Tornitura CNC aerospaziale AS9100: soluzioni di lavorazione di precisione per leghe di titanio e componenti strutturali leggeri

La tornitura CNC per il settore aerospaziale svolge un ruolo fondamentale nella produzione delle principali parti rotanti dei motori aeronautici. Tali componenti possono essere dischi delle turbine dei motori, alberi dei carrelli di atterraggio, ecc., che, oltre ad avere un'elevata resistenza , devono essere costruiti per essere molto leggeri.

Materiali e processi produttivi influiscono sia sulla sicurezza che sul successo nel settore aerospaziale. Le leghe di titanio vengono scelte per il loro straordinario rapporto resistenza/peso e per la resistenza alla corrosione; tuttavia, la loro natura complessa da lavorare rappresenta un problema importante.

La guida esaminerà le opzioni di tornitura CNC per il settore aerospaziale certificate AS9100 e si concentrerà sulla tornitura di leghe di titanio e sulla finitura di componenti di grande diametro ad alta precisione. Inoltre, intende aiutare a convertire i progetti tecnologici più recenti in componenti affidabili e a selezionare i migliori partner di produzione.

Punti chiave

Punti chiave

• L'accreditamento AS9100 è sostanzialmente lo standard minimo di cui un fornitore di lavorazioni CNC per il settore aerospaziale ha bisogno per entrare nel mercato ed è un modo sistematico per garantire che i componenti siano sempre tracciabili e che siano sicuri e affidabili .
• La chiave per una buona lavorazione della lega di titanio è la precisa tecnologia di tornitura CNC e strategie di processo che tengano conto della bassa conduttività termica e dell'elevata reattività chimica della lega.
• Per poter eseguire torniture CNC di grandi diametri, sono necessari l'assoluta rigidità dell'attrezzatura, utensili speciali e la tecnologia di compensazione online per controllare la flessione dei pezzi con pareti sottili.
• È fondamentale controllare molto attentamente il portfolio tecnico e l'elenco delle macchine di un potenziale fornitore (in particolare il suo miglior centro di tornitura CNC), poiché questi aspetti stabiliscono direttamente i limiti delle sue capacità quando si sceglie un fornitore.
• Una collaborazione DFM con fornitori con esperienza nel settore aerospaziale è un ottimo modo per ottimizzare i costi, le prestazioni e i tempi del progetto .

Perché fidarsi di questa guida? Soluzioni di tornitura aerospaziale di JS Precision

La tornitura CNC per il settore aerospaziale è la principale competenza di JS Precision. Operiamo in questo settore da oltre 15 anni. Disponiamo di un sistema di qualità certificato AS9100 Rev D e di un database di processo molto ampio con oltre 1000 set di materiali , tra cui non solo leghe di titanio, ma anche altri materiali difficili da lavorare.

Le nostre macchine includono centri di fresatura e tornitura a 5 assi della serie DMG MORI NT, in grado di eseguire lavorazioni singole e in serie di pezzi di precisione nella gamma di dimensioni da 10 a 1500 mm con ripetibilità entro 0,002 mm ed errore di eccentricità di 0,001 mm , soddisfacendo così i requisiti di precisione dell'industria aerospaziale.

Per lavorare con leghe di titanio come TC4 e Ti-6Al-4V nel settore aerospaziale, applichiamo un raffreddamento ad alta pressione da 70-100 bar e adattiamo l'ottimizzazione del percorso utensile in modo da ottenere un aumento di oltre il 30% della durata dell'utensile, un'efficienza di lavorazione del 25% e una riduzione dei costi unitari di quasi il 20%.

Tra i nostri clienti figurano i 5 principali produttori mondiali di motori aeronautici e i principali produttori di carrelli di atterraggio per aerei militari. I componenti principali che abbiamo gestito sono dischi turbina e alberi portanti. Abbiamo fornito oltre 100.000 componenti, tutti certificati FAA per l'aeronavigabilità. Sono conformi agli standard AS9100 Rev D e non abbiamo mai ricevuto reclami sulla qualità.

Il nostro team riconosce pienamente il ruolo cruciale dei progetti aeronautici nel garantire la sicurezza dei voli e, seguendo rigorosamente i requisiti dello standard AS9100 Rev D, abbiamo istituito un sistema di tracciamento completo del piombo, dalla materia prima al prodotto finito.

Ciò include la tracciabilità delle materie prime (numero del forno e certificato del materiale), i test di processo e i test del prodotto (macchina di misura a coordinate e test non distruttivi).

Ogni lotto di componenti è accompagnato da un rapporto FAI completo e da un certificato dei materiali, sempre a disposizione per gli audit dei clienti. Possiamo essere considerati un partner affidabile per condividere l'onere del progetto e gestire insieme le sfide tecniche.

Desideri ottenere la certificazione AS9100 di JS Precision e i casi di studio sulla lavorazione delle leghe di titanio? Contatta subito i nostri ingegneri, specificando "esigenze di tornitura per l'aeronautica", per ricevere una soluzione tecnica personalizzata gratuita.

Perché la lavorazione CNC aerospaziale sta diventando la pietra angolare della produzione di componenti strutturali aerospaziali leggeri?

La tornitura CNC aerospaziale è il processo fondamentale per componenti aeronautici leggeri e ad alta precisione , e la mancanza di una tecnologia matura non riesce a tradurre i vantaggi della lega di titanio in prestazioni ottimali. Questo capitolo analizzerà la natura indelebile della tornitura CNC aerospaziale attraverso la lente delle esigenze dei componenti, degli ambienti di lavoro e della garanzia della qualità.

Requisiti di aeronavigabilità senza compromessi per i componenti aerospaziali

Le prestazioni dei componenti aerospaziali richiedono un elevato input e indicatori fondamentali rigorosamente controllati, con una riduzione del rapporto resistenza/peso superiore al 30%, una durata a fatica superiore a 10^7 cicli e una tolleranza dimensionale di 0,025 mm anche per le parti più critiche, che influiscono direttamente sulla sicurezza del volo.

Il ruolo delle applicazioni di tornitura CNC nel settore aerospaziale

Le applicazioni di tornitura CNC riguardano i componenti rotanti principali dell'aviazione, con parti fondamentali tornite CNC di precisione, tra cui mandrini di motori, dischi di turbine , ecc. La precisione della lavorazione determina direttamente la sicurezza dei componenti.

Tecnologia e qualità: una combinazione vincente

La tecnologia di tornitura CNC di precisione matura è l'unica via per raggiungere lo standard di qualità dimensionale e superficiale, pertanto le prestazioni dei componenti e la conformità alla durata in volo richiedono un sistema di qualità come AS9100 per garantire la coerenza dei lotti e la tracciabilità del prodotto, entrambi indispensabili .

Vuoi capire come la tornitura CNC per il settore aerospaziale consente di ottenere un equilibrio di resistenza in componenti leggeri? Scarica il nostro "White Paper sul processo di tornitura aerospaziale per componenti leggeri", con la specifica "requisiti di leggerezza", per ricevere gratuitamente parametri tecnici dettagliati e casi di studio.

Figura 1: Un assortimento di sette componenti metallici lavorati con precisione e finiture lucidate, tra cui cilindri e forme esagonali.

Perché la certificazione AS9100 per la lavorazione CNC è un requisito obbligatorio per i progetti aerospaziali?

La certificazione AS9100 per le lavorazioni CNC è un requisito rigoroso per i fornitori di progetti aerospaziali. In questo capitolo, approfondiamo i principali vantaggi dello standard e il modo in cui contribuisce a garantire la precisione dei componenti torniti CNC.

Il cuore dell'AS9100 è più di ISO9001

I requisiti specifici per l'aviazione vengono aggiunti all'attuale ISO9001 dall'AS9100, che si concentra sostanzialmente sull'ispezione obbligatoria del primo articolo (conforme a SAE AS9102 ), sulla completa tracciabilità del processo, su un controllo a monte più rigoroso e sulla prevenzione precoce dei rischi per la qualità della lavorazione.

Come la certificazione gioca un ruolo nella garanzia della qualità dei componenti torniti di precisione CNC

La coerenza dei lotti di prodotto e la prevedibilità delle prestazioni dei componenti torniti CNC di precisione sono garantite da AS9100 attraverso una gestione accuratamente documentata. JS Precision definisce gli standard e conserva i registri di ispezione per ogni fase , con una precisione di misurazione dimensionale per i componenti critici che raggiunge 0,0005 mm.

Il vantaggio tattico di lavorare con un fornitore certificato

Scegliere un fornitore di lavorazioni CNC certificato AS9100 consente di soddisfare le esigenze dei clienti e di trasferire i rischi del progetto. Grazie a processi standardizzati e a una consolidata esperienza nel settore aeronautico, è possibile prevedere e risolvere in anticipo i problemi di lavorazione.

Figura 2: Disegno tecnico di un collettore idraulico aerospaziale con annotazioni GD&T, analisi delle tolleranze e riferimenti agli standard AS9100.

Quali tecnologie di tornitura CNC di precisione possono superare le difficoltà di lavorazione delle leghe di titanio?

La lavorazione CNC del titanio è sempre stata considerata un aspetto complesso della lavorazione aerospaziale. Questo articolo approfondisce le diverse sfide della lavorazione e le tecnologie di tornitura CNC di precisione ed efficacia che possono essere utilizzate.

Sfide tipiche del servizio di lavorazione CNC del titanio

Solitamente, quando si lavorano leghe di titanio per uso aerospaziale come TC4 e Ti-6Al-4V, ci si aspetta che si presentino tre ostacoli: a causa della bassa conduttività termica, l'usura dell'utensile è accelerata, l'elevata affinità chimica provoca la formazione di taglienti di riporto e il basso modulo elastico porta a deformazioni durante la lavorazione, con conseguente perdita di controllo della precisione.

Tecnologie e strategie di processo chiave

JS Precision adotta tre tecnologie fondamentali di tornitura CNC di precisione per affrontare le sfide della lavorazione delle leghe di titanio:

• Tecnologia di raffreddamento ad alta pressione: il refrigerante ad alta pressione da 70-100 bar viene iniettato direttamente nella zona di taglio per una rapida dissipazione del calore, la rottura dei trucioli e la prevenzione del tagliente di riporto.
• Utensili specializzati: gli utensili in metallo duro rivestiti in PVD (AlTiN) con geometria ottimizzata migliorano la resistenza all'usura e le proprietà antiaderenti.
• Ottimizzazione del percorso utensile: la combinazione di velocità superficiale costante e percorsi utensile cicloidali controlla il carico termico e riduce efficacemente la deformazione del pezzo durante la lavorazione.

Il valore apportato dai servizi specializzati

I fornitori più esperti possono ottimizzare i parametri attraverso database di processo, ridurre i costi degli utensili di oltre il 20% e garantire la resistenza alla fatica dei componenti. JS Precision può controllare la deformazione di componenti in lega di titanio a pareti sottili entro 0,05 mm , con un tasso di successo del 98%.

Tabella dei parametri del processo di lavorazione della lega di titanio

Desideri un servizio di lavorazione CNC del titanio personalizzato? Invia i disegni dei tuoi componenti e gli ingegneri di JS Precision eseguiranno un'analisi DFM gratuita e forniranno un calcolo dettagliato dei costi.

Come scegliere il miglior centro di tornitura CNC per componenti aerospaziali?

Considerati gli elevati requisiti di precisione richiesti dalla produzione di componenti aerospaziali, la scelta del miglior centro di tornitura CNC diventa di fondamentale importanza . In questo capitolo, esamineremo i principali criteri di selezione e discuteremo alcuni requisiti specifici delle attrezzature che aiuteranno a fare la scelta giusta.

Indicatori di prestazione principali

Ci sono tre attributi principali da tenere in considerazione quando si sceglie il miglior centro di tornitura CNC: eccentricità radiale del mandrino inferiore a 0,003 mm, precisione di posizionamento dell'asse lineare di 0,002 mm/corsa completa, nonché elevata rigidità statica in grado di resistere alle forze di taglio della lega di titanio.

Requisiti speciali per la tornitura CNC di grandi diametri

La tornitura CNC di grandi diametri richiede caratteristiche più avanzate dell'attrezzatura : un centro di fresatura-tornitura dotato di asse B/asse Y per la riduzione degli errori, una potenza del mandrino >1000 Nm per il processo di sgrossatura e una disposizione termicamente stabile per evitare distorsioni dell'attrezzatura.

L'investimento in attrezzature indica l'impegno del fornitore

L'impegno di un fornitore nel mercato di fascia alta può essere valutato in base alla misura in cui continua a investire nel miglior centro di tornitura CNC . La nostra azienda rinnova i propri utensili ogni anno, pertanto i suoi attuali centri di fresatura-tornitura consentono un diametro massimo di lavorazione di 1500 mm e una lunghezza di 3000 mm , sufficienti per pezzi di grandi dimensioni.

Figura 3: Un tornio CNC lavora con precisione un pezzo rotante in titanio, con l'utensile da taglio innestato e trucioli metallici fini visibili.

Come controllare la deformazione e la precisione nella tornitura CNC di grandi diametri per componenti aeronautici di grandi dimensioni?

La principale difficoltà nella tornitura CNC di grandi diametri è la distorsione dei pezzi a pareti sottili. Questo capitolo approfondisce i problemi di produzione che si incontrano nella manipolazione di pezzi di grandi dimensioni e le soluzioni specifiche proposte da JS Precision.

Problemi di fabbricazione di parti a parete sottile di grande diametro

Durante la lavorazione di parti di rivestimento con un diametro > 500 mm e uno spessore della parete < 5 mm, due importanti problemi di deformazione derivanti dalla lavorazione sono: la deformazione risultante dal rilascio di stress residuo nel pezzo grezzo e la deformazione ellittica superiore a 0,1 mm causata dalla bassa rigidità delle parti con pareti sottili quando sottoposte a forze di taglio.

Soluzioni specifiche e controllo a circuito chiuso

Per gestire la deformazione di grandi parti con pareti sottili, utilizziamo tre metodi di controllo a circuito chiuso:

• Tornitura a strati di contornatura: il taglio a strati è un modo per bilanciare le forze di taglio e, pertanto, nessuno strato è eccessivamente profondo, il che potrebbe altrimenti causare una deformazione.
• Compensazione della sonda online: durante la finitura, la sonda viene utilizzata per il rilevamento dimensionale in tempo reale e i difetti dell'utensile vengono compensati automaticamente in modo che la precisione rientri nello standard.
• Dispositivo di espansione dedicato: basato sull'analisi degli elementi finiti di sollecitazione, il dispositivo è progettato per offrire un serraggio stabile senza aumentare il livello di sollecitazione .

L'esperienza è una risorsa insostituibile

La storia dei dati di processo e l'esperienza acquisita con il metodo iterativo sono gli elementi su cui si basa il successo dei progetti di tornitura CNC di grandi diametri . JS Precision vanta oltre 50 casi di studio sulla gestione di componenti di grandi dimensioni e con pareti sottili e sa esattamente come trovare le soluzioni richieste in tempi rapidi.

Caso di studio: sfida al limite di deformazione di 0,05 mm, lavorazione di un guscio a parete sottile in lega di titanio con un diametro di 220 mm

Sfida

Lavorazione di un alloggiamento per servo in lega di titanio TC4 con le seguenti dimensioni: diametro esterno 220 mm, altezza 150 mm e spessore minimo della parete di 3 mm. La rotondità complessiva deve essere di 0,05 mm; la cavità interna presenta superfici curve irregolari e complesse.

La precedente lavorazione dello stesso componente da parte del fornitore aveva causato una deformazione fino a 0,15 mm , rendendone impossibile l'assemblaggio e ritardando il progetto di oltre due settimane . Il cliente si trovava in una situazione di emergenza e necessitava di un fornitore che risolvesse rapidamente il problema di deformazione e fosse in grado di produrre i componenti secondo gli standard qualitativi AS9100.

Soluzione di precisione JS

Dopo aver ricevuto la richiesta del file, JS Precision ha immediatamente creato un gruppo multifunzionale e ha identificato una soluzione in tre fasi:

1. DFM e simulazione di processo:

L'introduzione di una fase di ricottura di distensione a 550-600°C per 2-3 ore dopo la fase di grezzo ha portato a una riduzione della sollecitazione residua di oltre il 40% .

Applicando il software di simulazione del taglio DEFORM-3D, è stata simulata anche la distribuzione delle sollecitazioni ottenuta dalla lavorazione e il percorso utensile è stato regolato su "prima la stratificazione esterna, poi quella interna-simmetrica" , le variazioni della forza di taglio sono state limitate entro 50 N e le sollecitazioni di lavorazione sono state bilanciate.

2. Utensili specializzati e raffreddamento ad alta pressione:

Il dispositivo di adsorbimento sotto vuoto segmentato ha una pressione di adsorbimento di 0,08-0,1 MPa e presenta una deformazione di serraggio di 0,005 mm, il che significa che sono stati evitati danni di serraggio causati da rigidità insufficiente.

In combinazione con il refrigerante ad alta pressione da 70 bar iniettato direttamente nella zona di taglio , la temperatura di taglio viene abbassata da oltre 600 a 380, riducendo così il tagliente di riporto e garantendo un serraggio stabile.

3. Compensazione composita e online di tornitura-fresatura:

Il centro di tornitura-fresatura a cinque assi DMG MORI NT esegue più processi, come tornitura, fresatura e foratura, in un'unica configurazione , con un errore di serraggio di 0,002 mm. La sonda online RENISHAW viene utilizzata per misurare e compensare in tempo reale una deformazione dell'utensile di 0,02 mm, garantendo così che le tolleranze di rotondità siano conformi agli standard.

Risultati

10 alloggiamenti forniti con rotondità 0,038 mm, conformi agli standard di precisione della superficie della cavità interna e superando i test di tenuta all'aria e di fatica al primo tentativo .

Ciò non solo ha aumentato il tasso di qualificazione dei componenti dal 60% al 98%, ma ha anche ridotto il ciclo di consegna a 5 giorni, recuperando così i ritardi. Il cliente ha successivamente delegato tutti gli ordini per questa serie di componenti a JS Precision.

Vuoi replicare questo successo? Invia i disegni dei tuoi componenti complessi e JS Precision ti fornirà analisi DFM e soluzioni di lavorazione personalizzate. Indica "Case Study Reference" e potrai usufruire di un sussidio per l'ottimizzazione dei processi per il tuo primo ordine.

Figura 4: Un singolo componente aerospaziale metallico tornito tramite CNC, di forma cilindrica e scanalature interne, isolato su uno sfondo bianco.

Come selezionare e valutare i fornitori affidabili di servizi di tornitura CNC nella catena di fornitura globale?

Una checklist di valutazione oltre il prezzo

I fornitori di servizi di tornitura CNC non possono basarsi esclusivamente sul prezzo. Il prezzo deve essere valutato da quattro prospettive:

• La capacità tecnica corrispondente.
• I registri di certificazione e collaudo AS9100 .
• La resilienza della capacità produttiva.
• Capacità di supporto DFM end-to-end e di produzione di massa.

Le chiavi per costruire partnership di successo

Le partnership a lungo termine si basano su tre elementi chiave:

• Partecipazione alla progettazione iniziale: i fornitori devono intervenire nella fase di progettazione del prodotto e fornire suggerimenti DFM per ottimizzare la tecnologia di elaborazione.
• Una comunicazione tecnica chiara e una gestione del progetto garantiscono la sincronizzazione delle informazioni durante l'intero processo di lavorazione.
• Accordi a lungo termine e impegni di miglioramento continuo basati sulle esigenze del progetto , lavorano per ottimizzare i processi e ridurre i costi.

Il fornitore ideale di servizi di tornitura CNC dovrebbe essere più di un semplice elaboratore: dovrebbe piuttosto essere un partner tecnico in grado di affrontare le sfide di produzione, ottimizzare le prestazioni del prodotto e garantire la sicurezza della catena di fornitura.

Desideri ottenere un elenco di valutazione dei fornitori di servizi di tornitura CNC? Contatta lo specialista della supply chain di JS Precision e indica "esigenze di valutazione" per ricevere gratuitamente un modulo di valutazione dettagliato e una guida alla selezione.

Domande frequenti

D1: Qual è la differenza principale tra la certificazione AS9100 e ISO9001?

Lo standard AS9100 richiede l'implementazione di un sistema di gestione della qualità completo che includa la gestione del rischio, la sicurezza del prodotto, la tracciabilità e l'ispezione del primo articolo. Lo standard AS9100 è uno standard di qualità sviluppato specificamente per il settore aerospaziale , che richiede requisiti di affidabilità molto elevati, mentre lo standard ISO9001 è uno standard generico che può essere utilizzato da qualsiasi settore.

D2: Quali tipi di utensili da taglio sono più comunemente utilizzati per la lavorazione delle leghe di titanio?

Si tratta principalmente di utensili da taglio in metallo duro con rivestimenti PVD (come AlTiN). Per la sgrossatura e la finitura vengono utilizzate diverse tipologie di scanalature e taglienti, per migliorare la resistenza all'usura e l'antiaderenza degli utensili.

D3: Quali sono il diametro e la lunghezza massimi di tornitura che puoi lavorare?

Il nostro diametro massimo di tornitura è di 1500 mm e possiamo lavorare pezzi lunghi fino a 3000 mm . Le capacità di lavorazione specifiche variano a seconda della struttura del pezzo e dei requisiti di tolleranza. Saremo in grado di fornire un elenco delle attrezzature necessarie per le specifiche esigenze.

D4: Quali misure di processo specifiche vengono utilizzate per prevenire la deformazione delle parti con pareti sottili?

Le misure dettagliate sono la lavorazione simmetrica, il taglio progressivo multi-passata, l'utilizzo di dispositivi di espansione idraulica e l'integrazione di operazioni di scarico delle sollecitazioni intermedie per limitare la quantità di deformazione del pezzo durante la lavorazione.

D5: Potete fornire la certificazione completa dei materiali e i report sui trattamenti termici?

Sì. Siamo pienamente conformi alla norma AS9100 e forniamo certificati di qualità originali del produttore per ogni lotto di materiali. Inoltre, tutti i registri dei processi di trattamento termico e lavorazione sono completamente tracciabili e soddisfano i requisiti della certificazione di aeronavigabilità.

D6: Quali fasi sono solitamente incluse nei tempi di consegna? Come vengono garantiti?

I tempi di consegna includono la revisione del processo, la programmazione, la produzione, i test e la redazione del report. I nostri tempi di consegna trasparenti e affidabili sono il risultato dei nostri processi operativi e di gestione dei progetti standardizzati, che consentono il monitoraggio in tempo reale dell'avanzamento della produzione.

D7: Come si fa a garantire che l'integrità superficiale dei componenti sia idonea a garantire un'elevata resistenza alla fatica?

Garantiamo che la qualità superficiale dei pezzi rimanga a un livello elevato e possiamo soddisfare il requisito di elevata resistenza alla fatica regolando i parametri di taglio, utilizzando il raffreddamento ad alta pressione e determinando i trattamenti finali di miglioramento della superficie (ad esempio pallinatura).

D8: Cosa fate con i trucioli che risultano dalla lavorazione?

Selezioniamo e ricicliamo rigorosamente i trucioli provenienti da materiali preziosi come le leghe di titanio e collaboriamo con i canali di riciclo conformi alle normative. Risparmiamo risorse e sosteniamo lo sviluppo sostenibile dell'industria manifatturiera.

Riepilogo

La produzione aerospaziale eccezionale è una tecnologia di tornitura CNC ad altissima precisione, profondamente integrata con un sistema di qualità AS9100 supportato da fornitori di alto livello, che vantano una solida conoscenza dei requisiti aerospaziali.

Scegliendo JS Precision, otterrete le migliori attrezzature di tornitura, soluzioni di processo ben sviluppate e un sistema di garanzia della qualità completamente tracciabile, in grado di affrontare le sfide delle leghe di titanio e dei pezzi complessi di grandi dimensioni.

Non ci limitiamo a produrre componenti, ma realizziamo anche i vostri sogni di volo. Inviateci immediatamente i vostri disegni o requisiti tecnici e riceverete entro 24 ore un piano dettagliato contenente un'analisi preliminare del processo e gli impegni di conformità, compiendo il primo passo verso il successo del progetto.