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航空航天数控加工:概述
的航空航天工业不同于其他的，因为一个特定部件的故障后果是可怕的。不需要细说，但总的来说，每件事都需要完美地工作。这意味着每个齿轮都需要转动，每个支架都需要固定，所有这些都需要完美地结合在一起。
正确启动设计和制造过程 - 使用具有正确材料的正确工具。精密适合和保持紧张的公差至关重要，因为质量至关重要的成本和提前时间。这就是为什么数控加工是理想的航空航天应用。
自动化数控加工限制了人为错误的可能性，并使这种制造方法具有高度精确的性质。CNC加工速度也很快，特别是对于数量较低的零件。与消费电子产品不同，并不是每个人都有私人使用的飞机。例如，2019年交付了1377架飞机。相比之下，2019年iphone的销量为4080万部。飞机的制造数量要比消费品低得多，而这些较低的数量很适合CNC加工。
采用数控加工制造零件
从起落架(部件如支架和扭矩链接)到发动机(压缩机和涡轮机)，数控加工被用于制造整个现代飞机的部件。结构部件也可以数控加工，如机身、舱壁和机身的部分。齿轮、轴和壳体是运动部件的重要组成部分，通常是数控加工的零件。最后，具体到直升机，活塞发动机外壳一般是数控加工的。
用于航空航天部件的材料
数控加工设备也可以处理航空航天部件所需的材料。飞机、直升机和宇宙飞船所经历的极端环境和用例需要特殊材料。这些材料包括钛，特别是2级和5级，由于其耐热性和强度，用于发动机部件。然而，钛是一种昂贵的材料，所以它不能用于飞机的每个部件。
合金钢，特别是4340和4130，也用于制造航空航天组分。4340钢韧性强，具有高潜力的硬度，使飞机着陆齿轮经历的高负荷产生了理想。4130钢也具有高抗拉强度，用于齿轮，紧固件和外部部件。钢的成本比率，特别是与钛相比，是有利的，但钢是一种更密集型和更重物的材料，这限制了其在航空航天应用中的使用。同样与钛不同，钢趋于腐蚀，如果它会暴露在水分中，必须涂覆。
最后是铝(7075、2024、6061)，由于其密度低，所以使用了高强度重量比的铝。它也很容易加工，加工速度是钢的两到三倍。铝2024具有良好的抗疲劳性能，这意味着它可以承受多次载荷循环(对于使用多年的飞机来说是理想的)。铝6061是一种沉淀硬化铝合金，具有良好的耐腐蚀性，可在飞机的机翼和机身中发现。铝7075具有良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能，在飞机结构件中得到广泛应用。
航空航天制造的独特挑战
数控加工在任何应用中都不总是一个简单明了的过程，航空航天部件也是如此。以下是制造航空部件时经常遇到的七个不同障碍，以及解决方案。
加工大型薄壁零件
有些部件，如发动机或压缩机外壳，有很大的内部空腔。例如，要制造直升机叶片的传动外壳，数控机床必须取芯大块材料。这需要大量的时间，产生了大量的废料，也导致了残余应力的部分。这些残余应力会导致变形或翘曲——当你在紧公差和高标准下工作时，这是有问题的。
为了事先确定移除大量材料是否会造成问题，你可以使用一组公式。你需要检查IRMR(内部移除材料比)和ERMR(外部移除材料比)。公式如下所示。
IRMR应该大于85%，这表明您已经删除了少于15%的内部部件体积。将最终零件包围盒体积与库存体积进行比较的ERMR应大于30%。如果它们都通过了测试，您就可以继续进行原型和测试了。但是，如果其中一个或两个值都超出了可接受限度，那么您的部件可能难以在公差范围内制造，或者可能会遇到性能问题。
在这种情况下，您有几个选择。如果需要的零件数量很低，你可以对一个零件进行加工和测试，然后继续(并继续测试每个零件)如果第一个零件证明是合格的。
有时像这样的部件可以铸造，这是一个更适合创建薄壁大部件的过程。使用铸造，你将浪费更少的材料和经验更少的扭曲。数控加工可能仍然是必要的精加工和满足公差。
最后，可以使用特殊的高性能五轴数控机床，这更有能力控制力量，功率和速度。通过使用较低的力，功率和速度，您可以在不施加它变形的情况下加工薄壁的一部分，而不会施加这么多的力。此外，您可以使用ADOC（轴向切割的切割）或RDOC（径向深度）对称，以便分配力，导致较少的残余应力。
处理复杂几何
由于航空航天部件的独特需求，这些部件通常具有复杂的几何形状，以减少重量，同时最大限度地提高强度或促进气流通过部件表面(#justflyingthings)。
然而，有时这些复杂的几何图形是不必要的复杂。例如，当一个内部组件被设计成复杂的有机表面几何形状时。由于更复杂意味着更多的加工时间和潜在的更多的时间寻找有能力的供应商，所以最好尽可能简化零件设计。beplay客户端下载
有时候，缓解这一问题所必需的是在设计师和工程师之间促进可制造性设计(DFM)。DFM考虑了制造的局限性，并从加工的角度考察了设计的可行性、时间和成本。这可以帮助工程师思考复杂性在哪些地方是真正必要的，哪些地方不那么重要。例如，内部部件对气流并不是至关重要的，也不需要花哨的曲面。
然而，对于航空航天应用程序，复杂的几何形状往往是不可避免的，在这些情况下，您可以使用5轴(或更多的） 机器。
零件尺寸：数控限制
最后的零件几何挑战是零件尺寸。飞机是由数百万个部件组成的巨大组件。虽然许多部件都很小，但仍需要一些大型部件。典型的机床只有几英尺长，这对结构部件或其他相当大的部件来说是不够的。这意味着要找到具有这种能力的供应商是很有挑战性的。
为了解决这个问题，你需要找到一个新的供应商，拥有可以处理零件尺寸的大型数控机床。否则，你就得重新设计这个部件。这可能涉及将一个较大的组件分解成较小的部分。然而，这可能会增加整体重量，因为需要额外的紧固件来组装多个较小的部分。
另一个可能的解决方案是改变制造方法。铸件可以整体生产更大的零件，但仍可能需要数控加工进行后处理。铸造需要更长的时间，因为模具的设计和制造是必要的，任何部分都可以制造。这也使得它是一个低成本的选择比数控加工小批量的零件。
获得适当的材料属性
难以实现航空航天应用所需的高度特定材料特性。通常需要热处理金属以达到所需的硬度和强度。热处理是一个普遍的过程，但也有其自身的挑战。
加工前的热处理将使材料变得更加困难，更强大，因此它可以保持更严格的公差。但是，加工硬化材料更耗时，更快地磨损切削工具，因此机器更昂贵。如果您必须在加工前进行热处理，请投资更难以像钛，而不是碳化物或高速钢的材料制成的工具，可以帮助改善这些问题。
当然，加工后的热处理有自己的问题，因为它可能会影响部分的尺寸。这否定了CNC过程的精度，甚至可以将部分推出规格。您可以通过选择最有效的热处理过程来缓解这一点。
回火和老化需要将金属加热到比其他工艺更低的温度，所以尺寸不会有太大的变化。此外，在热处理过程结束时，可以使用压淬火而不是油淬火。油淬使材料收缩更快，从而导致更大的尺寸变化。
获得正确性能的最简单方法是接受加工前热处理成本和提前时间的增加。再次强调，质量是数控加工的关键，而获得质量需要牺牲速度和成本。在某些情况下，另一个选择是在硬化过程后进行少量的最终加工。这可以让你在预硬化材料上进行大部分的加工，并完成硬化材料以达到最终零件所需的公差。
采购材料
然而，在处理或加工你的材料之前，你必须找到正确的材料。高温合金和特种塑料很难采购，而且运输成本高、耗时长。这些材料包括钛、镍合金(如镍银合金)和Ultem, Ultem是一种用于航空航天的塑料。航空航天部件总是需要这些材料，由于航空航天部件的特殊需求，所以这将是一个长期的挑战。
为了克服这些限制，航空航天公司可以利用Fictiv等数字制造生态系统(DME)，这些生态系统可以访问大量制造商。使用二甲醚意味着制造伙伴中有一个能够获得所需材料的可能性更高。此外，这将把采购留给制造商，这样工程师就可以专注于设计。
采购制造商
说到采购，找到合适的制造合作伙伴是至关重要的。由于航空航天行业的特殊要求，大多数航空公司公司都要求其制造商和供应商拥有AS9100认证。AS9100以ISO 9001为基础，规范质量管理体系，控制行业中至关重要的质量和安全。
然而，并不是所有的制造商都有这个认证，而且很难找到这样的制造商。认证是昂贵的，需要时间，而且航空部件的数量并不总是值得的(后面会有更多)。但数字制造公司可以解决这个问题。在他们广泛的合作伙伴中，他们有更好的机会接触到有必要认证的供应商。
高混合，低量生产
如上所述，飞机的生产数量与其他实物产品(如消费品或电子产品)不同。这意味着很多航空部件不是批量生产的。飞机需要很多不同的部件，但它们可能只需要一个给定部件的几百个或更少的部件。这就是所谓的高混合，低数量生产。
不幸的是，高混合，低量生产与制造商喜欢的相反。审查和建立制造过程需要时间和努力来生产每个部分，因此这些项目的效率低得多且具有成本效益。一些制造合作伙伴根本不会接受要求他们花时间开发复杂几何过程的过程，以仅仅少数部分。
在某些情况下，可以订购更大的数量，这缓解了问题。如果可以在一个部件上添加后处理，比如涂层，这可能会让您增加订单数量并存储多余的部件以备以后使用。但这种选择只适用于可用于未来飞机模型的持久设计，而且还需要存储库存的空间。
另一种选择是与数字制造公司合作。该公司可以将您与可以将订单插入免费机器的制造合作伙伴，使您和MP中的订单中的订单插入。
最后的想法
如果你是航空航天行业的工程师或制造商，你很有可能会遇到这些挑战之一。即使在其他行业，工程师也可能遇到类似的问题，并可以应用这些经验教训。
无论您是航空航天工程师还是在其他领域工作，Fictiv都掌握着解锁您创新的钥匙。所以,创建一个帐户并立即上传您的部件，以利用我们的高技能CNC加工合作伙伴的网络，使您的愿景变为现实！
