Wybrane Kierunki Zwiększenia Wydajności Procesów Skrawania

Transkrypt

1 POLSKIE ZAKŁADY LOTNICZE A SIKORSKY COMPANY Włodzimierz Adamski Wybrane Kierunki Zwiększenia Wydajności Procesów Skrawania VIII Forum InŜynierskie ProCAx II Międzynarodowe Targi Metod i Narzędzi do Wirtualizacji Procesów WIRTOTECHNOLOGIA XI 2009

2 AGENDA 1. Jak będzie wyglądał świat w 2050 r? 2. Foresight technologiczny dla przemysłu lotniczego i maszynowego 3. Priorytetowe technologie w branŝy lotniczej najistotniejszych technologii, które zostały oceniane najwyŝej 5. Nowoczesne Obrabiarki CNC a czas obróbki 6. Przykłady zastosowania technologii HSM w PZL Mielec 7. Boeing 787 Dreamliner i Black Hawk w PZL Mielec A Sikorsky Company 8. Przykłady z KAI Korea Aerospace Industries 9. Krzywe workowe 10. Sposób b obiegu i wykorzystania modeli CAD/CAM w teorii i w praktyce 11. Przykład Mapowanie Procesu Technologicznego 12. Systemy Adaptacyjne 13. Sieć DNC przy obróbce HSM 14. Metody optymalizacji obróbki 15. Wirtualna obróbka - unikanie kolizji 16. Przykłady kolizji oprawki z imadłem 17. Przykłady kolizji oprawki z materiałem obrabianym i szybkie posuwy wyjazdowe w materiale

3 Naukowcy próbują przewidzieć, jak będzie wyglądał świat w 2050 r. i na podstawie tych prognoz wybrać najkorzystniejsze dla Europy drogi rozwoju ChociaŜ prawdopodobnie wielu z Ŝyjących obecnie na świecie ludzi doŝyje roku 2050, to o tym, jak świat będzie wtedy wyglądał, decydować będą ludzie, którzy się jeszcze nie urodzili.

4 Foresight technologiczny dla przemysłu lotniczego jeden kg masy silnika odrzutowego produkowanego w WSK PZL Rzeszów kosztuje ~5000 $ jeden kg masy samolotu odrzutowego produkowanego w PZL Mielec kosztuje ~3000 $ jeden kg masy średniej klasy samochodu osobowego w Polsce kosztuje ~15 $ Produkcja lotnicza na tle produkcji samochodowej $5 000 $4 000 $3 000 Na ten jeden kilogram masy wyrobu składa się praca wielu naukowców, inŝynierów, techników i wybitnych specjalistów warsztatowych. Te wskaźniki wyraźnie pokazują na który przemysł strategicznie w Polsce naleŝy kłaść nacisk jeden kg masy silnika odrzutowego produkowanego w WSK PZL Rzeszów $2 000 $1 000 $0 1 jeden kg masy samolotu odrzutowego produkowanego w PZL Mielec jeden kg masy średniej klasy samochodu osobowego w Polsce

5 Foresight technologiczny dla przemysłu lotniczego i maszynowego Politechnika Rzeszowska zrealizowała Projekt badawczy: Priorytetowe technologie dla zrównowaŝonego rozwoju województwa podkarpackiego. Celem tego projektu było określenie najwaŝniejszych perspektywicznych technologii, które przyczynią się do zrównowaŝonego rozwoju województwa podkarpackiego w najbliŝszych latach Szczególny nacisk połoŝono na te technologie, które są najbardziej nowoczesne lub będą ewoluowały w przyszłości w perspektywie do ok. 25 lat. Wykazano technologie przyszłości zwłaszcza w branŝy lotniczej w odniesieniu do warunków województwa podkarpackiego.

6 Suma punktów Lp Perspektywiczne technologie w branży Ocena wykona -lności Ocena atrakcyj -ności Ocena wpływu technol ogii na zrówno ważony rozwój Ogólnie 1 Wykonywanie części metodami HSM (high speed machining) i HPM (high performance machining) Doskonalenie procesów i technologii odlewania Technologia monokryształów Technologie wytwarzania i obróbki materiałów kompozytowych (w tym materiałów typu GLARE) Kształtowanie plastyczne struktur cienkościennych Kształtowanie nadplastyczne (SPF) oraz kombinacja SPF i DG (Direct Gluing) Doskonalenie technik badań nieniszczących Rozwój pokryć i powłok Ŝaroodpornych, antyerozyjnych oraz dyfuzyjnych Technologie Rapid Prototyping, Manufacturing i Tooling Odlewanie precyzyjne SD, GR, EQ i inne Zaawansowane technologie łączenia elementow konstrukcyjnych Symulacja stanów i procesów technicznych oraz technologicznych

7 Ocena wpływu technologii , , , ,5 98 Wykonywanie części metodami HSM (high speed machining) i HPM (high performance machining) Doskonalenie procesów i technologii odlewania Technologia monokryształów Technologie wytwarzania i obróbki materiałów kompozytowych (w tym materiałów typu GLARE) Kształtowanie plastyczne struktur cienkościennych Kształtowanie nadplastyczne (SPF) oraz kombinacja SPF i DG (Direct Gluing) Doskonalenie technik badań nieniszczących Rozwój pokryć i powłok Ŝaroodpornych, antyerozyjnych oraz dyfuzyjnych Technologie Rapid Prototyping, Manufacturing i Tooling Odlewanie precyzyjne SD, GR, EQ i inne 97,5 Ogólnie Perspektywiczne technologie w branŝy Zaawansowane technologie łączenia elementow konstrukcyjnych Symulacja stanów i procesów technicznych oraz technologicznych

8 LP Perspektywiczne technologie w branŝy Zastosowanie technologii Wykonywanie części metodami HSM (high speed machining) i HPM (high performance machining) Doskonalenie procesów i technologii odlewania Technologia monokryształów Technologie wytwarzania i obróbki materiałów kompozytowych (w tym materiałów typu GLARE) Kształtowanie plastyczne struktur cienkościennych Kształtowanie nadplastyczne (SPF) oraz kombinacja SPF i DG (Direct Gluing) Doskonalenie technik badań nieniszczących Rozwój pokryć i powłokŝaroodpornych, antyerozyjnych oraz dyfuzyjnych Technologie Rapid Prototyping, Manufacturing i Tooling Odlewanie precyzyjne SD, GR, EQ i inne Zaawansowane technologie łączenia elementow konstrukcyjnych Symulacja stanów i procesów technicznych oraz technologicznych High Speed Machining umoŝliwia frezowanie takich złoŝonych konstrukcji szczególnie ze stopu aluminium jakie nie były moŝliwe praktycznie przedtem. Wytwórcy integralnych części mogą wykonywać cienkie ścianki co pozwala zmniejszać ich cięŝar oraz zmniejszać czas podczas montaŝu. Wytwórcy części mogą zrezygnować z odlewów, co przyśpieszy i uelastyczni ich produkcję. Proces = odlew + obróbka skrawaniem zastąpić tylko jednym procesem obróbką skrawaniem z pełnego materiału. Zastąpienie w zespołach części blaszanych częściami integralnymi z OSN. Doskonalenie i opracowywanie procesów i technologii: przygotowania ciekłych stopów, mas formierskich i rdzeniowych oraz form o najwyŝszej jakości. Opracowanie i wdraŝanie nowoczesnych metod kontroli jakości ciekłego metalu, mas formierskich i rdzeniowych, form oraz odlewów. Mechanizacja, automatyzacja i robotyzacja w procesie wytwarzania wysokojakościowych odlewów. Opracowywanie i wdraŝanie niekonwencjonalnych metod poprawy właściwości komponentów odlewniczych. Technologie mają na celu kształtowanie materiałów z jednoczesnym nadaniem im odpowiednich właściwości mechanicznych poprzez nadanie wymaganej struktury wewnętrznej wyrobu (wraz z uzyskiwaniem zróŝnicowania tej struktury w przypadku skomplikowanych elementów - Główne zastosowanie w lotnictwie tam gdzie jest wymagana duŝa wytrzymałość i mały cięŝar. Zastosowanie w przemyśle zbrojeniowym, samochodowym (formuła F-1). Dowolny kształt i łatwy montaŝ. Technologia przeróbki plastycznej, umoŝliwiająca uzyskanie wysokiej dokładności wymiaru i kształtu wyrobów. Obróbka plastyczna pozwala na znaczne oszczędności materiałowe dzięki zmniejszeniu warstwy obrabianej w kolejnych operacjach Do wykonywania bardzo wytrzymałych lotniczych konstrukcji jak wręgi Ŝebra czasem składających się z kilku warstw róŝnych materiałów Szczególne znaczenie dla rozwoju nowoczesnego przemysłu lotniczego mają metody badań nieniszczących, gwarantujących osiągnięcie wysokiej dokładności pomiarów, co przyczyni się do poprawy bezpieczeństwa. Grupy technologii, które mają na celu nadanie powierzchni wytwarzanych elementów odpowiednich właściwości - odporności na wysoką temperaturę, korozję itp. Szczególnie istotne w branŝy lotniczej, w przypadku której wyroby eksploatowane są w ekstremalnych warunkach (wysokie temperatury, częste zmiany temperatury elementów). Szybkie wykonanie prototypu wyrobu lub narzędzi metodami przyrostowymi. Wykorzystanie w produkcji prototypów, krótkich serii, nie wymaga skomplikowanego i drogiego oprzyrządowania Technologie z grupy odlewania precyzyjnego umoŝliwiają dodatkowo na uzyskanie wyrobów gotowych bez konieczności dalszej obróbki ubytkowej VERICUT Łączenie metali i nnych materiałów nitami, metodą klejenia, spawania, zgrzewania. Przemysł lotniczy, samochodowy, energetyczny, maszynowy. Symulacja technika numeryczna słuŝącą do dokonywania eksperymentów na pewnych rodzajach modeli matematycznych, które opisują przy pomocy komputera zachowanie się złoŝonego systemu w ciągu długiego okresu czasu. Symulatory dla pilotów samolotów, kierowców samochodowych, symulacja trudnych procesów.

9

10

11 Ewolucja udziału % aluminium i kompozytów, od modelu 777 do % 50% Udział % 40% 30% 20% 10% 0% BOEING 777 BOEING 787 Typ samolotu KOMPOZYTY ALUMINIUM 5% BOEING 787 Materiały w lotnictwie wczoraj i dziś 10% 15% 50% 20% KOMPOZYTY ALUMINIUM TYTAN STAL INNE

12 Przykłady zastosowania technologii HSM w PZL Mielec Symulacja obróbki drzwi do samolotu na obrabiarce CNC

13 Części z PZL Mielec w Boeingu 787

14 Boeing 787 Dreamliner WP 38 Crew Escape Door (~500x500) Large Cargo Doors (~2300x2800) Fwd Access Door (~500x500) EE-Access Door (~500x500) WP 39 Aft EE-Access Door (~500x500) Bulk Cargo Door (~950x1600)

15

16 Helikopter Black Hawk UH-60M Wielko-gabarytowe wręgi wykonywane w technologii HSM

17 Wręga wielkogabarytowa podczas obróbki na CNC Po obróbce W trakcie obróbki W trakcie obróbki

18 Pomiar wręgi w PZL Mielec

19 Przykłady częś ęści ze stopu aluminium

20 Centrum obróbcze 5- osiowe ECOSPEED Wymienna głowica, moc wrzeciona 120 kw, obroty 30,000 rpm, i moment 83 Nm KAI Korea Aerospace Industries

21 Dzięki HSM moŝliwe stało się wykonanie hamulca aerodynamicznego myśliwca F-15 jako jednej części zamiast zespołu składającego się z ~ 500 części. Czas wykonania takiego zespołu hamulca aerodynamicznego wynosił ~ 3 miesiące. Po zastosowaniu HSM, lead time był mierzony w kilku dniach. Aluminium, Al x 835 x 320 mm 700 punktów pomiarowych w 1.5 godziny Czas obróbki zredukowano z 800 to 38 h na jednej maszynie CNC ZT-800/ razy szybciej Photo courtesy Boeing.

22 Ekspander sterowany numerycznie do wykonywania zewnętrznych zimnych części silnika odrzutowego metodą plastyczną

23 Urządzenia do dynamicznego utwardzania powierzchni detali Pomiar na elektronicznej maszynie pomiarowej

24 Przyrząd montaŝowy elementów skrzydła dla BAE Systems Wielkogabarytowe urządzenie kreślące Kongsberg o wym. 1.8m*6m

25 Analiza Modalna Wyznacza Optymalne prędkości Wrzeciona

26 Wykorzystanie krzywej workowej

27 Prędk ość obrot owa (obr/ min) Posu w (mm/ min) Posu w na ząb (mm/ ząb) Głębo kość skraw ania (mm) 0.5 Szerokość warstwy skrawanej (mm) Wyniki testu dla jednej kombinacji narzędzia, oprawki i wrzeciona. Przeprowadzenie testu zajęło pół godziny. Kolor zielony oznacza stabilną obróbkę.

28 Pomiar w PZL Mielec

29 Pomiar w PZL Mielec

30 Pomiar w PZL Mielec

31 Pomiar w PZL Mielec

32 Oszczędność czasu obróbki na tej operacji spadła z 1h do czyli zmniejszyła się ponad 7.64 razy

33 Wejście Magazyn Frezarka konwencjonalna Frezarka CNC PROCES PRODUKCYJNY CZĘSCI SAAB- 423Z6176 MANETKI Ślusarnia Rozdzielnia + KJ Mycie/Odtłuszcza nie K&F Hartownia + KJ 7 13 Piaskownia + KJ Szlifowanie (DECKIEL) Kontrola magnetyczna Pangborn (kulowanie) 21 Maszyna pomiarowa Chromowanie K&F 26 Pasywacja K&F 35 Malarnia 41 Smar stały (lubricant) USA 43 Ekspedycja Wyjście 45

34 Virtualna Obróbka rygla zamka samolotu Boeinga 787

35 Wirtualna obróbka rygla zamka samolotu Boeinga 787

36 Obróbka rygla zamka samolotu Boeinga 787

37

38 Efekt obniŝki pracochłonności o 29,7% przy obróbce podłuŝnic ze stopu aluminium uzyskanej w firmie Boeing Efekt obniŝki pracochłonności uzyskanej w firmie Aerospatiale- EADS, Toulouse, Francja przy obróbce części ze stali nierdzewnej

39 Złamanie narzędzia Narzędzie ulega złamaniu w warunkach ekstremalnego przeciąŝenia z powodu: Uderzenia narzędzia w materiał Twarde wtrącenia materiałowe Nadmierne zuŝycie narzędzia Przerwanie chłodzenia Nadmiernej głębokości skrawania

40 Zabezpieczenie ACM s Narzędzia System OMATIVE ACM zmniejsza automatycznie posuw do maksymalnego bezpiecznego poziomu potrzebnego aby chronić narzędzie przed złamaniem lub zatrzymuje maszynę i ogłasza alarm.

41 Sterowanie Adaptacyjne - AC ACC w Centrum Obróbczym STAMA MC 326 Wiercenie D 7,5 mm, 2 otwory,, material GG Skrócony czas maszynowy z 7,8 do o 6,3 sekund

42 Model CATIA Model CATIA Transformacja CATIA-SURFCAM Standardowy pakiet IGES SURFCAM Power Inspect Program obróbczy Wykonana Część Sposób b obiegu i wykorzystania modeli CAD/CAM w teorii Wyniki pomiarów

43 GEOMETRIA SURFCAM CNC PROGRAM IGES CATIA POWER INSPECT Sposób b obiegu i wykorzystania modeli CAD/CAM w praktyce

44 Projekt Systemu Direct Numerical Control Hala 6 Boeing 787

45 System Direct Numerical Control

46 Metody mocowania C-axis Wrzeciono poziome 5-axis HSM (High Speed Machining) System wielopaletowy Mocowanie w przyrządzie ramka-okno Jedno ustawienie Kompletna obróbka (krótszy lead time) Standardowe wyposaŝenie A-axis B-axis

47 Metody obróbki Trzy stałe punkty mocowania Pozostałe regulowane Obróbka z obydwu stron Obróbka zgrubna Zmiana mocowania Obróbka wykańczająca Tylko mostki są usuwane po obróbce wykańczającej

48 Dodatkowe metody optymalizacji Jeśli jest to moŝliwe zaleca się obróbkę dwóch lub więcej części z jednej przygotówki (symetryczne/zwierciadlane odbicie) przy tym samym t pz przygotówka dostarczana bezpośrednio z magazynu. Korzyści oszczędność materiału, zmniejszenia czasu przygotowania przygotówki nawet do zera, część jest bardziej stabilna podczas obróbki (przykład: 18% oszczędności materiału). Przed Po

49 Przykład części samolotu B-787

50 Przykład wykonanej części samolotu B-787

51 Obsługa Frezarki CNC przez robota. Paleta zawiera 32 detale

52 Końcowe rezultaty Części są dzielone na rodziny wg odpowiednich metod jak rodzina dla imadeł, (niektóre z tych części tworzą rodzinę części dla ramek) WdroŜenie nowej metody produkcyjnej Nowa część Imadło Ramka/ Okno 2 nd ustawienie Jeśli nie jest moŝliwe Jeśli nie jest moŝliwe

53 Końcowe rezultaty

54 Linia produkcyjna duŝych integralnych części airbusa A 350XWB KAI

55 SYSTEM VERICUT BŁĘDY PROGRAMU PRZEKROCZENIE ZAKRESU KOLIZJE SZKOLENIE OPERATORÓW CNC CELE MARKETINGOWE OPTYMALIZACJA PROGRAMU (~25%)

56 Przykłady kolizji oprawki z imadłem

57 Przykłady kolizji oprawki z imadłem

58 Przykład przekroczenia zakresu przy skręceniu osi

59 Przykłady kolizji oprawki z materiałem obrabianym i szybkie posuwy wyjazdowe w materiale

60 Medal Silesia Toolex 2009 Za najlepszą technologię I MIEJSCE W OGÓLNOPOLSKIM KONKURSIE SIMP NA NAJLEPSZE OSIĄGNIĘCIE TECHNICZNE UZYSKANE w ROKU Mielec ul. Wojska Polskiego 3 tel.: w_adamski@pzlmielec.com.pl Dziękuję za uwagę LAUREAT KONKURSU INNOWACJA ROKU 2008