Die Luft- und Raumfahrt ist eine der komplexen und kritischen Branchen, in der bei der Herstellung von Komponenten strenge Qualitätsmaßnahmen eingehalten werden. Denn die Sicherheit von Passagieren und Flugzeugen hängt von präzisen Komponenten ab.
Schon eine kleine Abweichung kann zu einem katastrophalen Ausfall führen. Es steht also viel auf dem Spiel und die Fertigungstoleranzen sind eng, um sicherzustellen, dass jedes gefertigte Teil genau passt und gut funktioniert.
Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über die Genauigkeitsanforderungen und Standards bei der Herstellung von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt zu erfahren.
Genauigkeitsanforderungen bei der CNC-Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrt
Luft- und Raumfahrtkomponenten werden unter extremen Bedingungen wie hohem Druck, großer Hitze und hohen Belastungen betrieben. Deshalb muss jede Komponente mit höchster Genauigkeit hergestellt werden, um in solch kritischen Umgebungen reibungslos zu funktionieren.
Präzisionsanforderungen für verschiedene Luft- und Raumfahrtteile
Die Toleranzen und Präzisionsanforderungen variieren bei Luft- und Raumfahrtkomponenten zwischen ±0.005 und ±0.0001 Zoll.
Die des Flugzeugs strukurelle Komponenten, darunter Rumpfrahmen, Flügelholme und Leitwerk, sind während des Betriebs hohen Belastungen ausgesetzt. Außerdem sind sie eine Baugruppe aus mehreren Komponenten, deren Verbindung eine hohe Präzision erfordert. Für solche Komponenten liegen die Toleranzwerte bei ±0.005 bis ±0.002 Zoll.
Motorkomponenten wie Turbinenschaufeln und Rotoren erfordern engste Toleranzen, oft im Bereich von ±0.0001 Zoll. Da diese Teile bei hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen arbeiten, kann jede Abweichung zu Ineffizienzen oder gefährlichen Ausfällen führen.
Flugzeuge Steuerflächen (wie Klappen, Querruder und Höhenruder) steuern die aerodynamische Stabilität des Flugzeugs. Auch hier ist Präzision für Reaktionsfähigkeit und Kontrolle entscheidend. Ihre Toleranzwerte betragen bis zu ±0.002 Zoll.
Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit
In Luft- und Raumfahrtkomponenten8 µin Ra ist die Standardoberflächengüte. Bei einigen kritischen rotierenden Komponenten in aerodynamischen Maschinen kann sie jedoch nur 0.25 µin Ra betragen.
Rolle der CNC-Bearbeitung bei Genauigkeitsanforderungen
Jedes Bauteil für die Luft- und Raumfahrt wird durch einen Bearbeitungsvorgang oder eine Reihe von Vorgängen hergestellt. Die Präzision jedes Vorgangs ist begrenzt und spiegelt sich in den endgültigen Toleranzen der Teile wider.
Präzisions-CNC-Fräsen
Quelle: BoyinCNC
CNC-Fräsen wird für komplexe Teile mit detaillierten Merkmalen verwendet, wie z. B. Flugzeugkomponenten, Halterungen und Gehäuse. Die Fräsmaschinen sind vielseitig und können sowohl große als auch kleine Komponenten bearbeiten.
Moderne mehrachsige Fräsmaschinen (3-achsig, 4-achsig und 5-achsig) bieten höchste Präzision mit Toleranzen von bis zu ±0.0001 Zoll. Bei diesen Maschinen kann sich das Schneidwerkzeug in verschiedenen Winkeln und Positionen bewegen und schneiden, wodurch komplexe Geometrien mit minimalen Fehlern erreicht werden.
CNC-Drehen
Quelle: Dekmake
CNC-Drehen wird hauptsächlich für zylindrische und symmetrische Teile wie Wellen, Fahrwerkskomponenten und Motorzylinder verwendet. Bei diesem Bearbeitungsvorgang rotiert das Werkstück, während es von einem Schneidwerkzeug geformt wird. CNC-Drehzentren, insbesondere mehrachsige Drehzentren, können Toleranzen von bis zu ±0.005 Zoll erreichen.
Drahterodierbearbeitung
Beim Drahterodieren wird ein elektrisch geladener Draht verwendet, um das Material mit äußerster Präzision zu schneiden. Es wird zum Bearbeiten schwer zu bearbeitender Metalle (Wolfram) und zum Erstellen komplexer innerer Geometrien verwendet, die beim Fräsen möglicherweise nicht realisierbar sind.
Turbinenschaufeln, Einspritzdüsen und Komponenten von Steuermechanismen werden durch Funkenerosion hergestellt. Mit Drahterodiermaschinen lassen sich häufig Teile mit einer Genauigkeit von bis zu 0.0001 Zoll herstellen.
Laserschneiden
Oberflächenveredelungsverfahren für Luft- und Raumfahrtkomponenten
Obwohl CNC-Maschinen bei der Herstellung präziser Teile eine Rolle spielen, hängen die feinen Toleranzen in erster Linie von der endgültigen Oberflächenbeschaffenheit ab. Zur Feinabstimmung und Glättung bearbeiteter Teile sind die folgenden Oberflächenbearbeitungstechniken recht beliebt:
Eloxieren
Eloxieren ist ein elektrochemischer Prozess, der die Metalloberfläche in eine langlebige anodische Oxidschicht verwandelt. Es wird hauptsächlich bei Aluminiumteilen durchgeführt, um sie einzufärben und ihre Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Unter den Teilen werden normalerweise Halterungen und Gehäuse eloxiert.
Pulverbeschichtung
Pulverbeschichtung ist ein Veredelungsverfahren, bei dem trockenes Pulver elektrostatisch auf eine Oberfläche aufgetragen und dann unter Hitze ausgehärtet wird. Dadurch entsteht eine harte Schutzschicht, die sowohl ästhetisch ansprechend als auch langlebig ist.
HVOF-Beschichtung
Beim HVOF-Beschichten (High-Velocity Oxygen Fuel) wird geschmolzenes oder halbgeschmolzenes Material mithilfe eines Verbrennungsprozesses mit hoher Geschwindigkeit auf ein Substrat gesprüht. Das Ergebnis sind dichte Beschichtungen mit hervorragender Haftung. Diese Methode wird häufig bei Turbinenschaufeln in Luft- und Raumfahrttriebwerken eingesetzt.
Galvanotechnik
Beim Galvanisieren wird mit Hilfe von elektrischem Strom eine Metallschicht auf einem Substrat aufgebracht. Übliche Oberflächenbehandlungen sind Vernickeln für Korrosionsbeständigkeit, Verchromen für Glanz und Haltbarkeit und Vergolden für elektrische Komponenten. Befestigungselemente und Verbindungselemente in Luft- und Raumfahrtsystemen werden üblicherweise galvanisiert.
Überblick über Fertigungsstandards für die Luft- und Raumfahrt
Das Design und die Toleranzen von Luft- und Raumfahrtteilen unterliegen einigen Standardverfahren. Diese internationalen Normen regeln die Qualität und Maßgenauigkeit von Luft- und Raumfahrtteilen:
AS9100 D
AS9100 D ist ein weithin anerkannter Qualitätsmanagementstandard speziell für die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungsindustrie. Er basiert auf dem ISO 9001-Rahmenwerk, enthält jedoch zusätzliche, auf die Bedürfnisse der Luft- und Raumfahrt zugeschnittene Anforderungen wie Risikomanagement, Produktsicherheit und kontinuierliche Verbesserung.
ISO 12573:2010
ISO 12573:2010 bietet Richtlinien zur Bewertung der Maßgenauigkeit mechanischer Komponenten. Diese Norm konzentriert sich auf die Messmethoden und -techniken zur Bewertung der Genauigkeit hergestellter Teile und stellt sicher, dass sie die angegebenen Toleranzen einhalten.
ASME Y 14.5
ASME Y14.5 ist ein umfassender Standard, der das System der geometrischen Bemaßung und Tolerierung (GD&T) definiert, das zum Festlegen von Toleranzen für die Form, Ausrichtung und Position von Teilen verwendet wird.
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