Témata
Reklama

Inovace v oblasti výroby leteckých motorů

Existuje jen málo odvětví, ve kterých je technický vývoj pod tak velkým tlakem jako v leteckém průmyslu, kde se mj. průběžně legislativně zpřísňují limity emisí CO2, zatímco tempo růstu tohoto trhu nezadržitelně stoupá a v příštích desetiletích se bude ještě zrychlovat. Technický výzkum a vývoj se proto soustředí především na motory. Cílem snah je zkonstruovat motor, který by byl co do spotřeby paliva úspornější a současně výkonnější. Že se tento přístup výrazně dotkne všech součásti hnacího mechanismu letadla, je jasné. Ve výrobě nutně stoupne podíl mimořádně odolných materiálů, jako například slitin niklu. Otázkou však je, jak materiály tohoto typu obrábět co nejpřesněji, co nejrychleji a co nejspolehlivěji. Jako odpověď se nabízí výkonná technologie ECM firmy Emag. Technologie třískového obrábění již nejsou úplně ideální. Se stroji ECM se výrobcům leteckých motorů otevírají nové možnosti.

Existuje jen málo odvětví, ve kterých je technický vývoj pod tak velkým tlakem jako v leteckém průmyslu, kde se mj. průběžně legislativně zpřísňují limity emisí CO2, zatímco tempo růstu tohoto trhu nezadržitelně stoupá a v příštích desetiletích se bude ještě zrychlovat. Technický výzkum a vývoj se proto soustředí především na motory. Cílem snah je zkonstruovat motor, který by byl co do spotřeby paliva úspornější a současně výkonnější. Že se tento přístup výrazně dotkne všech součásti hnacího mechanismu letadla, je jasné. Ve výrobě nutně stoupne podíl mimořádně odolných materiálů, jako například slitin niklu. Otázkou však je, jak materiály tohoto typu obrábět co nejpřesněji, co nejrychleji a co nejspolehlivěji. Jako odpověď se nabízí výkonná technologie ECM firmy Emag. Technologie třískového obrábění již nejsou úplně ideální. Se stroji ECM se výrobcům leteckých motorů otevírají nové možnosti.

Konstruktéři leteckých motorů vycházejí ze základní poučky: čím vyšší je teplota motoru, tím efektivnější je také jeho provoz. Letadlo je schopno běžnou trasu absolvovat s menším množstvím paliva, jeho dolet se prodlužuje. Co tyto podmínky znamenají pro materiály uvnitř letadlové turbíny, je nasnadě. S ohledem na zmíněný nárůst teplot upřednostňují vývojoví technici logicky mimořádně odolné materiály, které termické zatížení snášejí lépe. Jenže to je pouze „půlka pravdy“. Zároveň totiž stoupají nároky na technické provedení, resp. složitost komponent, což vyžaduje maximální přesnost výrobních procesů. Jen tato cesta povede ke splnění ambiciózních cílů, které si letecký průmysl před více než deseti lety vytyčil: 20procentní snížení emisí CO2 a spotřeby pohonných hmot.

Reklama
Reklama
Reklama

Obrábění náročných materiálů

Tento vývoj není ničím ojedinělým, dotýká se i jiných oblastí – za všechny uveďme automobilový průmysl. V letectví jsou však jeho dopady daleko závažnější, neboť celé odvětví stojí momentálně na pomyslné křižovatce. Z odborných odhadů vyplývá, že objem letecké dopravy v příštích dvou desetiletích poroste ročně o pět procent. Airbus ve svých prognózách počítá s poptávkou po 7 600 nových strojích za dekádu. To jsou skvělé vyhlídky, na druhou stranu však nesmíme zapomenout, že nové trhy nebude možné získat bez neustálého dalšího vývoje a zdokonalování leteckých motorů. Proto jsou prioritou číslo jedna právě nové hnací mechanismy.

Obrábění turbínového kola na stroji Emag PO 900 BF

Jakým způsobem ale potřebné nové a vysoce výkonné komponenty efektivně vyrábět? Skvělou volbou jsou mezi vývojáři a konstruktéry zatím ještě nepříliš známé technologie ECM a PECM (Precise Electro Chemical Machining) firmy Emag. Jedná se totiž o výrobní postupy, jejichž přednosti vynikají především ve výrobě složitých komponent z náročných materiálů. Obrábění velmi pevných slitin a dalších podobných materiálů provází pouze minimální opotřebení pracovních nástrojů. Finální plochy jsou velmi kvalitní – bez otřepů a beze změn struktury materiálu. Třískové obrábění způsobuje naopak celou řadu problémů. Teploty, za kterých tradiční obrábění probíhá, mívají negativní vliv na materiálovou strukturu, nástroje na zpracování velmi pevných materiálů krátkou životnost a volba rychlosti posuvu bývá s ohledem na ekonomičnost a současně filigránnost geometrie dílů také problematická. Od roku 2009, kdy se firma Emag touto technologií začala zabývat, již tyto stroje zakoupilo hned několik subjektů dodavatelského řetězce výrobců leteckých motorů. Šlo přitom o strojní zařízení na velmi přesnou a rychlou výrobu centrálních komponent, jako turbínová kola Blisk, disky a turbínové lopatky z niklových slitin.

Princip ECM

Elektrochemický výrobní postup zaručuje obzvlášť šetrný úběr materiálu. Obrobek funguje jako kladná anoda, nástroj jako záporná katoda. Meziprostor je vyplněn elektrolytem. Od obrobku se oddělují kovové ionty. Katoda, resp. nástroj s aktivními, elektricky vodivými částmi je přitom tvarován tak, aby úběrem materiálu vznikla požadovaná kontura. Obrysy jsou tedy vytvářeny bezdotykově, stejně jako kruhové kanálky, drážky či prohlubně – a to s maximální možnou přesností. Nástroj se přitom opotřebovává jen minimálně. Štěrbina, kterou elektrolyt protéká, je jednostranně podstatně zúžena. Přísun elektrolytu je optimalizován mechanickým oscilačním pohybem. Takto se dociluje velmi efektivního a přesného úběru materiálu.

Pracovní prostor stroje Emag PO 900 BF na obrábění turbínového kola technologií PECM (precise electro chemical machining)

Na výrobu turbínových kol vyvinula firma Emag stroj ECM s 11 obráběcími stanicemi ECM. Uvnitř tohoto strojního zařízení běží čtyři různé procesy – vrtání, tvarové obrábění, výroba rádiusů a leštění. Velmi pevný materiál Inconel je obráběn za posuvu 5 mm za minutu bez termického působení a bez otřepů. Tolerance činí 0,1 až 0,3 mm. Nástroje ECM mají velmi dlouhou životnost. Náklady na pracovní prostředky jsou tudíž ve srovnání s třískovým obráběním podstatně nižší.

Ověřování proveditelnosti v laboratořích

Specializovaná firma Emag ECM se sídlem v německém Gaildorfu nedaleko Schwäbisch Hall poskytuje v oblasti technologie ECM kompletní služby. Vystupuje jako zákazníkův partner pro technický vývoj. V centru areálu stojí moderní laboratoř. Zde se provádějí studie a výzkum jednoosých i víceosých strojních zařízení. Součástí laboratoře je také komplexní měřicí technika (drsnost, kontura, souřadnicové měřicí systémy).

Předmětem zkoušek není pouze proveditelnost, ale i ekonomická efektivita zvolené metody výroby konkrétní součásti z určitého materiálu.

Spolupráce s laboratoří RWTH Aachen

O faktu, že firma Emag ECM klade na svou technologii velmi přísné nároky, svědčí v neposlední řadě i spolupráce na poli vědy a výzkumu se specializovanou nástrojářskou laboratoří RWTH Aachen. Jejím předmětem jsou například experimentální rozbory elektrochemické zpracovatelnosti materiálu či simulace dokonalejší dimenzace katody. Cílem je přitom komplexní optimalizace. Na výrobním postupu se tak neustále pracuje, jak s ohledem na nové materiály, tak i na geometrii součástí.

Vícevřetenný stroj Emag ECM pro obrábění turbínových kol

Technologií ECM lze obrábět velké série a maximálně tvrdé materiály, což umožňuje dosahovat přesných výsledků bez negativního vlivu na materiál a perfektního povrchového zpracování. Díky modulární koncepci není problém technologii rychle upravit podle potřeb konkrétní součástky. S firmou Emag se navíc lze opřít o bohaté know-how v oblasti vývoje a výroby obráběcích strojů. Vývoj přitom staví na velmi důležitých inovacích, jako jsou lože z mineralitu, inteligentní softwarová a hardwarová rozhraní či automatizační přístupy.

Oliver Hagenlocher

ohagenlocher@emag.com
www.emag.com

Reklama
Související články
Zcela jiné možnosti s aditivními technologiemi

Nadnárodní společnost General Electric napříč všemi svými dceřinými společnostmi neustále prohlubuje obrovské know-how. Vlastní zkušenosti s vývojem aditivně vyráběných částí zejména pro potřeby leteckého průmyslu přesahující již dvě dekády daly podnět ke vzniku zákaznického centra. GE Additive otevřela v roce 2017 zákaznické centrum (Customer experience center – CEC) kousek od Mnichova, kde firmám nabízí pomoc s nelehkými začátky s aditivními technologiemi.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Výroba otvorů v GT rozvaděči turbovrtulového motoru

Turbovrtulové motory řady H – konkrétně typ H80 – vyrábí GE Aviation Czech v pražských Letňanech již pět let a nalezneme je například v dopravníkovém letounu L410 či v zemědělském Thrush 510G. Turbovrtulový motor GE série H se skládá přibližně z 3 000 dílů. Od začátku roku se na výrobě částečně podílí také elektroerozivní hloubička Penta 1060 CNC.

Související články
Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Optimalizace péče o ložiska zabraňuje odstávkám výroby

Ložiska jsou vysoce namáhanými součástmi pohonů, které v průběhu času podléhají opotřebení. S ohledem na to je zvláště důležité zahrnout je do plánů údržby, protože tato strategie pomáhá prodloužit životnost strojů nebo zařízení.

Značení s Mopa lasery

V posledních letech se lasery stávají dominantním způsobem značení produktů. V oblasti značicích technologií kontinuálně dochází k inovacím a lasery tak nahrazují čím dál více konvenční technologie.

Velmi rychlá dvojčata

SolidCAM a InventorCAM jsou jeden a tentýž CAM program integrovaný v různých CADech (SolidWorks a Autodesk Inventor), proto má smysl mluvit o obou najednou. Neliší se funkčně totiž opravdu vůbec, pouze je uživatel ovládá ve svém oblíbeném CADu.

Stroj na středění klikových hřídelí

Je všeobecně známo, že kliková hřídel je jednou z nejkritičtějších součástek motoru s vnitřním spalováním a jedním z nejsložitějších a nejkomplexnějších dílů z hlediska obrábění. Potřeba přesného vyvážení klikové hřídele, která je rozhodujícím faktorem pro celkovou účinnost motoru, se stala ještě důležitější, jelikož výrobci automobilů usilují o snižování emisí CO2 prostřednictvím lepšího výkonu motoru a strategií spočívajících v odlehčování. Díky různým vylepšením, kterých se v průběhu let dosáhlo v procesech kování a odlévání, už mají neopracované komponenty klikové hřídele téměř požadovaný tvar s mnohem menším množstvím přebývajícího materiálu. To znamená, že na konečné klikové hřídeli je třeba obrábět méně částí. Přináší to s sebou také zvýšenou potřebu přesného vyvážení se zmenšenou velikostí protizávaží, které se při vytváření těžiště často provádí.

Obrábění těžkoobrobitelných materiálů

Stále rostoucí požadavky výrobců proudových motorů vyžadují kontinuální vývoj žárupevných materiálů. Klasické metody obrábění jsou zde na hranici svých možností, efektivní alternativou je elektroerozivní řezání drátovou elektrodou.

Od aditivních strojů k hybridním zařízením

Zlepšující se funkčnost a výkon hardwaru, široká paleta volby materiálů a stále se zlepšující kvalita vyráběných součástí přispívají k růstu aditivní výroby. Technik ve výrobě tak získává neustále na významu.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Automatizace lidem práci nebere

Automatizaci se ve firmě Kovosvit MAS věnují od roku 2013. Z původního projektu vznikla samostatná divize MAS Automation a na letošní rok má plánované téměř dvojnásobné tržby oproti roku 2017. V porovnání s plánovaným obratem celého Kovosvitu jsou tržby divize zatím nevýznamné, ale průměrný růst divize o dvě třetiny ročně dokládá, že automatizace má v podniku ze Sezimova Ústí zelenou.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit