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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。
从设计和制造过程开始——使用合适的工具和合适的材料。精密配合和保持紧密的公差是至关重要的，因为质量比成本和交货期更重要。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
数控加工是用于在整个现代飞机制造的部件，从所述起落架（组分如括号和扭矩链接）到发动机（压缩机和涡轮机）。结构部件也可以是CNC加工，如机身，舱壁，和机身的部分。齿轮，轴，和外壳，这对移动部件重要，通常是CNC机加工零件。最后，在直升机具体地，活塞式发动机壳体通常CNC加工。
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部件。4340钢韧性强，具有很高的潜在硬度，使其成为飞机起落架承受高载荷的理想材料。4130钢还具有很高的抗拉强度，用于齿轮、紧固件和外部组件。钢的强度与成本比，特别是与钛相比，是有利的，但钢是一种密度大得多、重量重得多的材料，这限制了它在航空航天领域的应用。与钛不同的是，钢容易腐蚀，所以如果暴露在湿气中，就必须进行涂层处理。
最后，将铝（7075，2024，6061和），用于其较高的强度由于其密度低的重量比。这也很容易机 - 快两到三次的机器比钢。铝2024具有良好的抗疲劳性，这意味着它可以承受很多负载周期（理想的是使用了多年的飞机）。铝6061是具有良好的耐腐蚀性，并且可以在飞机机翼和机身中找到沉淀硬化铝合金。铝7075既具有良好的耐疲劳性和耐腐蚀性，这导致了在飞机结构部件其常见用法。
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。
为了事先确定是否移除了大量的材料将是一个问题，还有一对可以使用的公式。你需要同时检查IRMR（内部移除的材料比）和ERMR（外部移除材料比）。两者的公式如下所示。
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，你有几种选择。如果零件所需要的量低，可以机之一，并测试了一下，然后继续（并继续测试每个部分）如果第一部分，原来是在规格。
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，你可以使用一个特殊的高性能五轴数控机床，更有能力控制力、力和速度。通过使用较低的力、功率和速度，你可以加工薄壁零件，而不会施加太大的力使它变形。此外，您可以使用ADOC(轴向切割深度)或RDOC(径向切割深度)来对称地加工零件，以分配力，从而减少残余应力。
复杂的几何形状处理
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。
零件尺寸:CNC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
很难实现航空航天应用所需的高度特定的材料性能。这些金属经常需要热处理以达到所要求的硬度和强度。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明显更硬和更强，所以它可以保持更紧的公差。但是，加工硬化材料耗时较长，刀具磨损较快，因此加工成本较高。如果你必须在机加工前进行热处理，投资使用钛等更硬的材料制成的工具，而不是硬质合金或高速钢，可以帮助改善这些问题。
当然，加工后的热处理也有它自己的问题，因为它可能会影响零件的尺寸。这就降低了数控加工的精度，甚至会导致零件超出规格。你可以通过选择最有效的热处理工艺来缓解这一问题。
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至关重要。由于航空航天工业的特殊要求，大多数航空航天公司要求他们的制造商和供应商具有AS9100认证。AS9100是基于ISO 9001，其中规定的质量管理体系和质量控制和安全性都在同行业中最重要的。
然而，并非所有的厂商都这样的认证，它可以是很难找到那些做。该认证是昂贵的，需要时间，数量为航空零部件并不总是值得的（稍后更多）。但是，数字制造公司可以解决这个问题。有一个更好的机会，他们有机会获得与他们的合作伙伴的广泛池必要的认证供应商。
高混合，低产量
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，低数量的生产与制造商喜欢做的相反。审查和建立生产每个部件的制造过程需要时间和精力，因此这些项目的效率和成本效益都要低得多。有些制造合作伙伴根本不愿意接受那些需要他们花时间开发复杂几何形状的过程，而只制造几个零件的项目。
在某些情况下，这是可能的订购数量较多，这减轻了问题。如果后处理可以被添加到一个部分，例如作为涂层，这可容许增加订单数量和储存多余的零件供以后使用。但是，此选项仅适用于持久的，可以在以后的机型中使用的设计，也需要用于存储库存空间。
另一个选择是与数字制造公司合作。该公司可以将您与制造合作伙伴连接，后者可以将您的订单插入他们的免费机器，使您和MP都受益。
最终的想法
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,创建一个帐户并在今天上传您的部分，利用我们的高技术数控加工合作伙伴网络，将您的愿景变成现实!
