【機(jī)床商務(wù)網(wǎng)欄目 名企在線】幾十年來，航空航天業(yè)的主打發(fā)展趨勢是增長。雖然近年來也不乏危機(jī)出現(xiàn)，但是沒有哪一次危機(jī)像新冠疫情這樣破壞力如此巨大。現(xiàn)在，雖然市場增長情況已經(jīng)恢復(fù)到2006年的水平，但是航空航天業(yè)的制造商們該如何重回正軌呢？答案是：更可持續(xù)的生產(chǎn)。在本文中，來自切削刀具領(lǐng)域?qū)I(yè)企業(yè)山特維克可樂滿的Sébastien Jaeger (航空航天業(yè)務(wù)的行業(yè)解決方案經(jīng)理) 闡釋了未來航空航天業(yè)走向復(fù)蘇的一個(gè)關(guān)鍵助推力：合作。
 

　　在疫情沒有到來時(shí)，航空航天業(yè)已經(jīng)連續(xù)14年穩(wěn)步增長。毫無疑問，史無前例的新冠肺炎疫情讓航空航天業(yè)的發(fā)展勢頭和未來遭遇重創(chuàng)。面對(duì)商旅和休閑旅游產(chǎn)業(yè)的重度“縮水”，航空公司不得不大幅下調(diào)盈利水平。
 

　　當(dāng)然，也不全是壞消息。2021年上半年，航空航天業(yè)有所回暖；但是，成功倚賴于幾個(gè)因素，例如疫苗以及全球經(jīng)濟(jì)前景，此外中國經(jīng)濟(jì)的繁榮、商旅和旅游產(chǎn)業(yè)的復(fù)蘇也會(huì)產(chǎn)生影響。有預(yù)測表示：整個(gè)行業(yè)將在未來兩到三年恢復(fù)到疫情前的水平。不同國家和地區(qū)的恢復(fù)速度不盡相同。然而，從長期而言，新飛機(jī)的數(shù)量到2040年將下降25%。
 

 

　　制造商們正在采取各種不同方法應(yīng)對(duì)未來的“電動(dòng)飛機(jī)”勢頭，例如空中客車集團(tuán)的Airbus E-Fan。
 

　　從工程應(yīng)用角度，另一個(gè)重大變化是：飛機(jī)將是單通道的，而非雙通道，因此機(jī)身寬度縮減。另外飛機(jī)也必須具備更長的航程。發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)架密切相關(guān)：兩者密不可分，但對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)，可以說焦點(diǎn)是可持續(xù)發(fā)展。這意味著要減輕重量、降低噪音、減少排放，同時(shí)降低能耗、提高效率。這些單通道飛機(jī)必須在不增加尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量的前提下滿足廣泛用途。
 

　　若要應(yīng)對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，可以通過不同方法。其中一種方法是在不更換既有發(fā)動(dòng)機(jī)油箱的前提下找到替代燃料，例如合成燃料、生物燃料或氫燃料。還有個(gè)辦法是采用新的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，讓大型制造商們打造出新型發(fā)動(dòng)機(jī) — 這是一個(gè)較長期的方法。另外還可以改用其他動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如電動(dòng)的、電池驅(qū)動(dòng)的、電磁動(dòng)力的，或者混合動(dòng)力型的發(fā)動(dòng)機(jī) (在當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上添加電力發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助)。
 

 

　　極具挑戰(zhàn)性的材料
 

　　汽車行業(yè)在新型電動(dòng)和混動(dòng)系統(tǒng)方面已經(jīng)明顯步伐很大。與此不同，航空航天業(yè)的原始設(shè)備制造商 (OEM) 仍然步履維艱 — 很多這方面的研究預(yù)計(jì)在2035年前都不會(huì)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。如果是小型飛機(jī) (例如兩到十人的飛機(jī))，這些技術(shù)的投入應(yīng)用也許還能提前些。
 

　　噪音降低、重量減輕、排放減少 — 這些當(dāng)然都有利于電動(dòng)系統(tǒng)的性能，但是，同時(shí)也存在挑戰(zhàn)。如果是電動(dòng)汽車之類的電動(dòng)車輛 (EV) 突發(fā)問題，可以停在路邊 — 但是對(duì)于懸在10,000英尺高空的飛機(jī)，這顯然不是備選項(xiàng)。此外，當(dāng)設(shè)計(jì)師和工程師都想要飛機(jī)更輕，以期延長飛行距離時(shí)，電池卻反而增加了重量。所以，技術(shù)障礙橫在眼前。
 

　　以機(jī)身這樣的部件為例，OEM呈現(xiàn)兩個(gè)不同方向。一方面，我們看到鋁材質(zhì)的應(yīng)用增多，只是飛機(jī)零部件需要的是更強(qiáng)韌、更抗疲勞和具備其他某些特性的新型鋁材質(zhì)。這種方式尊重了傳統(tǒng)飛機(jī)設(shè)計(jì) — 簡言之，就是帶翅膀和發(fā)動(dòng)機(jī)的大管體。
 

　　另一個(gè)方向是探索飛機(jī)的其他形狀，例如三角形、翼身融合型、支撐機(jī)翼型或者發(fā)動(dòng)機(jī)更多融入機(jī)身。在這個(gè)方向，工程師們將更傾向于使用復(fù)合材料、復(fù)合材料與陶瓷混合的材料或者是混合型材料。至于這些設(shè)計(jì)是否能普及，有待未來驗(yàn)證。而現(xiàn)在，我們能夠確定的是鋁材質(zhì)和耐熱超級(jí)合金 (HRSAs) 將得到更多應(yīng)用。耐熱超級(jí)合金材料通常用于性能需求極高的飛機(jī)零部件。耐熱超級(jí)合金即使在高溫環(huán)境仍然能保持高強(qiáng)度，這意味它們在極端高溫條件下仍能保持原有硬度。
 

　　然而，面對(duì)這些更有韌性的材料，即便是最優(yōu)秀的零件制造商也是缺乏經(jīng)驗(yàn)的。這正是山特維克可樂滿的專業(yè)技藝可以發(fā)揮用途之時(shí)。
 

 

　　零件解決方案
 

　　山特維克可樂滿為解決機(jī)械師面臨的越來越大的多任務(wù)壓力而提供相對(duì)應(yīng)的零件解決方案。與過去只聚焦一臺(tái)機(jī)床不同，如今的工程師要同時(shí)操作四到五臺(tái)機(jī)床，因此他們沒有那么多時(shí)間和機(jī)會(huì)關(guān)注具體的加工過程。那么，我們說的“零件解決方案”是何意呢？它指的是采取更加整體化的視角，也就是說不僅涉及山特維克可樂滿所提供的刀具，此外還輔助整個(gè)加工過程。
 

　　例如，山特維克可樂滿在航空航天業(yè)的某客戶曾經(jīng)面臨HRSA材料的加工挑戰(zhàn)。客戶舊有的方法要求使用多種加工刀具，且切屑控制差、生產(chǎn)周期長。此外還存在刀具壽命不一致、加工過程不可靠的問題，而且經(jīng)常需要操作員全程監(jiān)控工序。
 

　　對(duì)這類高價(jià)值項(xiàng)目，山特維克可樂滿的零件解決方案由若干不同階段構(gòu)成。包括了解加工要求、花時(shí)間研究單個(gè)零件成本以及分析生產(chǎn)方法，與 (Methods-Time Measurement，方法-時(shí)間測量法) 和最終用戶流程均相關(guān)。此外也包括計(jì)算機(jī)輔助制造 (CAM) 編程以及本地或跨境項(xiàng)目的管理。
 

　　這些分析表明：我們需要改變客戶的編程策略以解決其切屑問題。再結(jié)合刀具，山特維克可樂滿的專家們研究出一種帶動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)曲線的全新策略，使我們可以每時(shí)每刻掌控切屑。我們把這種新方法稱為“scoop turning”，目前已經(jīng)申請了專利。
 

　　事實(shí)證明，scoop turning為客戶實(shí)現(xiàn)了大幅節(jié)約。除了良好的切屑控制，客戶還實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)周期縮短80%和刀具壽命延長一倍的出色效果。此外還得以將所用機(jī)床數(shù)量從四臺(tái)縮減至一臺(tái)，從而降低了對(duì)多任務(wù)加工的需求，同時(shí)保證了更穩(wěn)定可靠的加工過程和“綠燈生產(chǎn)”。
 

　　這表明了更加整體化的方式能夠如何助益制造商的盈虧底線。軟件也發(fā)揮著重要作用，例如山特維克可樂滿的數(shù)字化產(chǎn)品之一CoroPlus® Tool Guide。客戶甚至可以在開始生產(chǎn)之前就可以對(duì)刀具和切削參數(shù)的選擇做出關(guān)鍵決定。
 

 

　　更可持續(xù)的車削加工
 

　　航空航天制造商們正在采取各種不同方法應(yīng)對(duì)可持續(xù)發(fā)展。盡管如此，山特維克可樂滿發(fā)現(xiàn)還是可以單獨(dú)為客戶提供定制方案，因此使所有行業(yè)都從中受益。
 

　　為了幫助客戶更好進(jìn)行HRSA材質(zhì)的車削工序，山特維克可樂滿的應(yīng)對(duì)方法是研制出S205車削材質(zhì)。該刀片采用 第二代Inveio®涂層，提升了刀具的耐磨性能、延長了刀具壽命，而涂層后處理技術(shù)通過改變材質(zhì)的機(jī)械屬性提高了S205刀片的強(qiáng)度。在Inveio®涂層內(nèi)部，緊密排列的單向晶體在刀片周圍構(gòu)造起一道堅(jiān)固的保護(hù)屏障。這最大程度保證了熱量隔絕保護(hù)，且提升了刀片抗月牙洼磨損和抗后刀面磨損的能力。
 

 

　　該材質(zhì)非常適合加工諸如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤、環(huán)和軸這樣的零件。據(jù)我們的客戶反映，相比競爭對(duì)手的HRSA車削材質(zhì)，S205的切削速度提高了30-50%，但絲毫無損刀具壽命。由此，S205已經(jīng)助益若干制造商 — 既有航空航天業(yè)的，也有其他行業(yè)的。這些成效的取得離不開整體化的方法，特別是山特維克可樂滿的 PrimeTurning™ 理念，使全向車削的生產(chǎn)效率得以最大化。
 

　　PrimeTurningTM方法的基礎(chǔ)是：刀具在卡盤處進(jìn)入零件，然后在其靠近零件末端的過程中去除材料。由此，至關(guān)重要的金屬去除率被排在了第一位，因而實(shí)現(xiàn)了更快速的高品質(zhì)生產(chǎn)和換刀。有些案例中，我們的客戶僅換刀一次就完成了整個(gè)生產(chǎn)，而競爭對(duì)手的刀具需要換刀多達(dá)五次。
 

　　航空航天業(yè)當(dāng)前所面臨的也許是史上最嚴(yán)重的危機(jī)之一，但是，陰霾之后總有陽光。山特維克可樂滿將繼續(xù)鼎力支持所有領(lǐng)先的航空航天OEM，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念、打造更出色的刀具、優(yōu)化切削參數(shù)、采用整體化的刀具作業(yè)方案 — 為航空航天OEM在疫情后的復(fù)蘇大業(yè)添磚助力。