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机床轻量化领域需开辟出一条新道路

发布时间:2017-12-20 09:27:08
    航空航天飞机的轻量化主要通过使用纤维增强塑料、铝和钛来实现。另一方面,这种材料的加工也为机床制造行业带来了新的挑战。“为了不断改进航空航天领域复杂构件及生产流程,整个价值链上的各个技术模块都需要紧密协作,相互补充”加工创新网办事处的负责人布普强调了这一点,该网络成员以联合展团的形式参加了2017年汉诺威EMO展。



       根据德国机床协会的数据表明,4.1%的机床都由来自航空航天领域的采购商所购得。如果参考德国机床整体生产水平(2015年:约112亿欧元-整机,非零部件),其中该行业所占份额为4.6亿欧元。在过去几年中,这一数字呈明显的上升趋势。2013年该行业所占市场份额仅为3.6%,2011年也只有2.5%。究其原因是增材制造工艺在航空航天领域的地位日益重要。
 

       德国汉诺威生产工程与机床研究所生产工艺部门主任格罗夫认为,在未来几年内飞机的数量会持续增长。这位科学家认为“与此同时航空航天也将成为创新的驱动力。飞机需要更灵活,更功能集约的,更牢固的构件,用以保证其在自动化生产链中的高效生产”。迄今为止,类似A350这样的长途运输飞机,其整体质量的50%是纤维增强塑料。这反而将对金属构件造成影响,因为传统航空材料铝与纤维增强塑料的组合会导致接触性腐蚀。格罗夫认为:“我们必须使用耐腐蚀的材料,比如钛合金,但是这种材料相较于铝非常不耐切割。在此增材制造就是一种有针对性的制造技术。”


       事实上这种技术在航空航天领域内还处于蹒跚学步的阶段。几周前件3D打印的用于飞行控制器上的零件才随着一架空客进行了首飞,该零件是由利勃海尔航空航天与运输公司生产的,是用于飞行控制的液压组件。由钛粉制成的阀块,作为扰流执行器的组成部分,可以用于诸如空客A380上。据制造商所述,钛粉材质的阀块和传统的钛锻件阀块具有相同的性能,但是却因为是由更少的单一组件构成的,所以重量也减轻了35%。


       利勃海尔航空航天与运输公司飞行控制与驱动系统,起落架系统与液压系统的常务董事兼首席技术官吕文斯得出结论:“在我们将3D打印工艺全面应用到航空工业中之前,还有一些工作需要处理。需要对粉状材料的激光参数和后期加工直到Z终成品的所有流程链上的环节进行优化,从而来优化这项技术的稳定性,成熟度以及经济性。”不过,3D打印技术的潜能和愿景将对未来几代飞机的研发产生深远影响。汉诺威的EOS 有限公司对增材制造在航空航天领域的作用进行了展示,该公司展出的是一个用于Ariane-6-上级驱动火箭驱动器Vinci的喷铸头,这个喷头通常由248个构件组成,并且由不同的生产步骤进行生产和组装。在注塑件方面,会通过在铜套上打8000多个横向孔,与122个喷铸元件精确地拧到一起,用以混合元件中流动的氢气与氧气。制造商将借助3D打印技术对此类铸件进行高效生产。A增材制造本身可以将功能集成、轻量化、简化设计以及缩短单个部件的生产时间等功能集于一身。生产Z初是在EOS M 290上进行并逐步完成的。然后在更大的EOS M 400-4系统上完成缩放。借助激光技术,可以四倍的速度制造发动机部件。


       凭借这种与单激光系统相比更高的生产率,AiO喷铸头的制造时间缩短了3倍,成本也降低了50%。由于设计简化,材料特性得到改良,与铸件质量相比壁厚大大降低了-同时坚固性不变。重量减轻25%意味着减少了安装时间,同时也降低了成本。

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