafelhasználást, de elég nagy mennyiség ahhoz, hogy más iparágakban, köztük az autóiparban is használható legyen.
„Most, különösen az Egyesült Királyságban nagy a törekvés a jobb újrahasznosítás érdekében. Az iparágnak részt kell venni ebben az utazásban és segítenie kell az ellátási láncot az újrahasznosításban" - mondja Jackson.
Martin Jackson csapatának egyik kulcsfontosságú kutatási területe a megmunkálás hatása a repülőgép-alkatrészek szerkezeti épségére. A kihívást a gyors és hatékony megmunkálás összeegyeztetése jelenti a gyártók költségkereteinek kielégítése és az alkatrészek élettartamának biztosítása ezen biztonságkritikus funkciók esetében.
"Van egy egyensúly, és a Seco nagyon jó ebben, nem csak szerszámokat biztosít és otthagyja, hanem az egész "utazás" része is" - mondja Jackson.
„Sokat dolgozom Rachid M’Saoubival és csapatával a Seco-nál, és azon dolgozunk, hogy a technológia segítségével „digitális ujjlenyomatokat” és „digitális útleveleket” biztosítsunk az anyagokhoz. A Seco szeretné megérteni a szerszámainak az alkatrészekre gyakorolt hatásait a mikrostrukturális és felületi sérülések, valamint az alkatrész élettartama tekintetében.
„A SZERSZÁMOZÁSI MEGOLDÁSOKRÓL VAN SZÓ, ÉS NEM CSAK A SZERSZÁMRÓL, MINT ÁRUCIKKRŐL. HOGYAN KELL MEGMUNKÁLNI A ALKATRÉSZT? KÜLÖNBÖZŐ FÉMELTÁVOLÍTÁSI ARÁNYOKAT, ELŐTOLÁSI SEBESSÉGEKET ÉS VÁGÓSEBESSÉGEKET FIGYELÜNK MEG, NEM CSAK A SZERSZÁM ÉLETTARTAMÁRA GYAKOROLT HATÁST.
„A szerszámlapka élettartama 10 perc helyett 15 percig tarthat, de mit hagy ez az alkatrészen, és hogyan érheti el ezt hatékonyabban? Meg akarjuk érteni ennek az alkatrésznek a szerkezeti integritását, amikor ez a hajtóműbe kerül.”
A Seco Tools nagyon szorosan együttműködik a végfelhasználókkal és az anyagszállítókkal annak érdekében, hogy olyan szerszámokkal legyenek ellátva, amelyek költséghatékonyan, de károsodás nélkül távolítják el az anyagot.
„A repülőgépgyártók évente 100 millió £-ot (112 millió €-t) költenek kizárólag marószerszámokra. Azáltal, hogy kis mértékben, akár néhány perccel is csökkenti egy Seco szerszám használatának idejét, hatalmas hatást érhet el egy év leforgása alatt.”
Martin Jackson azt mondja, hogy az elmúlt öt évben sokkal inkább együttműködésen alapuló megközelítés történt az iparágon belül.
„A korai műszaki felkészültségi szinteken már megtörtént annak felismerése, hogy a szerszámgyártónak, a szerszámszolgáltatónak, az anyagszállítónak és a végfelhasználónak együtt kell működnie.
„Nagyszerű konzorciumépítés volt, nem volt ego, és ennek köszönhetően felgyorsult a kutatás. Például a Sheffield Egyetemen dolgozó csapatunk különböző projekteken dolgozott a Seco-val, a Rolls-Royce-szal és a Timet-tal, az Egyesült Királyság repülőgép-hajtóművekhez használt titán gyártójával.
„A különböző szereplők eltérő igényeket támasztanak, és mindig egészséges feszültség van a Seco-val dolgozó mérnök között, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a szerszám nem hagy sérülést az alkatrészen, szemben a gyártómérnökkel, aki nyomás alatt van, hogy a lehető legtöbb ilyen magasnyomású tárcsát kihozza a gyártásból. De ha ez sikerül, akkor valóban felgyorsíthatja a kutatást és a fejlesztést.”
A gázturbinás hajtóművek még néhány évig léteznek, és Martin Jackson úgy véli, hogy a Seco Tools segíthet abban, hogy az ipart fenntarthatóbb, költséghatékonyabb irányba terelje.
„Úgy gondolom, hogy a Seco „élen jár” a szerszámok szerkezeti integritásra gyakorolt hatásának megértésében. Azt is gondolom, hogy tudatában van annak, hogy hol lesznek a következő folyamatok, például az additív gyártás. „Az élen járnak a többi szerszámszolgáltatóhoz képest, mert úgy tűnik, tisztában vannak azzal, hogy mi van a láthatáron. Egyes projektek, amelyeket velünk folytatnak, ezeket a feltörekvő folyamatokat vizsgálják, hogy megértsék, milyen szerszámokra lenne szükség.
„A Seco Tools mindig is része volt a beszélgetésnek, amikor arról van szó, hogy megvitassuk és megvizsgáljuk a kialakulóban lévő folyamatokat, hogy milyen lesz a következő repülőgép-hajtómű meghajtás.”
