¿De qué partes están hechos los aviones?

Las piezas estructurales son el tipo más grande de piezas de avión. Estas piezas están hechas principalmente de aleación de aluminio. Según el proceso de fabricación y el peso de las piezas, en el pasado se remachaban principalmente placas de aluminio (algunas piezas todavía se fabrican con este método). Actualmente se adoptan técnicas de diseño completamente diferentes, que requieren la integración de muchas funciones diferentes en un único componente estructural. Esta es la tecnología de diseño integrado. La pieza está fresada a partir de una pieza sólida de aluminio. Estas piezas son complejas y suelen contener una base muy pequeña y paredes delgadas (0,6 ~ 2 mm), en forma de panal. La geometría de dichas piezas consta de diferentes superficies y curvas definidas. Las superficies cercanas al contorno exterior de la aeronave también deben ser superficies de forma libre.

Figura 1 La viga principal de la estructura general del avión Pilatus PC 9 (Fotografía cortesía: StarragHeckert Company) Por ejemplo, la viga principal del avión Pilatus PC 9 estaba compuesta por 156 partes diferentes en la versión anterior. diseño. Para ello se necesitan distintos equipos de curvado y dispositivos de montaje. En el avión Pilatus PC 12, estos componentes utilizan tecnología de diseño integrada. El número de piezas se redujo a tres y se utilizaron conexiones de pernos simples (Figura 1). Cuando esta compañía de aviones estaba desarrollando aviones hace 25 años, la tecnología NC todavía estaba en su infancia porque no existían herramientas de software complejas y las formas geométricas complejas solo podían definirse utilizando lenguajes de programación engorrosos como APT, Fortran, etc.; Todavía se utiliza el control de máquinas herramienta 21/rD, lo que restringe seriamente la generación de superficies complejas y formas geométricas. Debido a algunas de las razones anteriores, para controlar el peso de las piezas de aluminio, se utilizan placas de aluminio para construir el marco, es decir, se ensamblan y conectan más de 20 molduras de placas de diferentes formas para formar una pieza estructural grande. El proceso de formación de piezas es extremadamente complejo. El material de la pieza de trabajo tiene que pasar por 12 veces de procesamiento mecánico y 4 veces de tratamiento térmico. Debido a inconsistencias en las formas geométricas, estiramiento/rotura, etc., la tasa de desperdicio es extremadamente alta. El montaje de este tipo de estantería requiere 6 procesos, y se debe tener en cuenta el problema de estiramiento del material. Hoy en día, los sistemas de programación y las máquinas CNC nos permiten fresar formas que antes eran imposibles de producir. Antiguamente, con la tecnología tradicional, un componente que requería más de 20 piezas moldeadas de chapa ahora se compone de sólo 2 piezas. La geometría es extremadamente compleja y todos los requisitos de la pieza deben cumplirse exactamente. Fresar una pieza a partir de una pieza sólida de aluminio convierte el 98% del material en residuos. Procesamiento completo del producto en tres pasos El proceso de programación NC requiere el más alto nivel de experiencia y requiere la integración de varios procesos de producción: CAD/CAM, herramientas de corte, diseño de accesorios y tecnología de fresado. Ahora es posible crear un componente de marco de este tipo en solo tres pasos santurrones: 1) Obtener materia prima precortada con orificios para sujeción, 2) Fresar la pieza y 3) Taladrar manualmente los orificios para los remaches (usando una plantilla). Las rebabas de las piezas se completan durante el mecanizado. Después de pasar la inspección de la primera pieza, el proceso de fresado continúa automáticamente sin intervención del operador. Esto simplifica enormemente la detección de dimensiones y grietas, reduciendo los costes de producción en comparación con los métodos de fabricación anteriores. Las estructuras integradas también tienen un impacto significativo en el ensamblaje de piezas. Todo el módulo (componente) se puede ensamblar directamente. Las piezas se fabrican con tolerancias extremadamente estrictas y son intercambiables. La precisión del ensamblaje está garantizada y el proceso es estable, lo que acorta enormemente el tiempo de ensamblaje requerido.

Figura 2 La máquina herramienta STC 1000/130 de StarragHeckert, que es especialmente adecuada para el mecanizado simultáneo de cinco ejes. Cuando la potencia es de 70 kW, la velocidad del husillo es de 24.000 r/min. Espacio en blanco adecuado para fresado a alta velocidad. El cuchillo corta la placa de aluminio de 127 mm o 76 mm de espesor hasta darle la forma aproximada. El tamaño del espacio en blanco es de 840×665 mm y el peso es de 90 kg o 60 kg. El dispositivo incluye una placa angular y un sistema de orificios estándar, así como una placa adaptadora de junta de vacío para procesar el segundo lado de la pieza de trabajo.

La máquina herramienta adopta la máquina herramienta Starrag Heckert STC 1000/130, que es especialmente adecuada para el mecanizado simultáneo de cinco ejes: la potencia del husillo es de 70 kW y la velocidad máxima alcanza 24000 r/min cuando funciona con 100 cargas (Figura 2); orificio cónico del husillo: HSK63A; El recorrido del eje X/Y/Z de la máquina herramienta es: 1700 mm/1600 mm1950 mm; el rango de inclinación del husillo: -60/100°; La máquina herramienta adopta una estructura soldada de placa de acero y tiene alta rigidez. Todo el proceso de mecanizado requiere 7 herramientas de corte y 4 brocas. La herramienta es un cuerpo sólido con un diámetro máximo de 32 mm. La hoja que se adapta a la forma puede evitar posibles daños causados ​​por la fuerza centrífuga al cortar a una velocidad de hasta 24.000 r/min. Todas las herramientas de corte tienen un diámetro superior a 25 mm, están refrigeradas por huecos y están lubricadas por niebla de aceite. Al principio, las herramientas con un diámetro inferior a 25 mm eran cuchillos de metal duro con mangos retráctiles. Las longitudes de las herramientas son 90 y 220 mm. Todas las herramientas de corte y portaherramientas están equilibrados y la calidad del equilibrio es Q2,5 a 24000 r/min. Para garantizar la seguridad del proceso de mecanizado, los parámetros de corte de cada herramienta se definen con precisión, es decir, se utiliza un software especial para detectar la velocidad crítica (autooscilación) de los componentes de la herramienta. Las piezas se sujetan dos veces para completar todo el procesamiento (incluidos los orificios de remachado). Para evitar la deformación por tensión de piezas de paredes delgadas durante el procesamiento y garantizar tolerancias estrictamente controladas, se utilizan procesos de fresado de alta velocidad para el planeado y el fresado periférico. Del tiempo total de procesamiento de fresado, aproximadamente el 60% del tiempo requiere mecanizado de varillaje de cinco ejes, el mecanizado en desbaste representa el 40% del tiempo total de mecanizado y el mecanizado manual implica principalmente desbarbar y perforar algunos orificios para remaches.

Figura 3 Durante la sujeción secundaria, se utiliza un dispositivo de adaptación de pieza de trabajo especial para sujetar el proceso en la superficie mecanizada de la pieza. El resultado supera las expectativas. Primero, la pieza de trabajo se fija en el dispositivo con pernos. Renishaw La sonda identifica la pieza. El primer proceso superficial consiste en utilizar un cabezal de herramienta de 63 mm de diámetro para moverse a lo largo del plano Z para desbastar la pieza de trabajo hasta casi su forma final. La velocidad de avance durante el desbaste puede alcanzar los 17 m/min y la velocidad de eliminación de metal puede alcanzar los 6500 mm3/min. El segundo proceso consiste en utilizar una fresa de carburo sólido de 25 mm para fresar aproximadamente la forma de la pieza. Dado que esta superficie de contorno es una superficie curva, se requiere mecanizado simultáneo de cinco ejes para obtener tolerancias de acabado consistentes. Luego, se utiliza una fresa de carburo sólido de 16 mm de diámetro para terminar la forma a una velocidad de avance de 9 m/min (acoplamiento de cinco ejes). El mismo dispositivo también se utiliza para la sujeción secundaria de piezas. Durante la sujeción secundaria, se utiliza un dispositivo de adaptación de pieza de trabajo especial para sujetar el soporte del proceso en la superficie mecanizada de la pieza (Figura 3). El primer proceso sigue siendo utilizar una fresa de 63 mm para fresar aproximadamente el contorno de la pieza a lo largo de la superficie Z. Los siguientes procesos también son los mismos que el primer método de sujeción mencionado anteriormente. El acabado posterior es extremadamente crítico. En este punto, las piezas se han vuelto extremadamente delgadas y se dañan fácilmente con la vibración. Para evitar daños a las piezas, primero se deben mecanizar los contornos de las piezas y luego se deben mecanizar las ranuras durante el acabado. El paso final implica utilizar una fresa de extremo de 10 mm de diámetro para separar la pieza de la unión del proceso. En lo que respecta al procesamiento de piezas, para este nuevo tipo de avión, todos los resultados superan con creces los requisitos esperados. La precisión de las piezas procesadas está completamente dentro del estricto rango de tolerancia requerido y es completamente intercambiable. Todo el ciclo de producción se ha acortado en un 75% y se ha reducido el personal de producción. Gracias a la cadena de procesamiento continua, son posibles cambios rápidos y se simplifica la cadena logística.