Aviacijos ir erdvės plastiko įpurškimo liejimas: pagrindiniai komponentai, dizaino svarstymai, medžiagos ir ateities tendencijos
Prieš septynias savaites gynybos rangovo kokybės vadovas atsiuntė mums nuotraukas, kuriose užfiksuoti PEEK jungčių korpusai, kurie pradėjo trūkinėti surinkimo linijoje. Dalys iš tos pačios gamybos partijos, to paties tiekėjo, tos pačios medžiagų partijos-kai kurios tobulos, kitos sugedusios. Tikslūs jo žodžiai: „Naudojamės šiuo tiekėju trejus metus ir dabar viskas griūva“.
Mes to projekto nepriėmėme. Ne todėl, kad negalėjome išsiaiškinti, kas nutiko,-pagrindinė priežastis buvo akivaizdi per valandą po to, kai peržiūrėjome proceso įrašus,-bet todėl, kad tikroji problema buvo ne dalys. Tikroji problema buvo ta, kad jų tiekėjų kvalifikacijos procese niekada nebuvo užduodami tinkami klausimai.
Dabar tokia situacija prie mūsų durų pasirodo maždaug kartą per mėnesį. Kažkas kvalifikavo tiekėją pagal sertifikatus ir kainą, metus ar dvejus gamino be problemų, tada kažkas pasikeitė ir staiga niekas neveikia. Tiekėjas prisiekia, kad niekas nepasikeitė. Klientas neturi duomenų, kurie įrodytų priešingai. Visi rodo pirštais, kol gamybos linija neveikia.
Nepatogi tiesa apie aviacijos ir kosmoso plastiko konversijos projektus
Konvertavimo iš metalo-į-plastiką ekonomika popieriuje atrodo įspūdingai. Svoris sutaupomas dėl degalų sąnaudų per orlaivio tarnavimo laiką. Vieneto sąnaudos sumažėja perpus ar daugiau, kai yra tūris. Pristatymo laikas sutrumpėja nuo mėnesių iki savaičių.
Visur minimas Aitiip-Liebherr bendradarbiavimas-40 % svorio sumažinimas, 30 % išlaidų sutaupymas – parodo, kas nutinka, kai viskas klostosi gerai. Kas nepatenka į šiuos atvejų tyrimus: aštuoniolika mėnesių proceso kūrimo, trys įrankių iteracijos, investicijos į specializuotą įrangą, dėl kurių šie skaičiai buvo įmanomi.
Praėjusį ketvirtį citavome laikiklio programą, kurioje kliento esamos aliuminio apdirbimo išlaidos siekė apie 400 USD už vienetą. Mūsų įpurškimo formavimo kaina buvo mažesnė nei 60 USD. Aiškus sprendimas, tiesa?
Išskyrus atvejus, kai aliuminio laikiklis turėjo apdirbtą sandarinimo paviršių su 0,4 Ra apdailos reikalavimu. Norint pasiekti tokią paviršiaus kokybę tiesiai nuo formos, reikia modifikuoti įrankius, kurie padidino įrankio kainą 35 000 USD. Arba galėtume jį suformuoti ir apdirbti sandarinimo paviršių, -kas padidino tvarkymą, antrines operacijas ir sumažino vieneto kainą iki 85 USD.
Vis tiek geras projektas. Vis dar daug sutaupyti. Tačiau atotrūkis tarp antraštės skaičiaus ir tikrojo skaičiaus yra svarbus, kai finansai atlieka atsipirkimo skaičiavimus. Dėl šios spragos žūsta projektai. Geri projektai, projektai, kurie turėtų įvykti, miršta, nes kažkas pirmiausia pateikė optimistinį atvejį, o paskui turėjo jį grąžinti.
Ko iš tikrųjų reikia PEEK apdorojimui
Victrex ir Solvay medžiagų duomenų lapuose skelbiami apdorojimo parametrai, kurie puikiai tinka pramonėje. Šie parametrai sukurs aviacijos ir kosmoso dalis, kurios praeis matmenų patikrą ir nebus naudojamos.
Pelėsių temperatūra yra akivaizdus pavyzdys. Paskelbtas minimumas yra apie160 laipsnių. Dalys, suformuotos tokioje temperatūroje, atrodo tinkamai, matuojasi ir turi gal 25% kristališkumo. Dalys suformuotos ties190-200 laipsniųpasiekia 35%+ kristališkumą. Nuovargio trukmės skirtumas nėra laipsniškas{3}}, jis yra dauginamasis.
Problema ta, kad bėgimas200 laipsniųpelėsių temperatūrai reikalingos alyvos šildymo sistemos, tinkamos šiluminės masės formos ir proceso valdymo mechanizmai, kurių dauguma įrenginių neturi. Aplink yra parduotuvė, kurioje veikia karšto vandens temperatūros reguliatorius95 laipsnių. Jie vis tiek gali suformuoti PEEK. Dalys vis tiek bus išsiųstos. Galiausiai dalys vis tiek suges taip, kad labai sunku atsekti apdorojimo sąlygas.
Anglies{0}}užpildytos markės prideda dar vieną sluoksnį. Šlyties kaitinimas iš anglies pluošto užpildo keičia šiluminį profilį per statinę. Standartinės varžtų geometrijos, kurios puikiai tinka stiklu užpildytoms medžiagoms, sukuria karštas vietas su anglies užpildu. Medžiaga lokaliai suyra net nepasiekdama pelėsių. Jūs negalite to pamatyti. Negalite jo išmatuoti atliekant patikrinimą. Sužinosite, kai dalys pradeda gedti lauke.
Nėra sertifikato, patvirtinančio šią konkrečią galimybę. AS9100 apima kokybės sistemas. NADCAP apima specialius procesus. Nė vienas neklausia, ar įrenginys iš tikrųjų gali būti laikomas200 laipsniųpelėsių temperatūra viduje±3 laipsniaiper kelių{0}}ertmių įrankį paleisdami anglies-užpildytą PEEK. Į šį klausimą atsakoma tik atliekant tiekėjų kvalifikacijos auditą,{3}}jei auditorius žino, kad reikia to užduoti.
Sertifikavimo problema, apie kurią niekas nekalba
AS9100D registracija reiškia, kad įmonė turi dokumentais patvirtintus kokybės valdymo procesus. Tai nereiškia, kad jie gali gaminti jūsų dalis. Matėme, kad AS9100-sertifikuotos įmonės siūlo aukštos temperatūros polimerų projektus, kai jų įranga fiziškai negali pasiekti reikiamų proceso sąlygų.
Tai nebūtinai yra sukčiavimas. Daugelis įrenginių tikrai tiki, kad gali apdoroti bet kokį termoplastiką, nes mašinos yra skirtos temperatūros diapazonui. Jie nesupranta, kad įvertinimai ir nuolatinis pajėgumas yra skirtingi dalykai arba kad egzistuoja specifiniai procesų reikalavimai, nei aiškiai nurodyta duomenų lape.
NADCAP akreditacija suteikia daugiau pasitikėjimo, nes patvirtina konkrečius gamybos procesus, o ne bendras sistemas. Tačiau akreditacijos apimtis yra svarbi. Įstaiga, akredituota standartiniams liejimo įpurškimo procesams, galėjo niekada neleisti aukštos temperatūros polimero per tą akredituotą kamerą. Akreditacija apima procesą, o ne visą įmanomą medžiagą, kurią teoriškai būtų galima apdoroti.
Iš tikrųjų svarbūs audito klausimai neturi nieko bendra su sertifikatais. Jie apima konkrečius proceso parametrus konkrečioms jūsų programos medžiagoms, dokumentais pagrįstus proceso pajėgumų tyrimus ir istorinius panašių programų derliaus duomenis. Jei tiekėjas negali pateikti tų dokumentų, sertifikavimas nėra svarbus.
Medžiagos pasirinkimas be duomenų lapo
PEEK dominuoja aviacijos ir kosmoso plastikiniuose pokalbiuose, nes atlaiko įvairiausias sąlygas-temperatūra, cheminės medžiagos, mechaninis įtempis, spinduliuotė. Tai taip pat kainuoja apie 100 USD už kilogramą, o tai reiškia, kad medžiagų sąnaudos tampa nemažos esant bet kokiam protingam kiekiui.
PPS
PPS tvarko daugelį tų pačių programų už 25–30 USD už kilogramą. Kompromisai yra siauresni apdorojimo langai, mažesnis atsparumas smūgiams ir didesnis jautrumas pluošto orientacijos poveikiui. Komponentams, kurie pirmiausia matys statinę apkrovą chemiškai agresyvioje aplinkoje, PPS dažnai yra prasmingesnė nei PEEK. Visiems, kuriems taikomi dinaminės apkrovos ar smūgio reikalavimai, sąnaudų skirtumas nėra svarbus.
Ultem
Dėl dielektrinių savybių ir būdingo atsparumo liepsnai Ultem rodomas elektros ir elektronikos korpusuose. Apdorojimo temperatūra yra žemesnė nei PEEK, reikalavimai įrangai yra ne tokie griežti, o medžiagų kaina yra kažkur tarp jų. Tais atvejais, kai elektros charakteristikos yra svarbesnės nei mechaninės, Ultem išvengia PEEK sąnaudų ir apdorojimo komplikacijų nepakenkiant funkcijoms.
Pokalbis apie medžiagų atranką dažniausiai vyksta per vėlai kūrimo procese. Kai dalys pasiekia citatos etapą, inžinerija jau nurodė medžiagą, pagrįstą paskelbtomis savybėmis, neatsižvelgdama į gamybos pasekmes. Keičiant medžiagą tuo metu reikia iš naujo-patvirtinti, atnaujinti brėžinius, potencialiai naujus įrankius- – visa tai padidina sąnaudas ir delsą, kurių būtų buvę galima išvengti anksčiau įtraukus tiekėją.
Įrankių investicijos ir programų ekonomika
Įpurškimo formų įrankiai, skirti aviacijos ir kosmoso reikmėms, paprastai kainuoja nuo 50 000 iki 150 000 USD, priklausomai nuo sudėtingumo. Skaičius sukuria lipdukų šoką programoms, kurios istoriškai įsigijo apdirbtas dalis be investicijų į įrankius.
Toks palyginimas praleidžia prasmę. Mechaniškai apdorotų dalių įrankių kaina priklauso kiekviename{1}}tvirtinimo, programavimo, mašinos sąrankos ir kvalifikacijos vienetui. Šios išlaidos tiesiog įtraukiamos į vieneto kainą, o ne nurodomos atskirai. 400 USD apdirbta dalis gali apimti 80 USD amortizuotų sąrankos ir programavimo išlaidų, kurių niekas neseka, nes jai nėra eilutės elemento.
Dar svarbiau, kad investicijos į įrankius sukuria svertą. Kai įrankis yra ir yra kvalifikuotas, papildomų dalių kaina artėja prie žaliavos ir ciklo trukmės. Gamyba gali padidėti atsižvelgiant į paklausą. Galimi skubūs užsakymai. Dizaino pakeitimai, kuriems reikia visiškai iš naujo{4}}programuoti apdirbimą, tampa įrankių modifikacijomis, palaikančiomis proceso patvirtinimą.
Programos, kuriose liejimo liejimas nėra prasmės, yra mažos{0}}apimties, didelio-mišrios programos, kuriose įrankiai negali efektyviai amortizuotis, o geometrija dažnai keičiasi. Mažiau nei 500 viso naudojimo vienetų, apdirbimas paprastai laimi. Virš šios slenksčio skaičiavimas pasislenka priklausomai nuo dalies sudėtingumo, tolerancijos reikalavimų ir programos trukmės.
Ką iš tikrųjų apima kvalifikacija
Pirmasis aviacijos ir kosmoso įpurškimo formų dalių patikrinimas yra labiau susijęs, nei tikisi dauguma pirkėjų. Pats FAI yra paprastas-matmenų patikrinimas pagal brėžinį, medžiagų sertifikavimą ir proceso parametrų dokumentus. Proceso patvirtinimas, kuris vyksta prieš FAI, yra tada, kai programos pasiseka arba nepavyksta.
Ertmės slėgio stebėjimasant kvalifikacinių dalių nustato proceso parašą, kurį turi atitikti gamybos eigos. Tai neprivaloma svarbioms programoms. Ertmės slėgio pėdsakai rodo, ar dalis teisingai užpildyta, tinkamai supakuota ir tinkamai atvėsinta kiekvieną kartą. Dalys, kurios matuoja teisingai, bet turi nenormalių slėgio pėdsakų, rodo proceso nestabilumą, dėl kurio ilgainiui atsiras defektų.
Kristališkumo patikrinimassvarbios PEEK ir kitoms pusiau{0}}kristalinėms medžiagoms. Kvalifikacinių mėginių DSC analizė nustato pradinį kristališkumo lygį. Gamybines dalis galima vietoje-patikrinti, ar jos atitinka bazinę liniją. Kai tiekėjo procesas-tyčia ar ne-svyruoja, kristališkumas dažnai yra pirmasis požymis, kad kažkas pasikeitė.
Statistinio proceso galimybėreikalauja imties dydžių, apskaičiuotų pagal kritinių matmenų skaičių ir reikiamą patikimumo lygį. Trisdešimt-dviejų dalių su trimis kritiniais matmenimis, esant 1,33 Cpk, pavyzdžių nepakanka. Matematika nėra sudėtinga, tačiau ji dažnai daroma neteisingai, todėl atliekami gebėjimų tyrimai, kurie iš tikrųjų neparodo gebėjimų.
Pasiūlymų skaitymas ir raudonųjų vėliavų atpažinimas
Citatos daugiau pasako apie faktines tiekėjo galimybes, o ne jų pristatymai.
Atlikimo laiko įverčiai, kurie atrodo identiški atsižvelgiant į skirtingų dalių sudėtingumą, rodo, kad tiekėjas iš tikrųjų neįvertino jūsų konkrečių reikalavimų. Paprasto vieno-ertmės įrankio iš P20 plieno veikimo laikas skiriasi nuo keturių-ertmių H13 įrankio su konforminiu aušinimu. Jei citatoje nurodyta „16 savaičių“ abiem atvejais, kažkas naudoja šabloną, o ne inžineriją.
Medžiagos specifikacijos, parašytos kaip „PEEK arba lygiavertė“ be pažymos, nurodo tiekėją, planuojantį pirkti pigiausią, techniškai tinkantį variantą. Struktūrinėms reikmėms skirtumas tarp PEEK 450G ir 150G nėra trivialus. Jei citatoje neklausiama, kokio lygio, tiekėjas nesupranta paraiškos.
Pirmųjų straipsnių kiekiai apvaliais skaičiais-tiksliai 50, lygiai 100 – rodo, kad imties dydis nebuvo apskaičiuotas pagal jūsų konkrečius tolerancijos reikalavimus. Proceso pajėgumų patvirtinimo imties dydžiai priklauso nuo kritinių charakteristikų skaičiaus ir reikalaujamo patikimumo lygio. Skaičiuojant retai gaunami apvalūs skaičiai.
Vieneto kaina, kuri smarkiai sumažėja, kai programa niekada nepasieks, rodo, kad tiekėjas perka verslą su patraukliu antraštės numeriu. Jei jūsų metinis kiekis yra 2 000 vienetų, o pasiūlyme nurodyta patraukli 10 000 vienetų kaina, ta kaina nėra svarbi. Pažiūrėkite į skaičių, atitinkantį jūsų tikrus poreikius.
Plėtros laiko juostos realybės
Įprastomis aplinkybėmis naujoms aviacijos ir kosmoso liejimo programoms reikia 20–30 savaičių nuo pradinio naudojimosi kvalifikuotomis dalimis. Ši laiko juosta apima DFM analizę, įrankių projektavimą, įrankių kūrimą, proceso kūrimą, pirmojo gaminio patikrinimą ir kvalifikacijos dokumentaciją.
Bandymai suspausti tą laiko juostą dažniausiai nepavyksta. Įrankio kūrimą galima paspartinti išleidžiant pinigus-viršvalandžiams, aukščiausios kokybės medžiagomis ir tam skirtais pajėgumais. Proceso kūrimas negali būti suspaustas, nes fizika lemia, kiek iš tikrųjų užtrunka medžiagų bandymas, procesų studijos ir kvalifikacijos kėlimas. Plienas vėsta tokiu greičiu, kaip jis vėsta. Polimeras kristalizuojasi tokiu greičiu, kaip kristalizuojasi.
Programos, kurios prasideda agresyviomis laiko juostomis, paprastai baigiasi vėliau nei programos, kurios prasidėjo tikroviškomis laiko juostomis. Agresyvus grafikas sukuria spaudimą praleisti proceso kūrimo etapus, kurie turi būti kartojami, kai gamyboje atsiranda problemų. Įrankis, kuris pristatomas dviem savaitėmis anksčiau, bet gamina dalis, kurių laužo procentas yra 15 %, iš tikrųjų nėra anksčiau nei numatyta.
Esamų, kvalifikuotų įrankių avariniai terminai skiriasi. Kvalifikuotų įrankių perkėlimas tarp įrenginių arba gamybos iš naujo paleidimas po pauzės gali įvykti per savaites, o ne mėnesius, nes procesas jau buvo tobulinamas. Naujose programose tokios galimybės nėra.
Kai įpurškimas nėra sprendimas
Kai kurios kosminės erdvės programos neturėtų būti įpurškiamos, nepaisant tūrio ekonomijos.
Komponentai su koncentruotais įtempiais nenuspėjamomis kryptimis veikia nenuosekliai pluoštu{0}}sustiprintuose termoplastikuose. Pluošto orientacija atitinka srauto modelius, kurie priklauso nuo vartų vietos, dalies geometrijos ir užpildymo greičio. Dalis yra stipri ten, kur pluoštai susilygina su stresu, ir silpna, kur ne. Norint nuspėti ir kontroliuoti pluošto orientaciją, reikia modeliavimo galimybių ir apdorojimo valdymo priemonių, kurios padidina sąnaudas ir sudėtingumą.
Užsandarinti paviršius, kuriems reikalinga apdaila, viršijanti tą, kurią galima pasiekti formuojant, reikia antrinio apdirbimo. Toks apdirbimas pašalina liejimo proceso liekamąjį įtempį ir gali sukelti matmenų poslinkį ypatybėse, kurios buvo teisingai išmatuotos prieš apdirbant. Formavimo ir apdirbimo derinys padidina toleranciją{2}}, kurios išvengiama atliekant gryną apdirbimą arba liejimą.
Dalims, kurioms reikalingas po{0}}formos surinkimas su trukdančiomis jungtimis arba įspaustais{1}}įdėklais, laikui bėgant reikalingas matmenų stabilumas, kurio kai kurie polimerai negali užtikrinti. Dėl šliaužimo ir įtempių atsipalaidavimo termoplastikuose trukdžių tvirtinimai atsipalaiduoja per mėnesius ar metus. Dizainui, kuris puikiai tinka aliuminiui, gali prireikti esminių pakeitimų, kad jie veiktų plastike.
Labai maži didelių dalių geometriniai nuokrypiai lemia plastiko ir matavimo įrangos šiluminio plėtimosi skirtumus. 300 mm plastikinė dalis, matuojama 20 laipsnių kampu, gerokai skirsis 35 laipsnių kampu. Matavimo sąlygų apibrėžimas tampa matmenų specifikacijos dalimi, o ne visos tikrinimo įstaigos gali išlaikyti reikiamą aplinkos kontrolę.
Pokalbio pradžia
Jei jūsų darbalaukyje yra aviacijos ir kosmoso plastiko liejimo įpurškimo projektas-naujas kūrimas, esamos tiekėjo problemos, metalo konversijos įvertinimas-, kelias priklauso nuo to, kur vykstate.
Ankstyvojo{0}}medžiagos atrankos etapui naudingas tiekėjo įvestis prieš inžinerijai užbaigiant specifikacijas. Medžiagų pasirinkimo pasekmės gamybai veikia projekto ekonomiką taip, kad duomenų lapų palyginimai neapima. Potencialių tiekėjų įtraukimas medžiagų parinkimo metu, o ne po to, užkerta kelią specifikacijos sprendimams, kurie sukelia tolesnių problemų.
Esamo dizaino programoms prieš cituojant reikia įvertinti pagaminamumą. DFM analizė nustato problemas, kurios kitu atveju iškiltų derinant įrankį arba atliekant gamybos tempą. Analizės kaina yra nereikšminga, palyginti su įrankių modifikacijų ar gamybos kokybės problemų kaina.
Esant dabartinėms tiekėjo situacijoms, kurios neveikia, reikia sąžiningai įvertinti, ar problemą galima išspręsti su esamu tiekėju, ar reikia kvalifikuoti alternatyvų šaltinį. Kartais atsakymas yra esamo tiekėjo proceso tobulinimas. Kartais atsakymas prasideda nuo to, kas turi tinkamus gebėjimus.
Mes sprendžiame visas šias situacijas, bet ne visos jos atitinka tai, ką darome gerai. Pradinis pokalbis nustato, ar yra atitiktis. Jei yra, pereiname prie oficialios citatos. Jei nėra, mes taip sakome.
Aviacijos ir erdvėlaivių plastiko liejimo liejimo tiekimo bazė svyruoja nuo prekių liejėjų, kurie tikisi išaugti į kosmosą, iki specializuotų įrenginių, kuriuose daugiausia dėmesio skiriama didelio našumo-polimerų apdorojimui. Sertifikatai jų patikimai neatskiria. Kaina jų patikimai neatskiria. Pajėgumai išryškėja tik atlikus išsamų techninį įvertinimą arba, deja, dėl gamybos problemų.
Šiame straipsnyje pateikiami klausimai yra šio vertinimo pagrindas. Atsakymai nustato, ar tiekėjas iš tikrųjų turi tai, ko reikalauja jūsų programa,{1}}ar jo pasiūlymas atspindi galimybes, kurių jis dar nesukūrė.