航空宇宙コンポーネントのCNC加工における一般的な問題

航空宇宙産業は非常にユニークです。なぜなら、故障したコンポーネントの結果は非常に恐ろしい可能性があり、毎回完全に動作する必要があるからです。すべてのコンポーネントは完全に連携する必要があります。したがって、適切なツールと材料を使用して、設計と製造プロセスが正しくなければなりません。また、正確な適合と厳格な許容範囲を維持することが非常に重要です。 CNC加工は、航空宇宙アプリケーションに理想的な選択肢です。

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着陸装置からエンジンまで、CNC加工により構造コンポーネントを機械加工することもできます。ケーシング、ギア、シャフトは、移動成分の重要な部分であり、通常はCNC機械加工されています。ヘリコプターのピストンエンジンケーシングは、通常、CNCを使用して機械加工されます。

航空機、ヘリコプター、宇宙船には、極端な環境に耐えるために特別な材料が必要です。たとえば、チタンは耐熱性と強度のためにエンジンコンポーネントで使用されます。しかし、チタンは非常に高価なので、航空機のすべてのコンポーネントで使用することはできません。

アルミニウムは密度が低く、強度と重量の比率が高く、広く使用されています。処理は簡単で、スチールよりもはるかに高速の処理速度があります。アルミニウム2024は疲労耐性であり、多くの負荷サイクルに耐えることができ、長年使用されてきた航空機に適しています。アルミニウム7075は良好な疲労抵抗と腐食抵抗を持っているため、航空機の構造成分で広く使用されています。

合金鋼は、航空部品の製造にも使用されます。 4130スチールは高い引張強度を持ち、ファスナー、ギア、および外部コンポーネントを生成するために使用されます。 4340スチールは頑丈で、航空機の着陸装置の高負荷に適した潜在的な硬度が高くなっています。鋼のコストはチタンに比べて非常に有利ですが、その密度と重量がその使用を制限します。さらに、チタンとは異なり、鋼は腐食が発生しやすく、湿った環境にさらされる場合は、コーティングする必要があります。

処理する前に、適切な材料を見つける必要があります。特別なプラスチックとスーパーアロは、高度な輸送コストと時間のかかるプロセスを備えた調達が困難です。ニッケル合金、チタンを含む、後者は航空宇宙用途で使用されるプラスチックの一種です。航空業界のコンポーネントは常にこれらの材料を必要としてきました。これは長期的な課題です。

飛行機の生産は、他の製品とはまったく異なります。多くの航空宇宙コンポーネントは大量生産されていません。飛行機には多くの異なる部品が必要であり、それぞれが数百枚以下しか必要ない場合があります。これは多様な、小さなバッチ生産です。残念ながら、複数の品種と小さなバッチの生産は、製造業者の当初の意図と矛盾しています。製造業者は、各コンポーネントの製造プロセスのレビューとセットアップの時間と労力を費やす必要があるため、一部のメーカーは、複数のコンポーネントを製造するために複雑な幾何学的プロセスの開発に時間を費やす必要があるプロジェクトを受け入れるだけではありません。より多くの数量を注文することが可能な場合がありますが、部品の後処理が可能な場合、注文数量を増やし、将来の使用のために余分な部品を保存することができます。ただし、将来の航空機モデルに使用できる永続的な設計にのみ適用され、ストレージに追加のスペースが必要です。

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以下は、航空コンポーネントを製造するときにしばしば直面するさまざまな問題とソリューションです。

部品サイズ：航空機は何百万もの部品で構成されています。多くの小さな部品がありますが、いくつかの大きなコンポーネントもあります。このサイズの一部を処理するために、大きなCNCマシンを備えたサプライヤーを見つける必要があります。それ以外の場合は、部品を再設計する必要があります。これには、より大きなコンポーネントを小さな部品に分解する必要がある場合があります。ただし、複数の小さな部品を組み立てるには追加のファスナーが必要であるため、これにより全体的な重量が増加する可能性があります。一方、製造方法も変更できます。キャスティングは一度に大きな部品を生成する可能性がありますが、後処理にはCNC加工が必要になる場合があります。鋳造時間は長くなります。これは、カビを設計および製造する前に製造する必要があるためです。鋳造は、小さなバッチ部品のCNC加工よりも費用対効果が高くなります。

大きな薄壁コンポーネントの処理：一部のコンポーネントには大きな内部空洞があります。それは多くの時間を必要とし、大量の廃棄物を生成し、また部品の残留応力につながります。残留応力は、反りと変形を引き起こす可能性があります。この状況では、いくつかのオプションがあります。必要な部分の部品が小さい場合、1つの部品を処理してテストできます。仕様を満たしている場合、各部品についてテストし続けることができます。

このようなコンポーネントを鋳造できる場合があります。これは、壁が薄くなっている大きなコンポーネントを生産するためにより適しているため、材料の廃棄物が少なくなります。精密機械加工を達成し、許容要件を満たすためには、CNCの機械加工が依然として必要になる場合があります。同時に、特別な高性能5-軸CNC工作機械を使用できます。より低い力と速度を使用することにより、変形を引き起こすためにあまりにも多くの力をかけることなく、薄壁部分を処理できます。さらに、部品は、放射状または軸方向の切断深さを使用して対称的に機械加工でき、残留応力を減らすことができます。

適切な材料特性

航空宇宙に必要な非常に特異的な材料特性を達成することは困難かもしれません。金属は一般に、必要な硬度と強度を得るために熱処理を必要とします。処理前の熱処理は、材料の硬度と強度を大幅に改善し、より厳しい耐性を維持できます。ただし、ハードマテリアルの処理には時間がかかり、ツールを使い果たし、より高い処理コストが発生します。熱処理が必要な場合、炭化物の代わりにチタンなどの硬い材料で作られたツールは、これらの問題を改善できます。

同時に、処理後の熱処理にもいくつかの問題があります。これは、部品のサイズに影響を与え、CNCテクノロジーの精度を低下させ、部品が仕様を超える可能性があります。この状況は、最も効率的な熱処理を選択することで改善できます。熱処理プロセスの終わりには、オイル消光の代わりに圧力消光を使用できます。オイル消光は材料の縮小をより速く引き起こし、より大きな寸法の変化をもたらします。また、熱処理のコストと配送サイクルの増加を受け入れる必要があります。品質はCNCの機械加工の鍵であり、品質を改善するには、速度を犠牲にしてコストをかける必要があります。別のオプションは、硬化プロセス後に少量の最終処理を実行することです。このようにして、ほとんどの処理を事前に硬化された材料で実行し、硬化プロセスを完了して最終部品に必要な許容範囲を実現できます。

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1. CNC Rapidプロトタイプ製造の重要性：CNCマシンは、3D CADモデルとコンピューター指示に依存して部品を作成し、航空宇宙エンジニアが新しいプロトタイプデザインを迅速に作成し、テストし、編集できるようにします。 CNC Rapid Prototypingの製造には投資ツールは必要ありません。航空宇宙企業が可能な限りコストを最小限に抑えるのを支援します。

5-軸CNC機械工場の複雑な設計の製造補助：航空宇宙コンポーネントの設計はますます複雑になっています。たとえば、航空機の着陸装置と胴体は非常に大きく、いくつかの小さな詳細には非常に厳しい許容範囲が必要です。 5-軸CNCミリングマシンは、3-軸または4-軸機に到達できない範囲を達成できます。

高品質の材料は加工を改善します。これらの材料には、ステンレス鋼、炭素繊維複合材料、アルミニウム合金、チタン合金が含まれ、耐熱性や重度と重量比などの優れた特性があり、航空宇宙用途に非常に適しています。

軽量の金属はパフォーマンスに重要です。アルミニウムとチタンは、高強度のため、航空機で最も一般的に使用される金属です。鋼はアルミニウムよりも強くて安価で、チタンに強度が似ています。チタンはスチールと同じくらい強いが、重量は45％軽量で、アルミニウムは約33％軽量です。軽量の金属は、燃費と航空機の全体的な効率を改善するのに役立ちます。欠点は、一般的に手動で処理するのが難しいことです。数値制御機械は、複数の材料と互換性があり、製造プロセス中にそれらに大きく依存しています。

品質管理の重要性：工作機械の定期的なメンテナンスは、最適なパフォーマンスを確保し、サービスの寿命を延ばすことができます。定期的な定期的な検査とキャリブレーションは、製造業者がCNC工作機械の精度と効率を維持するのに役立ちます。各コンポーネントが必要な仕様を満たすようにするために、アセンブリフェーズの前に厳密な検査プロトコルを実装して、エラーを識別および修正できます。座標測定機（CMM）やレーザースキャンなどの高度なテクノロジーを使用して、部品の精度を確保します。

航空宇宙のCNC加工の未来を形作る傾向：テクノロジーは絶えず進化しており、メーカーは競争するために追いつく必要があります。いくつかの重要な傾向は、航空宇宙産業におけるCNC加工の将来を促進する可能性があります：{5-軸CNCは、ユニークな形状の複雑な部分を生成できます。