航空航天-金属切削：高科技与降低成本之间的平衡之道

航空航天-金属切削：高科技与降低成本之间的平衡之道

飞机制造—一个庞大的世界

• 飞机制造是一个庞大的系统工程，一架飞机由数百万个零部件组成，例如空客A350约有265万个独立零件，波音787甚至可能拥有多达300万个零部件。
• 飞机主要由铝、钛、钢和纤维增强复合材料制成，组装一架完整的飞机需要四个多月的时间。
• 航空业正从枢纽辐射式系统转向点到点连接，双引擎远程“窄体”飞机更适合在众多支线机场之间提供直达连接。

材料—在减轻重量和提高安全性之间取得平衡

• 飞机材料必须满足轻质和强韧的双重要求，以减少燃料消耗并提高飞行性能，同时承受飞机所承受的巨大力量。
• 主要材料包括：
  • 铝合金：约60%的机身框架、门框和窗框、轮辋、机翼肋、机身蒙皮等，轻质、稳定、防锈、易于加工、价格低廉。
  • 钛合金：约14%的结构部件，强度堪比钢材，重量只有其一半，耐腐蚀、耐高温、导热性好、可加工性强。
  • 超级合金：用于发动机、结构件或起落架，例如Inconel 718和Waspaloy，具有高度耐用性、耐腐蚀、极耐高温的特性。
  • 钢：约12%的结构部件，例如300M钢用于起落架，300M因其高强度和韧性而经常用于航空工业。
  • 碳纤维增强塑料 (CFRP)：用于飞机外壳、机翼等，重量轻、强度高、不易腐蚀，但成本高、加工难度大。

高端塑料是否宣告了金属时代的终结？

• CFRP等材料在飞机制造中早已司空见惯，但超过一半的飞机组件仍然由金属制成。
• 新型铝锂合金已成功用于飞机制造，比以前的复合材料轻得多。
• 铁铝化合物生产成本相对较低，也有可能取代发动机部件中昂贵的材料。
• 从长远来看，铝、钛、钢和超合金将继续成为飞机制造中不可或缺的材料，CFRP的使用成本必须比目前大大降低才能取代更多金属材料。

高性能，低成本

• 飞机制造面临的一大挑战是，即使大型部件也往往必须采用整体式结构，材料去除率超过90%。
• 高速切削 (HSC)：切削速度、进给和主轴转速都远高于传统加工，特别适合加工铝材，能够以高表面质量和精度实现经济高效的生产。
• 钛合金加工：由于钛合金的硬度高且热传导性差，因此对切削刀具的要求很高，使用专为钛合金部件设计的特殊刀具，例如瓦尔特BLAXX M3255黑风侠铣刀，可显著缩短加工时间。
• 耐热高温合金 (HRSA) 加工：陶瓷铣刀切削速度可达1000米/分钟，即快20倍于硬质合金铣刀，例如瓦尔特MC075等陶瓷铣刀，加工时间仅为传统铣刀的三分之一。

展望与趋势—从增材制造、增强现实到人工智能

• 增材制造：3D打印技术能够生产复杂而稳定的部件，并将传统制造部件的重量减轻多达55%，原材料消耗降低多达90%。
• 增强现实 (AR)：AR数据眼镜与3D可视化信息相结合，使技术人员能够更轻松地完成飞机维修和维护。
• 人工智能 (AI)：AI可以帮助确定最佳结构和配置，实现制造流程的自动化，提高精度，进行质量控制，并实现预测性维护。
• 环保加工技术：将变得越来越重要，因为它们不仅降低了能耗，而且减少了冷却剂和润滑剂的使用，并减少了废物。
• 数字化：例如在飞机维护方面，联网机器、持续数据分析和人工智能支持的流程优化（例如使用AR数据眼镜）也可以提高效率。

结论

• 飞机制造的未来加工方式将适应各个领域的广泛发展，同时以精确协调的创新应对行业的挑战。
• 切削工具在未来仍然不可或缺，因为几乎所有打印的工件都需要后续加工。
• 飞机制造和运营必须变得更加可持续，减轻重量仍将发挥重要作用。
• 增材制造工艺与更高效的新型加工技术和创新工具解决方案可以作为起点。
• 新型切削材料和涂层可以提高效率并延长工具寿命。
• 集成生产线的趋势也将继续增长。