スピードを重視して構築：高品質の航空機エンジンを時間どおりに製造

航空機の製造に関するシリーズのこの最初の記事では、エンジンパーツとコンポーネントに焦点を当て、ツールメーカーが顧客の日々の解決に役立つ実際の問題に焦点を当てます。また、現在、航空宇宙部品製造の内外で何が起こっているかについても詳しく見ていきます。

現在の航空宇宙および防衛産業の状況はどうですか？航空機を迅速に製造し、時間どおりに配達するという推進力は非常に現実的ですが、障害やコストがないわけではありません。

部品製造レベルでは、耐熱性の複合材料は切断が非常に難しい場合があります。その結果、私たちがインタビューした3つの主要な工具メーカーによると、航空宇宙メーカーは、プロセスエンジニアリング、機械プログラミング、および工具の選択において非常に戦略的にならなければなりません。

戦略的になることは、ジェットエンジンを構成するすべての複雑なコンポーネントに非常に当てはまります。ジェットエンジンでは、75,000ドルの個々の鍛造部品が標準であり、1つを廃棄することは、高価で望ましくないオプションです。スピードは不可欠ですが、予測可能で信頼できる結果よりも優先されません。

航空宇宙および防衛：生産量の増加は、高度なツール戦略が必要であることを意味します

デロイトの航空宇宙部門のリーダーであるRobinLinebergerは、「2019 Global Aerospace and Defense Industry Outlook」レポートで、「相手先ブランド供給メーカーが生産率を上げるのを見ると、サプライヤーが生産を増やすのに困難に直面するリスクが残っています」と述べています。 「この課題を克服するために、製造業者は、サプライチェーンの強化、効果的なプログラム管理、および生産性と効率を高めるための高度なテクノロジーの使用に焦点を当てることを検討する必要があります。」

デロイトのレポートでは、2018年は年間約1,600機で終了すると予測しており、2019年よりも100機多いと予測しています。生産需要は、多くの場合、より高いスループットとマルチタスクマシンの使用を意味します。言及されている「高度な技術」には、インプロセスセンサーベースの計測から、高速の多軸機械加工、高度に設計された特殊な工具まで、この高度に規制された業界が投げかけるあらゆる材料仕様を対象としたものが含まれます。

デロイトが指摘していないのは、高度な5軸マシンが到着するまでに6か月から1年かかる可能性があるということです。そのため、これらは入荷待ちですが、一部の下請け業者は既存の3軸システムやその他の老朽化した機械で管理しており、完成した航空宇宙部品の「サプライヤー」の多くは、待機中に工具戦略を再考する必要があります。

「彼らはより迅速な製造方法を望んでいます」と、SandvikCoromantの航空宇宙に焦点を当てたグローバルエンジニアリングマネージャーであるBillDurowは言います。 「彼らは、荒削りであろうと仕上げであろうと、それらをより高速で走らせたいと思っています。今日、生産されているエンジンの量は、業界でこれまでにない速度になっています。」

耐熱性超合金、別名「HRSA」用に特別に設計された適切なグレードとインサートツールを見つけることは、今日非常に可能です。しかし、これらの新しい材料とそれらを切断するために必要な形状については、まだ学習曲線があります、と工具メーカーは言います。

たとえば、4140鋼を切断するように設計された工具は、インコネル、チタン、炭素繊維強化プラスチック、または「CFRP」を切断するのに最適な工具ではない可能性があります。 Seco Toolsのエンジニアによると、過去数年間で、以前はチタンでできていた静的および回転エンジンコンポーネントの一部が、セラミックマトリックス複合材料（「CMC」）でできているようになりました。

「これらすべての芸術は、すべてをまとめることの相乗効果です」と、SecoToolsの西部ゾーンおよび航空宇宙マネージャーであるDaveToddは述べています。 「今日の私たちのスキルは航空宇宙分野で変化し、テクノロジーパートナー、一流のサプライヤー、学界と協力するコンサルタントになりました。プロセスエンジニアリングの多くは、テクノロジーハブのオフサイトで行われています。」

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3つのツールメーカーはすべて、顧客の潜在的なソリューションを証明するために使用するテストラボを持っています。 3つすべてが、ラボベースのテストとオンサイトテストを組み合わせて実行し、実際の物理的な生産ラインで正確な戦略が機能することを確認することも好みます。

航空宇宙および防衛における部品製造の機会について考えていますか？ 「製造業101：航空宇宙産業の一部になる」をお読みください。

カッティングゾーンの熱を管理するための問題と解決策

燃費は、機械加工が難しい耐熱材料を使用した軽量部品の需要を後押ししています。より効率的なエンジン性能の推進力の一部は環境です。よりクリーンな燃焼もより効率的です。

「エンジニアリング要件により、サプライヤレベルにまで引き下げられます。つまり、先端材料をサポートするためのツーリングテクノロジーの応答時間を短縮する必要があります」と、SecoToolsの市場セグメントスペシャリストであるScottCausey氏は述べています。 「また、一部の材料では、複雑さに基づいて単純に切断するために、まったく異なる工具戦略が必要になる場合があります。通常のHRSA材料は、セラミックマトリックス複合材料と同じ切断戦略を使用しません。」

CMC材料は層状になっており、正しく取り扱わないと簡単に破損する可能性があります。

しかし、これについても考えてみてください。非常に高温のタービンジェットエンジンの効率に優れた耐熱材料も、切断時に大量の熱を発生します。ツールグレードは、仕事を成し遂げるために、それ自体がある程度の耐熱性を必要とします。

クーラントのニーズを満たすために、工具を介した供給は、高度な機械加工用の工具の重要な詳細になっています。ツールメーカーは、クーラント供給の新しいイノベーションを一貫して見つけています。これには、最も効果的な時間に最も直接的な切削位置に供給するための複数のポートを備えたツールが含まれます。

クーラントと言えば：冷却技術はどこに向かっているのでしょうか？ 「」で確認してください 金属加工液、機械用潤滑剤、クーラントの未来 。」

航空機エンジンのスポットライト

エンジン部品の形状や材料を切断するために必要な形状には、寸法の考え方が必要です。さまざまな材料を組み合わせることができる独自の形状のエンジンブリスクとエアフォイルがあります。たとえば、チタンとの複合材です。

これに対抗するために、これらのメーカーは、インコネル、HRSA、チタンなど、最も困難な材料を切断することを目的とした一連のグレードを設計およびテストしています。そして、もう1つの方法があります。必要に応じて、カスタムの航空宇宙ツールを構築します。これらのカスタムツールは、多くの場合、すべての顧客の標準的な製品ラインになります。

主要な工具メーカーの3社は、航空宇宙部品のOEM仕様と独自の形状により、カスタム工具が標準の製品ラインになりつつあることを説明しています。 3つのメーカーすべてに、航空宇宙向けのプログラムがあります。ブリスク/インペラー、翼型、タービンディスク、タービンケーシング、スプール、ファンケーシング、シャフトなど、今日のエンジンコンポーネントアプリケーション向けに最適化された非常に特殊な部品があります。

これは、適切なツールが影響を与えた場所で作成された実際のエンジンコンポーネントの4つの例です。すべてに、365/24/7で稼働するショップに平均35〜40台のマシンを備えたTier1航空宇宙メーカーが含まれます。これらのメーカーが提供するエンジンコンポーネントの分野は、これらだけではありません。

Sandvik Coromant ブリスクの生産性に取り組む

課題： ブリスクを作るのに7日かかりました。ニッケルベースの部品は、深いブレードと狭いスロットを持っていました。ロングリーチの荒削りは、従来のフライス盤アプローチでは効果がないことが証明されました。チップパッキングが多すぎた。マシンがクラッシュしていました。

「エンドミルをフルスロットで焼き尽くすだけで、彼らが何をしているのかを確認しました。前後、前後、前後に」とDurow氏は言います。 「彼らは冗長なツールを持っていました。彼らはそれらをリグラインドショップに持っていき、それからそれらを再利用しました…それは多くの時間と多くのエンドミルを使用していました。」

解決策： 金型および金型の操作で行われていたものと同様の超硬プランジツール。さらに、直径の小さい2番目のツールを使用して、心臓弁膜尖をきれいにしました。

「テストピースをラボに持ち帰り、プランジングルーチンを使用するというアイデアを思いつきました」とDurow氏は言います。 「それは本当に、本当にうまくいきました。そして、良い点は、二次クリーンアップで別の半仕上げ操作をほぼ排除したことです。」

結果： 荒削りと半仕上げで7日間のブリスク生産を4日間短縮しました。また、ブリスクアプリケーションの標準製品にもなりました。

ケナメタルはエアフォイルで大きな購入を節約します

課題： インコネルで作られた不規則な形状のエアフォイルは、電解加工プロセス（「ECM」）で切断されていました。このプロセスでは、ワークピースがビスマス合金材料で保持されていました。原材料を積極的にカットすることができなかったため、生産が遅かった。脈動力がチャタリングと振動を引き起こし、工具寿命が短くなりました。

解決策： より重い切削への押し出しを最小限に抑えるために、工具のらせん、フルート数、および微細形状を調整する切削戦略を設計しました。より軽いカットの場合、回転によって3つの接触点があることを確認するために、らせんを増やし、直径とフルートの数を変更しました。

結果： スムーズな切削、工具寿命の延長、最大金属除去率の向上。顧客は、注文されようとしていた100万ドルの新しいマシンの注文をキャンセルすることができました。

セコツール エンジンディスクのカットグルーブを制御します

課題： ファンブレードを保持するコンプレッサーディスクの熱処理されたインコネル718に深い溝を切ることによる切りくず処理の問題。深く突っ込むルーチンは、工具の破損と工具寿命の低下につながります。

解決策： 高圧クーラントと組み合わせた多方向旋削および溝入れシステム。ジグザグの傾斜した幾何学的切削戦略は、薄い切りくずを減らし、熱を減らし、かなりの工具寿命を得るのに役立ちました。

結果： サイクルタイムが15〜20％短縮されます。プロセスを制御し、手作業で時間のかかる介入の負担を軽減しました。

ケナメタルはエンジンケーシングの振動を排除します

課題： エンジンケーシング用に1インチのチタンを取り外しましたが、回転させることができませんでした。切削抵抗が大きすぎて、既存の工具の生産性はほとんどありませんでした。特定の機能領域を回避するのは困難でした。

「エンジンケースは丸いはずですよね？しかし、実際にはそうではありません」と、ケナメタルの航空宇宙および防衛のプロジェクトスタッフエンジニアであるマークフランシスは述べています。 「これらは、単純な旋削サイクルを実行する機能を排除する機能がぎっしり詰まっています…80％の確率で、材料はフライス盤で切断されます。」

解決策： 直径の周りにフィットし、同時に振動を排除して押し出すことができる専用のツールを使用してください。

結果： 予測可能な金属切削効率を備えた安定した信頼性の高い生産ライン。標準になるためのカスタムツール。

生産プロセスの重要性とコンポーネントあたりのコスト

留意点：ほとんどのTier 1航空宇宙部品製造サプライヤーは、同じOEM仕様から同じ部品を製造している場合でも、同じ正確な機械加工装置を実行していません。工具メーカーと金属加工の専門家は、それぞれの加工環境を理解し、すべての固有の加工環境で機能する設計戦略を理解する必要があります。

独立して、競合他社である3つのツールメーカーはすべて、1つのことを十分に明確にしたいと考えていました。それは、生産性と精度に実際に影響を与えることを目的とした適切なツールを使用することによる生産性の向上に重点を置く必要があるということです。彼らはまた、コンポーネントあたりのコストのメトリックのより全体的なビューが、ますます多くの航空機の時間通りの配達を満たすのに役立つと信じています。

その証拠は、生産性にあると彼らは言います。

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