Zastosowanie maszyn CNC w przemyśle lotniczym 15-05-2025
Przemysł lotniczy to synonim innowacji, bezkompromisowego bezpieczeństwa i inżynierii na najwyższym światowym poziomie. Każdy element silnika odrzutowego, od najmniejszej łopatki po potężną obudowę, musi działać z absolutną niezawodnością w ekstremalnych warunkach. Aby sprostać tym rygorystycznym wymaganiom, producenci sięgają po najbardziej zaawansowane technologie produkcyjne. Fundamentem, który umożliwia tworzenie tak precyzyjnych i wytrzymałych komponentów, jest obróbka CNC, a w szczególności jej wysoce wyspecjalizowane gałęzie.
W tym artykule przyjrzymy się, dlaczego przemysł lotniczy stawia tak unikalne wyzwania przed technologią obróbki i w jaki sposób zaawansowane metody, takie jak elektrodrążenie (EDM), pozwalają je pokonać.
Dlaczego przemysł lotniczy jest tak wymagający?
Produkcja komponentów dla sektora lotniczego i kosmicznego to nieustanna walka z ograniczeniami materiałowymi i geometrycznymi. Kluczowe wyzwania to:
Bezwzględne tolerancje i jakość powierzchni: Każdy element musi być wykonany z mikronową precyzją. Minimalne odchyłki geometryczne czy niewłaściwa chropowatość powierzchni mogą prowadzić do koncentracji naprężeń, pęknięć zmęczeniowych i w konsekwencji do katastrofalnej w skutkach awarii.
Ekstremalne materiały: Komponenty silników turbinowych pracują w temperaturach przekraczających 1000°C i poddawane są ogromnym siłom. Wymaga to stosowania superstopów na bazie niklu i tytanu, które są niezwykle twarde, odporne na „pełzanie” i bardzo trudne w obróbce tradycyjnymi metodami skrawania.
Złożona geometria: Nowoczesne silniki projektuje się z myślą o maksymalnej wydajności. Prowadzi to do tworzenia części o skomplikowanych, trójwymiarowych kształtach. Wewnętrzne kanały chłodzące w łopatkach turbin, zakrzywione powierzchnie wirników czy skomplikowane wnęki są często niemożliwe do wykonania przy użyciu standardowych frezarek.
ONA AV130
Precyzyjna elektrodrążarka drutowa. Flagowy model – ogromy zakres montażowy.
ONA AD35
Wysoce produktywna, a jednocześnie kompaktowa Elektrodrążarka drutowa.
Rola elektrodrążenia (EDM) – Specjalistycznej technologii CNC
W odpowiedzi na powyższe wyzwania, inżynierowie coraz częściej sięgają po technologię obróbki elektroerozyjnej (EDM – Electrical Discharge Machining). W przeciwieństwie do frezowania czy toczenia, EDM nie wykorzystuje siły mechanicznej. Materiał usuwany jest za pomocą precyzyjnie kontrolowanych wyładowań elektrycznych między elektrodą a obrabianym detalem.
Ta metoda jest kluczowa w przemyśle lotniczym, ponieważ:
Zapewnia doskonałą jakość powierzchni i pełną kontrolę nad integralnością strukturalną materiału (np. minimalizacją warstwy białej).
Pozwala na obróbkę każdego materiału przewodzącego prąd, niezależnie od jego twardości.
Umożliwia tworzenie bardzo złożonych kształtów, wewnętrznych wnęk i ostrych narożników, niedostępnych dla innych technologii.
ONA IRIS T9
Elektrodrążarka wgłębna typu modułowego – ogromny zakres stołowym i mocach obróbcze.
ONA QX3F
Najmniejsza maszyna elektroerozyjna w ofercie. Minimalne rozmiary, bardzo duże możliwości i wysoka dokładność.
Studium przypadku 1: Wiercenie otworów chłodzących w łopatkach turbin
Wyzwanie – Złożone kanały dla optymalnej wydajności
Jeden z czołowych producentów komponentów lotniczych stanął przed zadaniem wykonania w łopatkach turbin otworów chłodzących o skomplikowanej geometrii (stożkowych, trapezoidalnych). Otwory te odgrywają kluczową rolę w chłodzeniu łopatki, co bezpośrednio wpływa na wydajność i żywotność silnika. Standardowe metody szybkiego wiercenia (Fast Hole EDM) pozwalały jedynie na wykonanie prostych, cylindrycznych otworów.
Rozwiązanie – Hybrydowa technologia EDM
Zespół inżynierów zaproponował innowacyjne, dwuetapowe rozwiązanie łączące dwie technologie EDM:
- Szybkie wiercenie (Fast Hole EDM): W pierwszym kroku wykonano cylindryczne otwory przelotowe, tworząc bazę dla dalszej obróbki.
- Drążenie wgłębne (Die-Sinking EDM): Następnie, przy użyciu zaawansowanej, 5-osiowej maszyny i specjalnie zaprojektowanej miedzianej elektrody, nadano otworom ostateczny, złożony kształt geometryczny. Proces ten wymagał precyzyjnego pozycjonowania i obrotu detalu, aby uzyskać wymagane profile wewnątrz istniejących już otworów.
Klucz do sukcesu – Symulacja i wirtualne wdrożenie
Projekt realizowany był w szczycie pandemii, co uniemożliwiało bezpośrednie spotkania. Dlatego cały proces został zamodelowany i zasymulowany w oprogramowaniu CAD/CAM. Dzięki temu klient mógł w pełni zwizualizować i zatwierdzić technologię, mając pewność, że finalny produkt spełni jego rygorystyczne wymagania.
Studium przypadku 1: Wiercenie otworów chłodzących w łopatkach turbin
Wyzwanie – Niedostępne wnęki i skomplikowane powierzchnie
Wirniki (impellery) to serce kompresorów. Ich łopatki mają złożony, trójwymiarowy skręt, który sprawia, że obróbka wewnętrznych wnęk za pomocą tradycyjnego frezowania jest niemożliwa. Narzędzie nie jest w stanie dotrzeć do wszystkich zakamarków, co grozi kolizją lub pozostawieniem nieobrobionego materiału.
Rozwiązanie – Precyzyjne elektrody i zdefiniowana trajektoria
Idealnym rozwiązaniem okazało się drążenie wgłębne EDM. Największe wyzwanie polegało na zaprojektowaniu elektrod i zdefiniowaniu ich trajektorii ruchu. Na rynku często brakuje komercyjnego oprogramowania CAD/CAM zdolnego do automatycznego generowania tak skomplikowanych ścieżek dla niszowych zastosowań. Wymaga to ogromnej wiedzy i doświadczenia inżynierskiego w tworzeniu dedykowanych algorytmów i metodologii, które zapewnią, że elektroda usunie dokładnie zaplanowaną ilość materiału, tworząc idealną geometrię łopatki.
Inne kluczowe zastosowania technologii EDM w lotnictwie
Możliwości elektrodrążenia wykraczają daleko poza opisane przykłady. Technologia ta jest z powodzeniem stosowana do produkcji:
- Rowków typu „fir-tree” w tarczach turbin: Obróbka drutowa (Wire EDM) jest tu alternatywą dla drogiego i mało elastycznego przeciągania, oferując nawet o 50% niższe koszty produkcji przy zachowaniu pełnej precyzji.
- Segmentów uszczelniających (Honeycomb): EDM pozwala na precyzyjne cięcie i kształtowanie delikatnych struktur plastra miodu bez ich deformacji.
- Obudów silników (Casings): Drutowe cięcie segmentów odlewanych obudów przed spawaniem gwarantuje idealne dopasowanie i minimalizuje naprężenia.
Podsumowanie
Jak pokazują przytoczone przykłady, sukces w przemyśle lotniczym zależy nie tylko od posiadania zaawansowanej maszyny CNC. Kluczowe jest dogłębne zrozumienie procesu, od analizy problemu, przez symulację w środowisku CAD/CAM, projektowanie specjalistycznych narzędzi i elektrod, aż po precyzyjne zdefiniowanie parametrów obróbki i finalną metrologię. To holistyczne podejście, łączące technologię z wiedzą ekspercką, pozwala tworzyć komponenty, które definiują przyszłość lotnictwa.
Spełnienie rygorystycznych norm przemysłu lotniczego wymaga nie tylko zaawansowanych maszyn, ale przede wszystkim wiedzy i doświadczenia. Jeśli stoją Państwo przed wyzwaniami produkcyjnymi w tym sektorze, zapraszamy do kontaktu. Nasi eksperci pomogą dobrać technologię CNC, która wzniesie Państwa produkcję na najwyższy poziom.
ONA AV80
Precyzyjna elektrodrążarka drutowa o dużym stole montażowym.
ONA AV35 next
Bardzo wydajna i precyzyjna elektrodrążarka drutowa zamknięta w kompaktowej obudowie.