Kerajinan Membangun Sayap Pesawat Saat Ini
Apa yang diperlukan untuk membuat sayap pesawat terbang di industri kedirgantaraan yang hiperproduktif saat ini? Sebagai Bagian 2 dalam seri kami tentang manufaktur kedirgantaraan dan pertahanan, pembuat perkakas menjelaskan bagaimana mereka membantu industri menemukan lebih banyak waktu untuk memangkas dari proses tersebut.
Sayap tidak selalu dianggap sebagai bagian yang paling sulit dari sebuah pesawat untuk dibuat—tetapi sayap itu besar dan membutuhkan pemesinan horizontal yang besar dan terbuka lebar serta beberapa hari untuk membuatnya. Seperti halnya semua manufaktur kedirgantaraan dan pertahanan, tantangan bisnis adalah tentang menemukan efisiensi sambil mempertahankan kualitas produksi tertinggi.
Permintaan tinggi—dan bisnis sedang booming. Pembuat pesawat besar memproduksi 40 hingga 60 pesawat komersial per bulan, tergantung pada modelnya, menurut pembuat perkakas yang kami wawancarai.
Pembuatan sayap sendiri tidak banyak berubah selama bertahun-tahun, tidak seperti komponen mesin, yang memiliki banyak variasi. Dalam beberapa kasus, para insinyur telah memodifikasi beberapa bahan sayap—terkadang menggunakan titanium yang lebih eksotis.
Secara keseluruhan, bahan untuk sayap tetap berada di kamp titanium, seperti Ti-6AL-4V, atau di kamp aluminium, di mana 6061 lazim—dengan sedikit 7075. Beberapa sayap juga dibuat dengan polimer yang diperkuat serat karbon (CFRP). ) dan aluminium lithium—yang ditemukan di roket dan pesawat luar angkasa.
Better MRO berbicara dengan para insinyur dari tiga pembuat perkakas utama di Kennametal, Sandvik Coromant, dan Seco Tools tentang praktik terbaik dalam perkakas untuk sayap dan bagian-bagian yang dipasang pada sayap—termasuk tiang.
Desain Sayap Pesawat:Rib Pesawat, Spar Sayap, Stringer
Struktur sayap pesawat terdiri dari kerangka dan kulit luar. Kerangka sayap terdiri dari tiga komponen utama:spar, rusuk dan stringer. Spar memanjang di sepanjang rentang sayap dan membantu mengontrol jumlah pelenturan, sementara rusuk membentuk bentuk aerodinamis sayap dan membentang dari ujung depan ke ujung belakang.
Senar membentang di antara rusuk, sejajar dengan tiang dan digunakan untuk mengencangkan sayap. Bersama-sama, kerangka ini tidak hanya harus menopang beban penerbangan, tetapi juga menopang mesin, menampung banyak komponen internal, dan menampung bahan bakar dalam jumlah besar.
“Beberapa paduan aluminium yang lebih keras, seperti 7075, memerlukan tingkat karbida yang sangat keras untuk memotong dan mempertahankan masa pakai alat yang dapat diterima,” kata Mark Francis, staf insinyur, kedirgantaraan dan pertahanan, di tim rekayasa solusi Kennametal.
“Untuk kulit sayap, ini adalah alat bergaya penggilingan wajah. Tergantung pada ukuran sayap, Anda menginginkan alat berdiameter sangat besar sehingga Anda dapat menutupi lebih banyak permukaan dalam waktu yang lebih singkat. Ada juga banyak fitur untuk memotong bagian dalam sayap agar bisa dipasang,” jelas Francis.
Tujuannya di sini adalah untuk dapat memotong semua fitur pemasangan dengan jumlah alat paling sedikit untuk membatasi waktu dalam mengganti alat. Saat mengeluarkan material dari kulit, ini semua tentang mendapatkan permukaan yang sangat halus menggunakan jenis mesin gantry besar. Ini bukan tentang menggunakan perkakas tangan. Ini dimaksudkan untuk menjadi seotomatis dan setepat mungkin.
“Detail geometri cutting tool dapat berdampak pada metal removal rate (MRR),” kata Eric Gardner, spesialis aplikasi Amerika Utara di Seco Tools. “Dengan geometri yang dapat disesuaikan dengan tepat, produsen dapat melihat peningkatan MRR hingga 30 persen, yang sering kali dapat diterjemahkan menjadi peningkatan 15 hingga 20 persen dalam produktivitas pembuatan suku cadang.”
“Finishing harus benar-benar mulus pada spar dan area fitur pemasangan ini,” kata Francis. “Kami biasanya menggunakan pemotong gaya slotting atau pemotong finishing di sini … Tidak boleh ada 'garis putaran', yaitu garis yang membentang sepanjang permukaan pemotongan yang dapat disebabkan oleh ketidakcocokan beberapa sisipan sepanjang lebar potongan.”
Garis putaran adalah penambah tegangan—dan ada banyak tekanan di dalam sayap, jadi jika ada penambah tegangan atau garis putaran, itu adalah situasi yang buruk. Sayap akan ditolak dan harus dikerjakan ulang atau dibuang. Untuk bagian yang penting dan besar ini, scrapping adalah pilihan yang buruk dan mahal.
Pelajari lebih lanjut tentang panel sayap:Perhatikan konstruksi sayap ini. Sumber:Airbus A380
Untuk membantu menghilangkan garis putaran, produsen dirgantara sering menggunakan pemotong roda yang dapat disesuaikan dengan diameter 10 hingga 12 inci, dengan sisipan karbida yang dirancang khusus untuk paduan aluminium kelas kedirgantaraan dengan berbagai konfigurasi untuk badan pemotong, kata Francis.
“Dan sisipan karbida harus berjalan sempurna dengan yang berikutnya, jadi runoutnya harus nol. Satu-satunya cara kami benar-benar dapat mencapainya adalah dengan membuat alatnya dapat disesuaikan,” kata Francis. “Pelanggan menyesuaikan masing-masing sisipan tersebut dengan diameter tertentu, sehingga saat pahat berjalan di spar, garis putaran dihilangkan. Dan itu adalah suatu keharusan yang pasti ... Kita tidak boleh memiliki inkonsistensi apa pun.”
Pelajari lebih lanjut tentang pekerjaan berkualitas yang diperlukan untuk menguji sayap. Tonton "Bagaimana Boeing Menguji Spar Sayap 777X" Sumber:Boeing
Area Potensi Masalah:Evakuasi Chip pada Kulit Sayap
Saat melepas logam pada kulit sayap, sayap itu sendiri untuk pesawat yang sangat besar bisa memiliki panjang beberapa ratus kaki. Ini tidak terlalu rata, tetapi ada banyak logam yang harus dipotong pada alas datar yang besar—dan untuk membuatnya halus.
“Dalam banyak kasus, ada sistem vakum yang digunakan untuk menarik serpihan dari permukaan kulit sayap,” kata Francis. “Keripik itu bisa macet saat sisipannya kembali lagi, dan dipotong kembali dan dioleskan ke bahan. Dan itu adalah mutlak tidak-tidak. Kami tidak menginginkan itu.”
Untuk membantu menghindari situasi itu, pembuat perkakas menyesuaikan geometri untuk memungkinkan chip dievakuasi dengan cepat dan disedot dengan vakum tanpa dibawa kembali ke pemotongan. Seringkali di flatbed ini, pabrikan menggunakan kabut tipis untuk membantu evakuasi chip atau pemotongan kering—karena ini adalah area yang luas dan terbuka untuk kulit sayap besar ini.
Ada banyak hal yang harus dipahami tentang membuat pesawat terbang. Pergi lebih dalam. Baca “Dibangun untuk Kecepatan:Membuat Mesin Pesawat Berkualitas Tepat Waktu”.
Sektor Pertahanan Mendorong Beberapa Perubahan Material dalam Desain Sayap Pesawat
“Di bidang militer, misalnya, kami telah melihat perubahan sayap untuk pendaratan pesawat di kapal induk,” kata Bill Durow, manajer teknik global dengan fokus pada kedirgantaraan di Sandvik Coromant. “Ada lebih banyak permintaan pada sayap ketika mereka mendarat. Jadi mereka telah berganti dan bermain-main dengan material untuk mendapatkan material yang lebih kuat.”
Bahan yang lebih kuat itu termasuk opsi titanium seperti Ti-5553 dan Ti-1033, yang lebih sulit untuk dikerjakan, menurut Durow. Bahan-bahan ini dapat menyebabkan masalah dengan masa pakai alat dan harus dikerjakan pada kecepatan yang lebih rendah, sehingga produktivitas dapat terpukul.
“Material titanium 5553, yang merupakan titanium beta, sebagai aturan umum, akan memberi Anda masa pakai alat sekitar 50 persen lebih sedikit daripada titanium alfa-beta biasa seperti 6AL-4V,” kata Durow.
Sebagian besar perkakas untuk aplikasi ini mencakup perkakas bundar, end mill karbida padat, pemotong tepi panjang, dan banyak pemotong tipe bahu persegi.
“Hanya dalam sifat geometri yang Anda pemesinan, Anda akan sering mengalami keausan takik pada pahat, jadi ada berbagai teknik yang dapat Anda terapkan untuk mencoba menguranginya,” kata Durow.
Hibrida Aluminium Lebih Baru Memperoleh Tanah:Aluminium Lithium
Dibandingkan dengan aluminium seri 7000, aluminium lithium akan menyusutkan usia pakai alat sebesar 50 hingga 70 persen, menurut Gardner di Seco Tools.
“Ini lebih kuat dengan bobot yang lebih ringan daripada aluminium lainnya, membuatnya ideal untuk kedirgantaraan dan pertahanan—serta untuk roket dan pesawat ruang angkasa,” kata Gardner.
Karena teknologi spindel terus berkembang, throughput meningkat dan beberapa sistem mampu mencapai hingga 30.000 rpm pada akselerasi tinggi 120 kilowatt dengan perkakas yang tepat.
“Ini relatif abrasif, sehingga memerlukan perkakas yang tajam dan positif untuk memotongnya dengan pelapis tahan abrasif seperti DLC—atau ‘pelapis seperti berlian,'” kata Gardner.
Apakah Anda perlu menjawab pertanyaan teknis? Tanyakan kepada Tim Teknologi Pengerjaan Logam MSC di forum.
Bagaimana Mengurangi Penyiapan di Beberapa Mesin Menghemat Waktu, Meningkatkan Akurasi
Salah satu bidang yang coba dilakukan oleh pembuat perkakas untuk membantu produsen kedirgantaraan dan pertahanan menemukan efisiensi adalah dalam mengurangi pengaturan dan pergantian suku cadang ke mesin yang berbeda. Sandvik Coromant memiliki contoh kuat dari pylon, bagian yang menempel pada sayap, yang dipindahkan ke tiga mesin berbeda dan memiliki empat penyetelan.
Tantangan? Yakinkan pelanggan untuk menggunakan satu mesin 5-sumbu dan hentikan semua penyetelan. Ketika dioptimalkan pada satu mesin, akurasi dapat dikontrol lebih ketat sekaligus mendapatkan banyak waktu kembali dalam throughput.
“Jadi tantangan terbesar adalah meyakinkan pelanggan ini dalam kasus ini, biarkan di satu mesin,” kata Durow. “Mari kita putar sebanyak mungkin sisi yang kita bisa. Anda tidak kehilangan akurasi, karena terkunci di tempatnya dan semuanya relatif terhadap tempat Anda memulai. Kemudian balikkan, selesaikan bagian bawah dan selesai.”
Pada akhirnya, mereka dapat membantu mengurangi bagian tiang ini menjadi 6 jam dari 22 jam hanya dengan mempertahankan bagian tersebut pada satu sistem—dan akhirnya menggunakan lebih sedikit perkakas secara keseluruhan. Kali ini tidak memperhitungkan bagian yang berpindah dari satu mesin ke mesin berikutnya—hanya aspek permesinan.
Apakah Anda pernah melakukan analisis getaran mesin? Apa rasanya? Ikuti percakapan di forum pengerjaan logam. [pendaftaran diperlukan]
