解決航（háng）空航天部件CNC加工中的7個常見問題

航空航天（tiān）部件CNC加工：概述

航空航天工業與其他工（gōng）業不同，因為給定部（bù）件（jiàn）故（gù）障（zhàng）的後果是（shì）可怕的。無需（xū）詳細說（shuō）明，但總的來（lái）說，每次都需要完美運行。這意味著每個齒輪都需（xū）要轉動，每個支架（jià）都需（xū）要保持在原位（wèi），並且它們都需要完美地結合在一起。

從設（shè）計（jì）和製造過（guò）程開（kāi）始——使用正確的工具和正確的材料（liào）。精確（què）配合和保持（chí）嚴格的公差至關重要，因為質量比成本和交貨時間更重要（yào）。這就是（shì）為什麽CNC 加工是航（háng）空航天應用的理想選擇。

自動化 CNC 加工（gōng）限製了（le）人為錯誤的（de）可能性，並實現了這種製造方法的高（gāo）度精確性。CNC 加工速（sù）度也很快，尤其是在加工數量較少的零件時。與消費電子產（chǎn）品不同，並非每個人都有自己的飛機供個人使用。例如，2019 年交付了 1,377 架飛機。相比之下，2019 年售出了 4080 萬部 iphoness。飛機的製（zhì）造數量遠低於消費產品，而這些較低的數量（liàng）非（fēi）常適合 CNC 加工。

使用（yòng） CNC 加工製造的部件

CNC 加工用（yòng）於製造整個現代飛機的部件，從起落架（jià）(支架和扭矩連杆等部件)到發動機(壓縮機和渦輪機)。結構部件也可以進行 CNC 加工，例如機身（shēn）、艙壁和（hé）機身的部件。對運動部件很（hěn）重要的齒輪、軸和外殼通常是 CNC 加工零件。最後，特別（bié）是在直升機中，活塞發動機外殼通常是 CNC 加工的。

用於航空航天部件的（de）材（cái）料

CNC 加工也可以很好地處理航空航天部件所需（xū）的材料（liào）。飛機、直升機和宇宙飛船所經曆的極端環境和用例需要特殊材料。這些材料包括鈦，特別是 2 級和 5 級，由於其耐熱性和強度，可（kě）用於發動機部件。然而，鈦是一種昂貴的材料，因（yīn）此不能（néng）用（yòng）於飛機的每個部件。

合金鋼（gāng），特別是 4340 和 4130，也用於製造航空航天部件。4340鋼堅韌而堅固（gù），具有（yǒu）很高的潛在硬（yìng）度，非常適合飛機起落架承受的高負荷。4130鋼還（hái）具有高抗拉強度，用於齒輪（lún）、緊固件和外部部件。鋼的強度成本比，特別是與鈦相比，是有利的，但鋼（gāng）是一種密度更大、更重的（de）材料，這限製了它在航空航（háng）天應用中（zhōng）的使用。與鈦不同的是，鋼容易腐蝕，因此如果暴露在濕氣中，則必須進行塗層處理（lǐ）。

最後，鋁(7075、2024 和 6061)由於其（qí）低（dī）密度而具有高強度重量比。它也很容易加工——加（jiā）工速度比鋼快兩到三倍。鋁 2024 具有良好的抗疲勞性，這意味著它可以承受許多負載循環(非常適（shì）合使用多年的飛機)。鋁 6061 是一種沉澱硬化鋁合金，具有良好的耐腐蝕性（xìng），可以在（zài）飛機（jī）機翼和機（jī）身（shēn）中找到。鋁7075兼具良好的抗疲勞性和耐（nài）腐蝕（shí）性，這導致其在飛機結構部件中的普遍使用。

航（háng）空航天製造的獨特挑戰

在任何應用中，CNC 加工並不（bú）總是一個簡單易行的過程，航空航天部件也是（shì）如此。以下是（shì）製造航（háng）空（kōng）航天部件時經常遇到（dào）的七種不同障礙，以及解決這些障礙的解決方案。

1.加（jiā）工薄壁大型（xíng）部件

某些部件，例如發動機或壓縮機外殼，具有較大的內腔。例如，要製造直升機葉（yè）片的傳動裝置外殼，CNC 機器必須取出一大塊（kuài）材料。這需要很長時間（jiān），會產生大量廢料，還會導致零件產生殘餘應力。這些殘餘應力會導（dǎo）致變形或翹曲——當您使用嚴格的公差（chà）和高標準時，這是有問題的。

為了（le）事先確定（dìng）去除大量材料是否會成為問題，您可以使用一對公式。您需要同時檢查 IRMR(內部去除材料比率)和 ERMR(外部去除材（cái）料比（bǐ）率)。兩者的公式如（rú）下所示。

IRMR 應大於 85%，這表明您已移除不到（dào） 15% 的內部零件體積。將最（zuì）終零件邊界框體積與庫存體（tǐ）積進行比較（jiào）的 ERMR 應大於 30%。如果這兩個都通過了測試，您可以繼續進行原型設計和（hé）測試。但是，如果這些值中的一個或兩個超出可（kě）接受的限製，您的零件可能難以在公差範（fàn）圍內製造，或者您可能（néng）會遇到性能問題。

在這些情況下，您有幾個選擇。如果所需的零件數量很少，您可以加（jiā）工一個並對（duì）其進行（háng）測試，然後（hòu）如果第一個零件符（fú）合規格（gé），則繼續(並繼續測試每個零件)。

有（yǒu）時可以鑄造這樣的零件（jiàn），這是一種更適合製造薄（báo）壁大型部件的工藝。通過鑄造，您將浪費更少的材料並減（jiǎn）少翹曲。CNC 加工可能仍（réng）然是精加（jiā）工和滿足公差所必需的。

最後，您可以使用特殊的高性能5 軸 CNC 機床，它對（duì）力、功率（lǜ）和速度的控製能力更（gèng）強。通過使用較低的力、功率和速度，您可以加工薄壁零（líng）件，而不會施加太大（dà）的力使其變形。此外，您可以使用 ADOC(軸向切削（xuē）深度)或 RDOC(徑向切削深度)對稱地加工零件（jiàn）以分散（sàn）力，從而減少殘餘應力。

2.處理複雜的（de）幾何圖形

由於（yú）航空航天部件的獨特（tè）需（xū）求（qiú），這些（xiē）部件通常具有（yǒu）複雜的幾何形狀，以（yǐ）減輕重量，同時最大限度地提高強度或促進部件表麵的氣流。

然（rán）而（ér），有時這些複雜的幾何形狀是不必要的複雜（zá）。例如，當內部組件設計為具有複雜的有機表麵幾何形狀時（shí）。由於更高的（de）複（fù）雜（zá）性意味著更多的加工時間，並且可能需要更多的時（shí）間來尋找有能力的供應商，因此最好盡可能簡化零件（jiàn）設計。

有時，緩（huǎn）解這種情況所需要的隻是促進設計（jì）師和工程師（shī）之間的可製（zhì）造性設計 (DFM)。DFM 考慮到製造的局（jú）限性，並從加（jiā）工（gōng）角度考慮設計的可行性、時（shí）間和成本。這可（kě）以幫助工程師思考複雜性在哪些方麵是真（zhēn）正必要的，在哪些方麵（miàn）不那麽（me）重要。例如，內部組（zǔ）件對氣流並不重要，也不（bú）需要花哨的曲麵。

然而，對於航空航天應（yīng）用，複雜的幾何形狀通常是不可避免的，在這些情況下，您可以使用 5 軸(或更多軸)機器。

3.零件尺寸：CNC 限製

最後的零件幾何挑（tiāo）戰是零件尺寸。飛（fēi）機（jī）是由數百萬個零件組成的巨大組件。雖然其中許多零件都很小（xiǎo），但需要一些大型組件。典型的機床（chuáng）床身隻有幾英尺（chǐ）長，這對（duì）於結構部件或其他大型零件來說是不夠的。這意（yì）味著要找到具有這種能力的供應商可能具有挑戰性。

為了解決這個問題，您需要找到一個新的供應商，該供應商擁有可以處理零件尺寸的（de）大型 CNC 機床。否則，您（nín）必須重新設計零件（jiàn）以（yǐ）適應。這可能涉（shè）及將較大的組件分解成較小的部分。然而，由於組（zǔ）裝多個較小部分需要額外的緊固（gù）件，這可能會增（zēng）加整體（tǐ）重量。

另一（yī）種可能的解（jiě）決方案是改變製（zhì）造方（fāng）法。鑄造（zào）可以一體（tǐ）生產更大的零（líng）件，但可能仍需要 CNC 加（jiā）工來進行（háng）後處理。鑄造（zào）需要更長的時間，因（yīn）為在製造任何零件（jiàn）之前（qián）都（dōu）需要模具的設計和製造。這也（yě）使（shǐ）其（qí）成為小批量零件的（de） CNC 加工成本效益較低的選擇。

4.獲得適當的材料特性

很難實現航（háng）空航天應用所需的高（gāo）度特殊的材料特性。金屬通常（cháng）需要進行熱處理以（yǐ）達到所需的硬度和強度（dù）。熱處理（lǐ）是一（yī）種常見的工藝，但也有其自身的挑戰。

機加工前的熱處理將使材料顯著更硬和更強，因（yīn）此它可以保持（chí）更嚴格的公差。但是，加（jiā）工硬化材料更耗時，並（bìng）且更快地磨損刀（dāo）具，因此加（jiā）工成本更高。如果您必須（xū）在加工前進行熱處理，那麽購買由鈦（tài）等較硬材料製成的工具，而不是（shì）硬質合金或高速鋼，可以幫助改善這些問題。

當然，加工後的熱處理有其自身的（de）問題，因為它可能會影（yǐng）響零件的尺寸。這否（fǒu）定了 CNC 工藝的精度，甚至可能使零件超出規格。您可以通過選擇最有效的熱處理工（gōng）藝來緩解這種情況。

回火和時效涉及將金屬（shǔ）加熱到比其他工藝更低的溫度，因此尺寸不會（huì）發生太大變化。此外，在熱處理過程結束時（shí），您可以（yǐ）使用壓力（lì）淬火而（ér）不是油淬。油（yóu）淬會使（shǐ）材料收縮得（dé）更快，從（cóng）而（ér）導致更大的尺寸變化。

獲得正確性能（néng）的最簡（jiǎn）單（dān）方法是接受加工前（qián）熱處理增加的（de）成本和交貨（huò）時間。同樣，質量是 CNC 加工的關鍵，而獲得這種質量需要（yào）犧牲速度和成本。在（zài）某些情況下，另一種選擇是在硬化過程之後進行少量的（de）最（zuì）終加（jiā）工。這使您可以對預（yù）硬化材料進行（háng）大部分加工，並完成硬化材料（liào）以達到最終零件所需的公差。

5.采購材料

但是，在處理或加工您的材料之前，您必須找到合適的材料。高溫合金和專用塑料可能難以（yǐ）采購，而且運輸成（chéng）本（běn）高昂且耗時。這些材料包括鈦、鎳合金(如（rú）鎳銀合金)和 Ultem(一種用於航空航天應用的塑料)。由於航空航天組件的特殊需求（qiú），航空航（háng）天組件總是需要這些材料，因此這將是（shì）一個長期的挑戰。

為了繞過這些限（xiàn）製，航空航天公司可以利（lì）用（yòng）數字製造生態係（xì）統 (DME)，例如 Fictiv，它可以訪問大量製（zhì）造商。與 DME 合作意味著製造合作夥伴之一更（gèng）有可能獲得必要的材料。此外，這將采購留給製造商，因此工程師可以專注於設計。

6.采購（gòu）製造商

說到采購，找到（dào）合適（shì）的製造合作夥伴至關重要。由於航空航（háng）天行業的特殊要求，大多數航空航天公司都（dōu）要求其製造商和供應商具有AS9100認證。AS9100 以 ISO 9001 為基礎，該（gāi）標準規範了行業中（zhōng）最重要的質量管理體係並控（kòng）製質量和安（ān）全（quán）。

但是，並非所有製造（zào）商（shāng）都擁有此認證，而且很難找到擁有此認證的（de）製造商。認證費用昂貴且需要時間，而且（qiě）航空部件的數量並不總是（shì）值得的(稍（shāo）後會詳細介紹)。但是數字製造公司可以解決這個問題。他們更有可能在（zài）其廣泛的合作夥伴中獲得具有必要認證（zhèng）的供應商。

7.高混合、小批量生產（chǎn）

如上所述，飛機的生（shēng）產數量與其他實物產品(如消費品或電子產品)不同。這意味著（zhe）許多航空航天部件沒有大規模生產。飛機需要很多不同（tóng）的零件，但它（tā）們（men）可能隻需要幾百個或更少的給定零件。這被稱為高混（hún）合、低數量的生產。

不幸的是，高混合、低數量（liàng）的生產與（yǔ）製造商喜歡做的相反。審（shěn）查和設置生產每個零件的製造流程需要時間和精（jīng）力，因此這些項目的（de）效率和成本效益要低得多。一些製造合作夥伴（bàn）根本（běn）不會承（chéng）擔（dān）需要他們（men）花時間開發（fā）複雜幾何形狀的工藝來製造幾個零件的（de）項目。

九幺免费版精密成立於2006年，是一家專業的CNC五金零配件、五金外殼，精密陶瓷零件設計、生產製造及手（shǒu）辦模型製作的企業，先進的CNC加工設備和專業的操（cāo）作團隊，能（néng）為客戶提供高質量高精準的加工服務。