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机床轻量化领域需开辟出一条新道路

发布时间:2017-12-20 09:27:08
    航空航天飞机的轻量化主要通过使用纤维增强塑料、铝和钛来实现。另一方面,这种材料的加工也为机床制造行业带来了新的挑战。“为了不断改进航空航天领域复杂构件及生产流程,整个价值链上的各个技术模块都需要紧密协作,相互补充”加工创新网办事处的负责人布普强调了这一点,该网络成员以联合展团的形式参加了2017年汉诺威EMO展。



       根据德国机床协会的数据表明,4.1%的机床都由来自航空航天领域的采购商所购得。如果参考德国机床整体生产水平(2015年:约112亿欧元-整机,非零部件),其中该行业所占份额为4.6亿欧元。在过去几年中,这一数字呈明显的上升趋势。2013年该行业所占市场份额仅为3.6%,2011年也只有2.5%。究其原因是增材制造工艺在航空航天领域的地位日益重要。
 

       德国汉诺威生产工程与机床研究所生产工艺部门主任格罗夫认为,在未来几年内飞机的数量会持续增长。这位科学家认为“与此同时航空航天也将成为创新的驱动力。飞机需要更灵活,更功能集约的,更牢固的构件,用以保证其在自动化生产链中的高效生产”。迄今为止,类似A350这样的长途运输飞机,其整体质量的50%是纤维增强塑料。这反而将对金属构件造成影响,因为传统航空材料铝与纤维增强塑料的组合会导致接触性腐蚀。格罗夫认为:“我们必须使用耐腐蚀的材料,比如钛合金,但是这种材料相较于铝非常不耐切割。在此增材制造就是一种有针对性的制造技术。”


       事实上这种技术在航空航天领域内还处于蹒跚学步的阶段。几周前第一件3D打印的用于飞行控制器上的零件才随着一架空客进行了首飞,该零件是由利勃海尔航空航天与运输公司生产的,是用于飞行控制的液压组件。由钛粉制成的阀块,作为扰流执行器的组成部分,可以用于诸如空客A380上。据制造商所述,钛粉材质的阀块和传统的钛锻件阀块具有相同的性能,但是却因为是由更少的单一组件构成的,所以重量也减轻了35%。


       利勃海尔航空航天与运输公司飞行控制与驱动系统,起落架系统与液压系统的常务董事兼首席技术官吕文斯得出结论:“在我们将3D打印工艺全面应用到航空工业中之前,还有一些工作需要处理。需要对粉状材料的激光参数和后期加工直到最终成品的所有流程链上的环节进行优化,从而来优化这项技术的稳定性,成熟度以及经济性。”不过,3D打印技术的潜能和愿景将对未来几代飞机的研发产生深远影响。汉诺威的EOS 有限公司对增材制造在航空航天领域的作用进行了展示,该公司展出的是一个用于Ariane-6-上级驱动火箭驱动器Vinci的喷铸头,这个喷头通常由248个构件组成,并且由不同的生产步骤进行生产和组装。在注塑件方面,会通过在铜套上打8000多个横向孔,与122个喷铸元件精确地拧到一起,用以混合元件中流动的氢气与氧气。制造商将借助3D打印技术对此类铸件进行高效生产。A增材制造本身可以将功能集成、轻量化、简化设计以及缩短单个部件的生产时间等功能集于一身。生产最初是在EOS M 290上进行并逐步完成的。然后在更大的EOS M 400-4系统上完成缩放。借助激光技术,可以四倍的速度制造发动机部件。


       凭借这种与单激光系统相比更高的生产率,AiO喷铸头的制造时间缩短了3倍,成本也降低了50%。由于设计简化,材料特性得到改良,与铸件质量相比壁厚大大降低了-同时坚固性不变。重量减轻25%意味着减少了安装时间,同时也降低了成本。

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