Орбитальное сверление

В этой статье рассматривается орбитальное сверление – запатентованный процесс, разработанный специально для получения высококачественных отверстий без заусенцев с малыми допусками. Узнайте о том,  как происходит внедрение и развитие новых процессов на производстве. Залог успеха – разработка и поставка комплексных решений, включающих не только инновационные концепции оборудования, но и оптимизацию режущего инструмента под требования орбитального сверления.

Снабжение – залог успеха проектов всех аэрокосмических гигантов, в том числе и Boeing. Только в 2014 году корпорация потратила сумму, эквивалентную 57 миллиардов евро, на услуги 13 000 поставщиков из 47 стран. Среди них выделяется элитная группа, состоящая из 14 лучших организаций. Так, на премию «Поставщик года» была номинирована компания Novator AB, расположенная в Стокгольме – и эту награду она получает уже во второй раз. В своем выступлении во время церемонии награждения, состоявшейся в апреле 2015 года, Кент Фишер (Kent Fisher), отвечающий за работу с поставщиками в Boeing, отметил: «Своим успехом в 2014 году мы во многом обязаны отличной организации и слаженной работе всех звеньев цепочки снабжения. Мы столкнулись с постоянно растущей конкуренцией во всех сферах нашей деятельности. Чтобы оставаться лидерами на рынке, нам необходимы такие партнеры-поставщики, как Novator, которые понимают всю важность достижения и поддержания конкурентных преимуществ, основанных на качестве продукции, обслуживания и технической поддержки, которое соответствует и даже превосходит ожидания наших клиентов».

Novator – это высокотехнологичная проектно-конструкторская компания, создающая эффективные решения в области сверления. В ее штате около 20 человек, в основном, квалифицированных инженеров. Сам генеральный директор этой организации – Ханс Петтер Андерсон (Hans-Petter Andersson) – говорит о ней как о «маленькой и гибкой» компании. Чтобы оценить ее значимость, следует начать с того, что для обработки всех материалов для важнейших деталей характерен постоянный поиск идеального сочетания производственных и эксплуатационных характеристик. Самолетостроение весьма требовательно в этом отношении. Стремление к большей эффективности за счет снижения массы привело к более активному использованию композитов, иногда в сочетании с легкими и прочными металлическими сплавами.

Сверление отверстий – ключевой аспект авиационного производства. Одна из серьезных проблем заключается в том, что углепластики не обладают свойствами, характерными для механической обработки металлов и сплавов. Углеродное волокно очень абразивно и быстро изнашивает режущий инструмент, в то время как титан довольно твердый, что требует высокой прочности инструментов. Нагрузка на режущие кромки значительно усиливается, когда в обработке находится заготовка из гибридного материала, такого как пакет углепластик/титан или углепластик/алюминий. Неудивительно, что каждый разработчик старается оптимизировать соотношение прочности и массы материала, а это, в свою очередь, способствует появлению новых технологий производства, необходимых для решения данной проблемы.

Новый процесс для гибридных структур

Одним из таких методов обработки является орбитальное сверление – запатентованный процесс, разработанный специально для получения высококачественных отверстий без заусенцев с малыми допусками. Как ведущие самолетостроительные предприятия, так и Sandvik Coromant, производитель режущего инструмента, вплотную сотрудничают с изобретателями из компании Novator с целью внедрения и развития новых процессов на производстве. Залог успеха – разработка и поставка комплексных решений, включающих не только инновационные концепции оборудования, но и оптимизацию режущего инструмента под требования орбитального сверления. В прошлом году совместные семинары, проводимые Sandvik Coromant и Novator в японском городе Нагоя, заинтересовали участников преимущественно из аэрокосмической отрасли, что только подтверждает востребованность этого процесса обработки в данном секторе промышленности.

Вполне логично, что для материалов гибридного происхождения необходимо применять гибридные процессы обработки. По сути, орбитальное сверление не является сверлением в обычном понимании. На самом деле, этот процесс предполагает фрезерование, при котором режущий инструмент эксцентрично движется вокруг центра отверстия, одновременно вращаясь вокруг собственной оси и проходя сквозь заготовку. По словам Андерсона, в процесс сверления добавляется еще одно, третье, движение. Сочетание подачи, вращения шпинделя и орбитального вращения в результате обеспечивает движение инструмента через материал по спирали.

Для внедрения этого процесса специалисты Novator разработали ряд полностью программируемых полуавтоматических портативных систем, предназначенных для работы в аэрокосмической промышленности. Особенно они эффективны на линиях окончательной сборки или в производстве крупных узлов, требующих относительно крупных отверстий большой глубины. Обрабатывающие центры, безусловно, могут выполнять аналогичные процедуры с помощью круговой интерполяции, однако они куда больше, медленнее и не столь универсальны, как интеллектуальные портативные устройства от Novator, позволяющие избежать риска затяжных простоев, характерных для полностью автономных роботизированных систем.

Меньше нагрева, меньше нагрузок

Поскольку режущий инструмент всегда меньше, чем диаметр отверстия, при орбитальном сверлении выделяется меньше тепла, а стружка настолько мала, что с легкостью удаляется потоком воздуха. Осевое усилие также гораздо меньше, чем при традиционном сверлении, что позволяет избежать расслоения материала в работе с композитами и появления заусенцев при обработке металлов. Благодаря этому появляется возможность использовать сухое резание или резание с минимальным количеством смазки, обычно рекомендуемое для композитов, содержащих титан.

Орбитальное сверление обладает рядом преимуществ и с точки зрения затрат на инструменты. Зачастую износ инструмента в обычных системах усугубляется длительным контактом с заготовкой и воздействием на центр инструмента высоких температур. Процесс, разработанный Novator, предполагает частичное и прерывистое взаимодействие режущих кромок с поверхностью, что в сочетании с воздушным охлаждением исключает возможность перегрева и продлевает срок службы инструмента. Более того, при орбитальном сверлении необходимое отверстие выполняется всего за один проход, что повышает гибкость процесса. Достаточно небольшой регулировки, чтобы режущий инструмент определенного диаметра можно было использовать для получения отверстий разного размера. Это позволяет сократить объем инвентарных запасов ввиду отсутствия необходимости в специальных инструментах для выполнения дополнительных задач. Так, орбитальное сверление можно применять для адаптивной механообработки композитов, зенкования, развертывания и других процессов.

Нельзя не отметить и тот факт, что отсутствие в процессе охлаждающей жидкости способствует сохранению окружающей среды. Это весьма важный фактор, ведь производители все чаще отдают предпочтение экологически безопасному производству. Получаемая в результате сухая стружка не требует очистки и обработки, а стоимость ее продажи выше по сравнению с влажной. К другим положительным сторонам орбитального сверления можно отнести отвод тепла, который снижает риск плавления матрицы композитов и околошовной зоны в металлах. Кроме того, для удаления пыли во время обработки полых деталей вакуумная система может быть подключена к задней части инструмента, что исключает необходимость в разборке, очистке и повторной сборке.

Все это обеспечивает повышение качества, снижает вероятность повреждения детали стружкой, сокращает время обработки, увеличивая при этом продуктивность процесса и снижая производственные затраты.

И еще немного о технологиях

Для поддержки технологии резания, лежащей в основе процесса, было разработано еще несколько дополнительных функций под названием «Smart Templates» («умные шаблоны»). Это система распознавания, основанная на технологии радиочастотной идентификации (RFID). Рядом с каждой втулкой в сверлильном кондукторе устанавливается RFID-метка. Когда инструмент вставляется во втулку, антенна, встроенная в наконечник, считывает идентификационный номер метки и передает информацию на RFID-датчик, расположенный в блоке управления сверлильного аппарата. Эта технология позволяет задействовать отдельные алгоритмы сверления для каждой втулки или отверстия. Кроме того, для каждого уровня в слоистом материале могут быть оптимизированы такие параметры, как скорость обработки, подача, воздух/минимальное количество смазки. Таким образом, исключается возможность ошибки оператора – сверлильный аппарат попросту не начнет работать при контакте с неопознанной втулкой или заготовкой, в которой уже выполнено отверстие.

Процесс сборки узла «крыло-фюзеляж» – основа для разработок Sandvik Coromant

Sandvik Coromant сотрудничает с компанией Novator уже несколько лет. Последний заказ на оборудование был размещен в 2014 году и заключался в разработке систем для создания режущих инструментов Sandvik Coromant для орбитального сверления. Последний заказ на поставку, поступивший от Boeing в этом году, основывался на успешном внедрении процесса орбитального сверления для сборки узла «крыло-фюзеляж», применяемого в изготовлении самолетов Dreamliner 787. Также четыре аппарата для орбитального сверления будут использованы для изготовления частей соединения «крыло-фюзеляж» при производстве новых воздушных судов CSeries компании Bombardier, расположенной в канадском городе Квебек. Компания Airbus также предпочла эту технологию для реализации программы A350 XWB. Системы, созданные Novator, будут применяться и в производстве пилонов двигателей в Тулузе (Франция). Технология орбитального сверления позволит специалистам Airbus просверливать и устанавливать крепежные элементы на пилонах без разборки конструкции для удаления заусенцев и очистки.

Источник материала: перевод статьи 
The rise of orbital drilling,
Advanced Manufacturing



Понравилась статья? Поделитесь: