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給航空航天業(yè)一個更環(huán)保的未來

2022年04月24日 09:14:47來源：山特維克可樂滿點(diǎn)擊：4128

　　【機(jī)床商務(wù)網(wǎng)欄目名企在線】OEM必須對未來的飛機(jī)采取整體化的方法。

　　作為全球二氧化碳排放最大的來源之一，航空航天業(yè)面亟待提供更環(huán)保的飛機(jī)——重量更輕，且飛行里程更長。但是，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要用到難于加工的鋁和高溫合金 (HRSA)。這里，山特維克可樂滿航空航天解決方案經(jīng)理Sébastien Jaeger闡釋了航空航天OEM如何能夠采用高級的刀具解決方案可持續(xù)地加工這些難于加工的零件。

　　據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇 (WEF)：“到2050年實(shí)現(xiàn)CO2的凈零排放不僅可助力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的環(huán)保未來，同時也能從整體上保證航空業(yè)的財務(wù)彈性和競爭力。”雖然電動汽車在汽車業(yè)的地位越發(fā)穩(wěn)定——2021年8月英國電動車輛的銷量甚至超越了柴油車輛——但是，如果要在航空業(yè)實(shí)現(xiàn)這些發(fā)展，需要更長的時間。

　　總體而言，預(yù)估的情況是電動飛機(jī)在2035年前都不會達(dá)到普及程度。據(jù)《獨(dú)孤星球》 (Lonely Planet) 報道，盡管易捷航空公司 (easyJet) 有望到2030年實(shí)現(xiàn)不超過311英里 (500公里) 的電動飛機(jī)運(yùn)行且挪威立志到2040年實(shí)現(xiàn)所有短途航班的電動化，但是 — “短期內(nèi)，我們不會以充電式巨型飛機(jī)進(jìn)行長途飛行：因?yàn)殡姵靥亓恕?rdquo;

電動飛機(jī)有望于2035年實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

　　所以，雖然電池不需要為了得到重用而減輕重量，但是原始設(shè)備制造商 (OEM) 卻越來越有責(zé)任制造出更輕的零件來抵消這一問題。我們可以確信的是，將使用鋁 — 強(qiáng)度、抗疲勞性和其他屬性都更強(qiáng)的鋁 — 來使這些系統(tǒng)更輕盈。

　　我們也將看到新型高溫合金 (HRSAs) 的擴(kuò)大應(yīng)用。實(shí)際上，HRSA已經(jīng)應(yīng)用于面臨極端嚴(yán)苛性能需求的飛機(jī)零件，因?yàn)樗鼈兗词姑鎸?qiáng)大熱量依然能保持硬度不變。事實(shí)將證明，這類材質(zhì)的特征必不可少，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)更可持續(xù)的航空旅行的其中一個方法是使發(fā)動機(jī)更強(qiáng)勁地燃燒、熱量更強(qiáng)。

　　零件的生產(chǎn)誤差也必須更小，設(shè)計要更多樣化。同電動汽車一樣，未來不同制造商對于電動飛機(jī)的設(shè)計 — 包括機(jī)身和發(fā)動機(jī) — 也將與如今采用內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的飛機(jī)有很大不同。對于機(jī)身，有些OEM正在探索三角造型、翼身組合體以及支柱支撐式機(jī)翼理念。其他一些OEM則堅持傳統(tǒng)的‘大型管道、機(jī)翼和發(fā)動機(jī)”設(shè)計。

　　發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)也將有不同形式，例如電動式、電池驅(qū)動式或電磁式或是混動型發(fā)動機(jī)，而如今的發(fā)動機(jī)以電動馬達(dá)為輔助。OEM將被要求生產(chǎn)更多種類的小誤差零件，同時也要找到新的方法降低噪音、重量和排放 — 總之包括會影響電動系統(tǒng)性能表現(xiàn)的所有因素。但是鋁和HRSA零件的加工難度大，所以若要以可持續(xù)和利于成本效益的方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

　　快速進(jìn)步

　　生產(chǎn)更輕、更節(jié)能飛機(jī)的一個途徑是借助增材制造 (AM) 工藝。AM工藝實(shí)現(xiàn)了形狀極度復(fù)雜之定制零件和小誤差功能性產(chǎn)品的發(fā)展，所以，像格柵這樣的難加工零件可以被更輕松地生產(chǎn)出來。軟件公司Dassault Systemes發(fā)現(xiàn)，“在航空航天業(yè)，對AM工藝減重可以節(jié)能高達(dá)25%，”而“一趟航班每減輕一千克 (2.2磅) 重量可每年最多節(jié)省3,000美元的燃料消耗。”

　　但是AM工藝本身是可持續(xù)發(fā)展的嗎？一項(xiàng)與羅馬尼亞克盧日·納波卡技術(shù)大學(xué) (Technical University of Cluj-Napoca) 制造工程系共同進(jìn)行的研究將AM描述為“注射成型、模具壓鑄或加工等傳統(tǒng)制造 (TM) 方式的出色替代”。該研究還稱：“相比常規(guī)工藝，AM更有潛力降低成本、節(jié)省能源。”

　　AM也將對產(chǎn)品制造方式及其多樣化產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。優(yōu)點(diǎn)包括減少碳排放、材料用量和運(yùn)輸，因?yàn)榭捎脙?nèi)部自主生產(chǎn)零件取代引進(jìn)零件。

　　制造商還可通過快速產(chǎn)品試制生產(chǎn)更復(fù)雜、小巧和創(chuàng)新的航空航天零件。快速產(chǎn)品試制包括若干不同工藝，但是目標(biāo)是相同的：從計算機(jī)輔助設(shè)計 (CAD) 文件快速生產(chǎn)出實(shí)體3D樣品模型。通過這些樣品模型，可先行對新材質(zhì)進(jìn)行少量試生產(chǎn)，然后再大規(guī)模制造，以此確保零件的生產(chǎn)做到創(chuàng)新、質(zhì)量及精度的極高水準(zhǔn)。

　　我們已經(jīng)了解過航空航天業(yè)OEM能夠如何采用新方法生產(chǎn)更復(fù)雜的零件。但是如果有合適的刀具完成這項(xiàng)工作，尤其是在加工難度大的鋁和HRSA材料該怎么辦呢？

　　這些材料必須使用耐磨性更強(qiáng)、壽命更長的刀具。這也是為什么山特維克可樂滿專門為車削加工研制了S205材質(zhì)的原因。S205材質(zhì)中包含一層單向緊密排布的Inveio®水晶。這就在刀片周圍形成了一道強(qiáng)大的保護(hù)屏障，能夠使刀具更堅固耐用，提升其機(jī)械屬性。該刀片已經(jīng)證明自身有能力生產(chǎn)一系列豐富的飛機(jī)零件，包括發(fā)動機(jī)渦輪盤、環(huán)和軸。據(jù)山特維克可樂滿的客戶反映，相比HRSA車削材質(zhì)，S205的切削速度提高了30 - 50%。

　　整體化的方法

　　我們已經(jīng)考量了制造過程和刀具，但是現(xiàn)在我們可以使二者實(shí)現(xiàn)最強(qiáng)組合嗎？畢竟，如果各個系統(tǒng)的設(shè)計無法彼此契合、合力發(fā)揮作用，則勢必浪費(fèi)時間來組成一個完全集成化的解決方案。

　　為此，山特維克可樂滿正以我們所稱之的零件解決方案 (components solution) 為航空航天業(yè)的客戶提供支持。該解決方案由若干階段構(gòu)成，包括了解加工需求和節(jié)拍，以此了解單個零件成本。此外還有在最后階段分析生產(chǎn)方法，與MTM (方法-時間測量) 及終端用戶過程均有關(guān)。零件解決方案還包括計算機(jī)輔助制造 (CAM) 編程以及本地或跨境項(xiàng)目的管理。

　　以山特維克可樂滿的一個客戶為例，該客戶在生產(chǎn)過程中遭遇了斷屑問題，而零件解決方案使我們能夠發(fā)現(xiàn)問題并設(shè)計出解決方案。山特維克可樂滿的專家為該客戶研制出全新的“動態(tài)驅(qū)動曲線”策略，使我們得以隨時控制斷屑。我們把這種新方法稱為“scoop turning”，目前已經(jīng)申請了專利。憑借scoop turning方法，該客戶將生產(chǎn)周期縮短了80%，而刀具壽命延長了一倍，同時保證了出色的切屑控制。

　　此外，該客戶還得以將其所用機(jī)床數(shù)量從四臺縮減至一臺，從而降低了對多任務(wù)加工的需求，同時保證了更穩(wěn)定可靠的加工過程和“綠燈生產(chǎn)”。使用更少的機(jī)床以及減少換刀次數(shù) (得益于像S205這樣的更強(qiáng)韌材質(zhì)) 將是實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)發(fā)展飛機(jī)生產(chǎn)的關(guān)鍵。

　　軟件也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，例如山特維克可樂滿的一種數(shù)字化產(chǎn)品CoroPlus® Tool Guide。客戶甚至可以在開始生產(chǎn)之前就可以對刀具和切削參數(shù)的選擇做出關(guān)鍵決定。

　　閉環(huán)

　　除了新的刀具和制造方法，航空航天業(yè)OEM還可借助制造業(yè)。航空運(yùn)輸行動小組 (Air Transport Action Group，ATAG) 的一項(xiàng)報告顯示：波音公司 (Boeing) 的鋁材供應(yīng)商Kaiser如今采用了一種閉環(huán)回收系統(tǒng) — 榮膺行業(yè)同類最大項(xiàng)目之一。Kaiser估計：通過該項(xiàng)目，整個行業(yè)每年可重復(fù)利用大約10,000,000千克的邊料和廢棄金屬。

　　在山特維克可樂滿，我們已經(jīng)啟用了我們自己的循環(huán)系統(tǒng)，用于循環(huán)利用硬質(zhì)合金刀具，即：我們回購客戶廢棄的硬質(zhì)合金刀具，然后把它們重新制成全新的刀具。因此，山特維克可樂滿硬質(zhì)合金刀具所用的原材料大部分來自廢棄刀具。我們在資源有限的環(huán)境下實(shí)踐可持續(xù)發(fā)展業(yè)務(wù)，最大程度減少過度浪費(fèi)。由此，我們發(fā)現(xiàn)由回收材料制成的刀具所需的能源減少70%，同時還可減少40%的二氧化碳排放量。

　　航空航天業(yè)面臨著越來越緊迫的壓力：要生產(chǎn)重量更輕、飛行里程更長的更環(huán)保型飛機(jī)。而航空航天業(yè)的OEM憑借正確的加工過程和刀具 — 當(dāng)然還有更整體化的制造方法 — 能夠?yàn)楹娇蘸教鞓I(yè)建設(shè)一個更環(huán)保的未來而貢獻(xiàn)自己的力量。

（來源：山特維克可樂滿）

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