Dibangun untuk Kecepatan:Membuat Mesin Pesawat Berkualitas Tepat Waktu
Untuk artikel pertama dalam seri tentang membuat pesawat terbang ini, kami berfokus pada suku cadang dan komponen mesin, menyoroti masalah dunia nyata yang membantu para pembuat perkakas membantu pelanggan mereka menyelesaikannya setiap hari. Kami juga melihat secara mendalam apa yang terjadi di dalam dan di sekitar pembuatan suku cadang kedirgantaraan saat ini.
Bagaimana keadaan industri kedirgantaraan dan pertahanan saat ini? Dorongan untuk membangun pesawat dengan cepat dan tepat waktu sangat nyata—tetapi bukan tanpa hambatan atau biaya.
Pada tingkat pembuatan suku cadang, material komposit dan tahan panas bisa sangat sulit untuk dipotong. Akibatnya, produsen dirgantara harus menjadi sangat strategis dalam rekayasa proses, pemrograman mesin, dan pemilihan alat, menurut tiga pembuat alat utama yang kami wawancarai.
Menjadi strategis sangat berlaku untuk semua komponen kompleks yang membentuk mesin jet di mana suku cadang palsu seharga $75.000 adalah norma—dan membuangnya adalah pilihan yang mahal dan tidak diinginkan. Kecepatan, meskipun penting, tidak mendahului hasil yang dapat diprediksi dan andal.
Dirgantara dan Pertahanan:Peningkatan Produksi Berarti Diperlukan Strategi Perkakas Tingkat Lanjut
“Seperti yang kita lihat produsen peralatan asli meningkatkan tingkat produksi, tetap ada risiko pemasok menghadapi kesulitan dalam meningkatkan produksi,” kata Robin Lineberger, pemimpin divisi kedirgantaraan Deloitte, dalam laporan “2019 Global Aerospace and Defense Industry Outlook”. “Untuk mengatasi tantangan ini, produsen harus mempertimbangkan untuk memperdalam fokus mereka pada penguatan rantai pasokan, manajemen program yang efektif, dan penggunaan teknologi canggih untuk meningkatkan produktivitas dan efisiensi.”
Dalam laporannya, Deloitte memperkirakan 2018 akan ditutup dengan sekitar 1.600 pesawat untuk tahun ini—dan memprediksi 100 lebih banyak dari yang akan datang untuk 2019. Permintaan produksi sering kali berarti menggunakan mesin throughput dan multitasking yang lebih tinggi. “Teknologi canggih” yang disebutkannya mencakup segala hal mulai dari metrologi berbasis sensor dalam proses hingga pemesinan multisumbu berkecepatan tinggi hingga perkakas khusus yang sangat direkayasa yang ditujukan untuk spesifikasi material apa pun yang dibuat oleh industri yang sangat diatur ini.
Apa yang tidak ditunjukkan Deloitte adalah bahwa mesin 5-sumbu canggih dapat memakan waktu enam bulan hingga satu tahun untuk tiba. Jadi, sementara mereka berada di belakang pesanan, beberapa subkontraktor mengelola dengan sistem 3-sumbu yang ada atau mesin tua lainnya—dan banyak "pemasok" suku cadang kedirgantaraan jadi harus memikirkan kembali strategi perkakas sementara mereka menunggu, jelas pembuat perkakas.
“Mereka menginginkan cara manufaktur yang lebih cepat,” kata Bill Durow, manajer teknik global dengan fokus pada kedirgantaraan di Sandvik Coromant. “Mereka ingin menjalankannya pada kecepatan yang lebih tinggi baik saat roughing atau finishing. Saat ini, volume mesin yang diproduksi berada pada tingkat yang belum pernah kita lihat sebelumnya di industri.”
Menemukan grade yang tepat dan alat insert yang dirancang khusus untuk superalloy tahan panas, alias "HRSA", sangat mungkin saat ini. Tetapi masih ada kurva pembelajaran tentang bahan-bahan baru ini dan geometri yang dibutuhkan untuk memotongnya, kata para pembuat perkakas.
Alat yang dirancang untuk memotong baja 4140, misalnya, mungkin bukan alat terbaik untuk memotong plastik yang diperkuat dengan Inconel, titanium atau serat karbon, atau "CFRP." Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa komponen mesin statis dan berputar yang dulunya terbuat dari titanium sekarang dibuat dari material komposit matriks keramik, atau “CMC”, kata para insinyur dari Seco Tools.
“Seni dari semua ini adalah sinergi dari menyatukan semuanya,” kata Dave Todd, manajer zona barat dan kedirgantaraan, di Seco Tools. “Keterampilan kami hari ini telah berubah di bidang kedirgantaraan, dan kami telah menjadi lebih dari sekadar konsultan yang bekerja dengan mitra teknologi, pemasok tingkat pertama, dan akademisi … Banyak rekayasa proses dilakukan di luar lokasi di pusat teknologi kami.”
Ketiga pembuat perkakas memiliki laboratorium uji yang mereka gunakan untuk membuktikan solusi potensial bagi pelanggan mereka. Ketiganya juga lebih suka melakukan campuran pengujian berbasis lab, serta pengujian di tempat untuk memastikan strategi yang tepat bekerja pada lini produksi fisik yang sebenarnya.
Memikirkan tentang peluang mengambil bagian dalam kedirgantaraan dan pertahanan? Baca “Manufaktur 101:Menjadi Bagian dari Industri Dirgantara.”
Masalah dan Solusi untuk Mengelola Panas di Zona Pemotongan
Efisiensi bahan bakar mendorong permintaan akan komponen berbobot lebih ringan yang menggunakan bahan tahan panas yang sulit dikerjakan mesin. Bagian dari dorongan untuk kinerja mesin yang lebih efisien adalah lingkungan:Pembakaran yang lebih bersih juga lebih efisien.
“Persyaratan teknik menariknya ke tingkat pemasok—artinya Anda harus memiliki waktu respons yang lebih cepat pada teknologi perkakas untuk mendukung material canggih,” kata Scott Causey, spesialis segmen pasar di Seco Tools. “Dan beberapa bahan mungkin memerlukan strategi perkakas yang sama sekali berbeda untuk dipotong hanya berdasarkan kompleksitasnya:Bahan HRSA biasa tidak menggunakan strategi pemotongan yang sama seperti komposit matriks keramik.”
Bahan CMC berlapis dan mudah pecah jika tidak ditangani dengan benar.
Namun pikirkan juga hal ini:Bahan tahan panas—yang sangat baik untuk efisiensi mesin jet turbin yang sangat panas—juga menciptakan banyak panas saat memotong. Nilai pahat memerlukan tingkat ketahanan panas itu sendiri untuk menyelesaikan pekerjaan.
Untuk membantu memenuhi kebutuhan pendingin, pengiriman melalui alat telah menjadi detail penting dalam alat untuk pemesinan tingkat lanjut. Pembuat alat secara konsisten menemukan inovasi baru dalam pengiriman cairan pendingin—termasuk beberapa alat yang memiliki banyak port untuk dikirim di lokasi pemotongan paling cepat pada waktu yang paling efektif.
Berbicara tentang pendingin:Ke mana arah teknologi pendinginan? Cari tahu di “ Masa Depan Cairan Pengerjaan Logam, Pelumas Mesin, dan Pendingin .”
Sorotan tentang Mesin Pesawat
Geometri yang dibutuhkan untuk memotong bentuk dan bahan bagian mesin membutuhkan pemikiran dimensional. Ada blisk mesin dan foil udara berbentuk unik yang dapat menggabungkan bahan yang berbeda—komposit dengan titanium, misalnya.
Untuk mengatasi hal itu, pembuat ini merancang dan menguji serangkaian nilai yang dimaksudkan untuk memotong material yang paling menantang—Inconel, HRSA, titanium, dan banyak lainnya. Dan ada satu cara lain:Mereka membuat alat kedirgantaraan khusus sesuai kebutuhan. Alat khusus ini sering kali menjadi lini produk standar untuk semua pelanggan.
Tiga dari pembuat perkakas utama menjelaskan bagaimana spesifikasi OEM dan geometri unik dari suku cadang kedirgantaraan telah mendorong perkakas khusus untuk menjadi lini produk standar—setelah terbukti di lapangan. Ketiga produsen memiliki program untuk dirgantara—dan suku cadang yang sangat spesifik yang dioptimalkan untuk aplikasi komponen engine saat ini, termasuk:blisk/impeller, airfoil, cakram turbin, casing turbin, spool, casing kipas, dan poros.
Berikut adalah empat contoh komponen mesin dunia nyata yang dibuat di mana perkakas yang tepat membuat dampak. Semua termasuk produsen kedirgantaraan Tingkat 1 dengan rata-rata 35 hingga 40 alat berat di toko mereka yang beroperasi 365/24/7. Ini sama sekali bukan satu-satunya area penawaran komponen mesin untuk pembuat ini.
Coromant Sandvik Mengatasi Produktivitas di Blisks
Tantangan: Butuh tujuh hari untuk membuat blisk. Bagian berbasis nikel memiliki bilah yang dalam dan slot yang sempit. Pengasaran jangkauan panjang terbukti tidak efektif dengan pendekatan penggilingan tradisional. Pengepakan chip berlebihan. Mesin mogok.
“Kami melihat apa yang mereka lakukan, hanya membakar pabrik akhir, dengan slot penuh:Bolak-balik, bolak-balik, bolak-balik,” kata Durow. “Mereka memiliki alat yang berlebihan, mereka akan membawanya ke toko regrind, lalu menggunakannya kembali ... Butuh banyak waktu dan menggunakan banyak pabrik akhir.”
Solusi: Sebuah alat terjun padat karbida mirip dengan apa yang telah dilakukan dalam operasi mati dan cetakan. Selain itu, alat kedua dengan diameter lebih kecil kemudian digunakan untuk membersihkan cusp.
“Kami membawa benda uji kami kembali ke lab, dan kami menemukan ide untuk menggunakan rutinitas terjun,” kata Durow. “Itu bekerja sangat, sangat baik. Dan hal yang menyenangkan adalah kami hampir menghilangkan operasi semi-finishing lainnya dengan pembersihan sekunder.”
Hasil: Mencukur empat hari dari produksi blisk tujuh hari dengan pengasaran dan semi-finishing. Itu juga akhirnya menjadi penawaran standar untuk aplikasi blisk.
Kennametal Menghemat Pembelian Besar dengan Air Foil
Tantangan: Foil udara berbentuk tidak beraturan yang terbuat dari Inconel sedang dipotong dalam proses pemesinan elektrokimia, atau "ECM," di mana benda kerja ditahan oleh bahan paduan Bismut. Pemotongan bahan mentah yang agresif tidak mungkin dilakukan, sehingga produksi menjadi lambat. Gaya yang berdenyut menyebabkan obrolan dan getaran—dan masa pakai alat yang buruk.
Solusi: Merancang strategi pemotongan yang menyesuaikan heliks, jumlah seruling, dan mikrogeometri alat untuk meminimalkan dorongan ke pemotongan yang lebih berat. Untuk potongan yang lebih ringan, mereka meningkatkan heliks dan mengubah diameter serta jumlah seruling untuk memastikan ada tiga titik kontak melalui rotasi.
Hasil: Pemotongan yang mulus, masa pakai alat yang lebih lama, dan tingkat penghilangan logam maksimum yang ditingkatkan. Pelanggan dapat membatalkan pesanan untuk mesin baru senilai $1 juta yang akan dipesan.
Alat Seco Mengendalikan Cut Grooves di Disk Engine
Tantangan: Masalah kontrol chip akibat pemotongan alur yang dalam pada Inconel 718 yang diberi perlakuan panas dalam disk kompresor yang menahan bilah kipas. Rutinitas menyelam yang dalam menyebabkan kerusakan alat dan masa pakai alat yang buruk.
Solusi: Sistem belokan dan alur multi arah yang dikombinasikan dengan cairan pendingin bertekanan tinggi. Strategi pemotongan geometris yang zigzag dan ramping membantu membuat keripik tipis, mengurangi panas, dan mendapatkan masa pakai alat yang cukup lama.
Hasil: Pengurangan 15 hingga 20 persen dalam waktu siklus. Mendapatkan kendali atas proses dan mengurangi beban intervensi manual yang memakan waktu.
Kennametal Menghilangkan Getaran di Casing Engine
Tantangan: Menghapus satu inci penuh titanium untuk casing mesin tetapi tidak dapat diputar. Ada terlalu banyak gaya potong dan sedikit produktivitas dari alat yang ada. Sulit untuk menjelajahi area fitur tertentu.
“Kasus mesin seharusnya bulat, kan? Tapi sebenarnya tidak,” kata Mark Francis, insinyur staf proyek untuk kedirgantaraan dan pertahanan di Kennametal. “Mereka penuh dengan fitur yang menghilangkan kemampuan untuk hanya melakukan siklus balik sederhana … Saya akan mengatakan 80 persen dari waktu, material dipotong dengan penggilingan.”
Solusi: Gunakan alat khusus yang dapat menyesuaikan dengan diameter dan secara bersamaan menghilangkan getaran dan dorongan.
Hasil: Lini produksi yang stabil dan andal dengan efisiensi pemotongan logam yang dapat diprediksi. Alat khusus yang mengarah pada standar.
Pentingnya Proses Produksi dan Biaya Per Komponen
Ingatlah:Sebagian besar pemasok pembuat suku cadang kedirgantaraan Tier 1 tidak menjalankan peralatan pemesinan yang sama persis—meskipun mereka mungkin membuat suku cadang yang sama dari spesifikasi OEM yang sama. Pembuat perkakas dan spesialis pengerjaan logam harus memahami setiap lingkungan pemesinan dan strategi desain yang sesuai untuk setiap lingkungan permesinan yang unik.
Secara independen, ketiga pembuat perkakas, yang merupakan pesaing, menginginkan satu hal yang sangat jelas:Penekanannya harus pada keuntungan produktivitas dari penggunaan alat yang tepat yang dimaksudkan untuk benar-benar berdampak pada produktivitas dan akurasi. Mereka juga percaya bahwa pandangan yang lebih holistik dari metrik biaya per komponen membantu memenuhi pengiriman tepat waktu dari lebih banyak pesawat.
Buktinya, kata mereka, ada pada produktivitas.
Apakah tingkat produksi kedirgantaraan itu nyata? Ikuti percakapan di forum pengerjaan logam . [pendaftaran diperlukan]
