Ứng dụng của gia công CNC trong ngành hàng không vũ trụ

Ngày 29-03-2024

Một công cụ quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ là gia công cơ khí CNC. Gia công hàng không vũ trụ dẫn đến các bộ phận máy bay tiên tiến được làm từ kim loại nhẹ như titan và nhôm, đồng thời gia công cũng là một công cụ tạo mẫu có giá trị cho các bộ phận hàng không vũ trụ.

Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan về cách gia công CNC được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ. Nó xem xét các ứng dụng gia công CNC hàng không vũ trụ, vật liệu gia công hàng không vũ trụ,...

Hàng không vũ trụ là gì?

Hàng không vũ trụ là một ngành rất đa dạng bao gồm nhiều phân ngành, bao gồm mọi thứ từ hàng không thương mại đến thám hiểm không gian. Giá trị của nó với tư cách là một ngành công nghiệp toàn cầu. Sản xuất hàng không vũ trụ liên quan đến việc sản xuất các bộ phận cho các khách hàng thương mại, công nghiệp và quân sự, với các chính phủ là một trong những nhà thầu lớn nhất trong ngành.

Do số lượng lớn các phân ngành hàng không vũ trụ cũng như số lượng lớn các ứng dụng và sản phẩm trong các phân ngành đó, hàng không vũ trụ đòi hỏi nhiều loại công nghệ sản xuất, từ các kỹ thuật truyền thống như đúc và hàn đến các công nghệ tiên tiến như sản xuất phụ gia kim loại. Gia công CNC hàng không vũ trụ nằm ở đâu đó giữa hai thái cực đó, là một công nghệ lâu đời nhưng vẫn mang lại khả năng thiết kế và vật liệu tiên tiến.

Gia công hàng không vũ trụ là gì?

Gia công là quy trình sản xuất loại bỏ các phần vật liệu khỏi phôi bằng các công cụ cắt do máy vận hành. Và gia công CNC là một phiên bản gia công kỹ thuật số: máy tính điều khiển các công cụ cắt có động cơ để tạo thành các bộ phận mới một cách nhanh chóng và chính xác.

Gia công CNC hàng không vũ trụ gần như bắt nguồn từ việc phát minh ra gia công CNC vào năm 1942. Một trong những ứng dụng sớm nhất của gia công CNC hàng không vũ trụ là sản xuất vách ngăn và vỏ cánh. Ngày nay, nhiều bộ phận hàng không vũ trụ có thể được gia công, chẳng hạn như hộp số, bộ phận hạ cánh và bộ phận điện. Gia công cũng có thể được sử dụng để sửa chữa hoặc sửa đổi các bộ phận hiện có, để thêm các tính năng chi tiết hoặc để thêm thông tin văn bản được khắc như số sê-ri.

Do nhiều công việc gia công hàng không vũ trụ liên quan đến việc sản xuất các bộ phận sử dụng cuối quan trọng, nên cần có gia công chính xác với các trung tâm gia công 5 trục chất lượng cao. Một số bộ phận - ví dụ như các bộ phận của động cơ phản lực - có thể yêu cầu dung sai chặt chẽ tới 4 micron, chặt chẽ hơn nhiều so với mức thường được chấp nhận trong quá trình gia công CNC.

Gia công hàng không vũ trụ cũng là một hình thức tạo mẫu quan trọng trong quá trình nghiên cứu và phát triển. Máy CNC phù hợp để tạo mẫu các bộ phận hàng không vũ trụ bằng kim loại mà sau này sẽ được sản xuất bằng phương pháp đúc hoặc các kỹ thuật khác.

Bộ phận gia công hàng không vũ trụ

Gia công hàng không vũ trụ chịu trách nhiệm cho nhiều bộ phận hàng không vũ trụ, từ các bộ phận quan trọng của động cơ phản lực titan cho đến các bộ phận bên trong cabin bằng nhựa nhẹ.

Các bộ phận phù hợp với gia công CNC hàng không vũ trụ thường là các bộ phận có khối lượng thấp, yêu cầu độ bền cao và các tính năng tốt. Các bộ phận như vậy thường bị giới hạn kích thước bởi kích thước của các trung tâm gia công CNC, nhưng có thể sử dụng một số vật liệu khác nhau, thường là hợp kim titan hoặc nhôm, nhưng cũng có sẵn các tùy chọn khác như nhựa kỹ thuật và vật liệu tổng hợp. Một số bộ phận chỉ có thể được gia công sau khi được đúc hoặc ép đùn.

Gia công hàng không vũ trụ có thể được sử dụng cho nguyên mẫu và các bộ phận sử dụng cuối. Tuy nhiên, các bộ phận sử dụng cuối phải đáp ứng các tiêu chí, tiêu chuẩn và chứng nhận nghiêm ngặt về an toàn.

Các bộ phận hàng không vũ trụ có thể gia công

Các thành phần thiết bị hạ cánh
Cánh tuabin và các thành phần động cơ phản lực khác
Vỏ động cơ
Hệ thống tạo oxy
Thân lọc cho hệ thống lọc chất lỏng và không khí
Đầu nối điện cho hệ thống điện
Điều khiển chuyển động
Thiết bị truyền động
Thành phần thân máy bay
Sườn cánh
Đĩa
Trục truyền lực
Vỏ tên lửa và các thành phần khác
Bộ phận cabin
Chỗ ngồi, tay vịn và khay

Vật liệu gia công hàng không vũ trụ

Gia công CNC là một quy trình linh hoạt có thể được sử dụng để chế tạo các bộ phận từ cả kim loại và nhựa. Tuy nhiên, trong ngành hàng không vũ trụ, hai kim loại đặc biệt ngự trị tối cao: titan và nhôm. Điều này là do độ bền cao (đặc biệt là titan) và trọng lượng nhẹ (đặc biệt là nhôm) của vật liệu.

Hợp kim titan

Không có ngành công nghiệp nào trên toàn thế giới sử dụng nhiều hợp kim titan hơn hàng không vũ trụ. Thật dễ hiểu tại sao lại như vậy: kim loại có tỷ lệ cường độ trên trọng lượng tuyệt vời, chống ăn mòn và hoạt động theo tiêu chuẩn cao ở nhiệt độ khắc nghiệt. Titan đã trở thành vật liệu chủ yếu trong sản xuất hàng không vũ trụ và việc sử dụng nó sẽ còn tăng hơn nữa trong thế kỷ tới.

Các bộ phận hàng không vũ trụ bằng titan bao gồm khung máy bay và các bộ phận của động cơ phản lực, chẳng hạn như đĩa, cánh quạt, trục và vỏ. Nhiều trong số này có thể được gia công.

Vì titan cứng hơn nhôm nên nó có thể phức tạp hơn đối với máy CNC, gây mài mòn dụng cụ và tích tụ nhiệt. Điều này có nghĩa là gia công titan trong không gian vũ trụ có thể yêu cầu RPM của máy giảm và tải phoi lớn hơn. (Xem hướng dẫn gia công titan của chúng tôi để biết thêm thông tin.) Tuy nhiên, vì gia công hàng không vũ trụ thường bao gồm các thiết bị gia công cao cấp và tiên tiến nhất hiện có nên đây hiếm khi là một vấn đề.

Hợp kim nhôm

Một kim loại khác được sử dụng rộng rãi trong gia công hàng không vũ trụ - và là kim loại đã tồn tại lâu hơn titan và vật liệu tổng hợp hiện đại - là nhôm.

Hợp kim nhôm nhẹ và có độ bền kéo cao. Nhôm tạo thành một lớp phủ oxit khi tiếp xúc với không khí, làm cho nó có khả năng chống ăn mòn và nó cũng có khả năng định hình cao (hơn cả titan), giúp máy CNC dễ dàng gia công.

Trong gia công CNC hàng không vũ trụ, hợp kim nhôm phổ biến nhất là nhôm 7075, nguyên tố hợp kim chính của nó là kẽm. Mặc dù không thể gia công bằng các hợp kim khác, nhưng 7075 có độ bền mỏi tuyệt vời. Nhiều thành phần cấu trúc cánh, thân máy bay và hỗ trợ được làm từ vật liệu này.

Các hợp kim nhôm hàng không vũ trụ có thể gia công khác bao gồm 4047 (lớp phủ/chất độn), 6951 (vây) và 6063 (kết cấu). Hợp kim 6000-series thường được coi là dễ gia công hơn các hợp kim khác.

Nhựa hiệu suất cao

Ngoài các kim loại như titan và nhôm, gia công hàng không vũ trụ có thể liên quan đến việc sử dụng các loại nhựa hiệu suất cao như PEEK, polycarbonate và Ultem.

Nhựa có thể là vật liệu thay thế hữu ích cho kim loại do trọng lượng rất nhẹ, khả năng chống va đập và rung động tốt, đặc tính bịt kín và kháng hóa chất. Họ cũng cung cấp cách điện vượt trội cho kim loại.

Gia công CNC hàng không vũ trụ cho nhựa kỹ thuật có thể sản xuất các bộ phận hàng không vũ trụ như nội thất cabin, bàn khay, tựa tay, vỏ, đệm chống mài mòn, vật liệu cách nhiệt, ống, các bộ phận van và bảng điều khiển đèn nền.

Một cân nhắc quan trọng là nhựa hàng không vũ trụ phải đáp ứng các yêu cầu cụ thể về ngọn lửa, khói và độc tính. Các vật liệu phù hợp bao gồm Nylon (một số loại bao gồm Nylon 6), PEEK, Ultem và PPS.