Kaip išsirinkti tinkamą 5 ašių apdirbimo centrą aviacijos ir kosmoso detalėms
PFT, Šendženas
Santrauka
Tikslas: Sukurti atkartojamą sprendimų priėmimo sistemą, skirtą 5 ašių apdirbimo centrams, skirtiems didelės vertės aviacijos ir kosmoso komponentams, pasirinkti. Metodas: Mišrių metodų projektas, apimantis 2020–2024 m. gamybos žurnalus iš keturių 1 pakopos aviacijos ir kosmoso gamyklų (n = 2 847 000 apdirbimo valandų), fizinius pjovimo bandymus su Ti-6Al-4V ir Al-7075 profiliais bei daugiakriterį sprendimų modelį (MCDM), kuriame derinamas entropijos svertinis TOPSIS su jautrumo analize. Rezultatai: Veleno galia ≥ 45 kW, vienalaikis 5 ašių kontūravimo tikslumas ≤ ±6 µm ir tūrinė paklaidos kompensavimas, pagrįstas lazerinio sekiklio tūrine kompensacija (LT-VEC), išryškėjo kaip trys stipriausi detalės atitikties prognozavimo veiksniai (R² = 0,82). Centrai su šakės tipo pakreipiamaisiais stalais sumažino neproduktyvų perkėlimo laiką 31 %, palyginti su konfigūracijomis su pasukama galvute. MCDM naudingumo balas ≥ 0,78 koreliavo su 22 % atliekų kiekio sumažėjimu. Išvada: Trijų etapų atrankos protokolas – (1) techninė lyginamoji analizė, (2) MCDM reitingavimas, (3) bandomojo projekto patvirtinimas – statistiškai reikšmingai sumažina nekokybiškų produktų kainą, tuo pačiu išlaikant atitiktį AS9100 Rev D standartui.
Tikslas: Sukurti atkartojamą sprendimų priėmimo sistemą, skirtą 5 ašių apdirbimo centrams, skirtiems didelės vertės aviacijos ir kosmoso komponentams, pasirinkti. Metodas: Mišrių metodų projektas, apimantis 2020–2024 m. gamybos žurnalus iš keturių 1 pakopos aviacijos ir kosmoso gamyklų (n = 2 847 000 apdirbimo valandų), fizinius pjovimo bandymus su Ti-6Al-4V ir Al-7075 profiliais bei daugiakriterį sprendimų modelį (MCDM), kuriame derinamas entropijos svertinis TOPSIS su jautrumo analize. Rezultatai: Veleno galia ≥ 45 kW, vienalaikis 5 ašių kontūravimo tikslumas ≤ ±6 µm ir tūrinė paklaidos kompensavimas, pagrįstas lazerinio sekiklio tūrine kompensacija (LT-VEC), išryškėjo kaip trys stipriausi detalės atitikties prognozavimo veiksniai (R² = 0,82). Centrai su šakės tipo pakreipiamaisiais stalais sumažino neproduktyvų perkėlimo laiką 31 %, palyginti su konfigūracijomis su pasukama galvute. MCDM naudingumo balas ≥ 0,78 koreliavo su 22 % atliekų kiekio sumažėjimu. Išvada: Trijų etapų atrankos protokolas – (1) techninė lyginamoji analizė, (2) MCDM reitingavimas, (3) bandomojo projekto patvirtinimas – statistiškai reikšmingai sumažina nekokybiškų produktų kainą, tuo pačiu išlaikant atitiktį AS9100 Rev D standartui.
1 Įvadas
Pasaulinis aviacijos ir kosmoso sektorius prognozuoja 3,4 % metinį orlaivių korpusų gamybos augimo tempą iki 2030 m., o tai padidins grynosios formos titano ir aliuminio konstrukcinių komponentų, kurių geometriniai nuokrypiai yra mažesni nei 10 µm, paklausą. Penkių ašių apdirbimo centrai tapo dominuojančia technologija, tačiau dėl standartizuoto atrankos protokolo nebuvimo apklaustose gamyklose nepanaudojama 18–34 % įrenginių, o atliekų kiekis vidutiniškai siekia 9 %. Šis tyrimas sprendžia žinių spragas formalizuodamas objektyvius, duomenimis pagrįstus kriterijus, skirtus mašinų pirkimo sprendimams priimti.
Pasaulinis aviacijos ir kosmoso sektorius prognozuoja 3,4 % metinį orlaivių korpusų gamybos augimo tempą iki 2030 m., o tai padidins grynosios formos titano ir aliuminio konstrukcinių komponentų, kurių geometriniai nuokrypiai yra mažesni nei 10 µm, paklausą. Penkių ašių apdirbimo centrai tapo dominuojančia technologija, tačiau dėl standartizuoto atrankos protokolo nebuvimo apklaustose gamyklose nepanaudojama 18–34 % įrenginių, o atliekų kiekis vidutiniškai siekia 9 %. Šis tyrimas sprendžia žinių spragas formalizuodamas objektyvius, duomenimis pagrįstus kriterijus, skirtus mašinų pirkimo sprendimams priimti.
2 Metodologija
2.1 Projektavimo apžvalga
Buvo pasirinktas trijų etapų nuoseklus aiškinamasis planas: (1) retrospektyvinė duomenų gavyba, (2) kontroliuojamo apdirbimo eksperimentai, (3) MCDM sudarymas ir patvirtinimas.
Buvo pasirinktas trijų etapų nuoseklus aiškinamasis planas: (1) retrospektyvinė duomenų gavyba, (2) kontroliuojamo apdirbimo eksperimentai, (3) MCDM sudarymas ir patvirtinimas.
2.2 Duomenų šaltiniai
- Gamybos žurnalai: keturių gamyklų MES duomenys, anonimizuoti pagal ISO/IEC 27001 protokolus.
- Pjovimo bandymai: 120 Ti-6Al-4V ir 120 Al-7075 prizminių ruošinių, 100 mm × 100 mm × 25 mm, paimtų iš vienos lydalo partijos, siekiant sumažinti medžiagų skirtumus.
- Staklių inventorius: 18 komerciškai prieinamų 5 ašių centrų (šakutės tipo, su pasukama galvute ir hibridinės kinematikos), kurių pagaminimo metai yra 2018–2023.
2.3 Eksperimentinė sąranka
Visuose bandymuose buvo naudoti identiški „Sandvik Coromant“ įrankiai (Ø20 mm trochoidinis galinis frezavimas, GC1740 klasė) ir 7 % emulsinio aušinimo skysčio. Proceso parametrai: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm danties⁻¹; ae = 0,2D. Paviršiaus vientisumas buvo kiekybiškai įvertintas baltos šviesos interferometrija (Taylor Hobson CCI MP-HS).
Visuose bandymuose buvo naudoti identiški „Sandvik Coromant“ įrankiai (Ø20 mm trochoidinis galinis frezavimas, GC1740 klasė) ir 7 % emulsinio aušinimo skysčio. Proceso parametrai: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm danties⁻¹; ae = 0,2D. Paviršiaus vientisumas buvo kiekybiškai įvertintas baltos šviesos interferometrija (Taylor Hobson CCI MP-HS).
2.4 MCDM modelis
Kriterijų svoriai buvo gauti iš Shannon entropijos, pritaikytos gamybos žurnalams (1 lentelė). TOPSIS sistema surūšiavo alternatyvas, patvirtintas Monte Karlo perturbacija (10 000 iteracijų), siekiant patikrinti svorių jautrumą.
Kriterijų svoriai buvo gauti iš Shannon entropijos, pritaikytos gamybos žurnalams (1 lentelė). TOPSIS sistema surūšiavo alternatyvas, patvirtintas Monte Karlo perturbacija (10 000 iteracijų), siekiant patikrinti svorių jautrumą.
3 Rezultatai ir analizė
3.1 Pagrindiniai veiklos rodikliai (KPI)
1 paveiksle pavaizduota špindelio galios ir kontūravimo tikslumo Pareto riba; viršutiniame kairiajame kvadrante esančios staklės pasiekė ≥ 98 % detalės atitiktį. 2 lentelėje pateikti regresijos koeficientai: špindelio galia (β = 0,41, p < 0,01), kontūravimo tikslumas (β = –0,37, p < 0,01) ir LT-VEC prieinamumas (β = 0,28, p < 0,05).
1 paveiksle pavaizduota špindelio galios ir kontūravimo tikslumo Pareto riba; viršutiniame kairiajame kvadrante esančios staklės pasiekė ≥ 98 % detalės atitiktį. 2 lentelėje pateikti regresijos koeficientai: špindelio galia (β = 0,41, p < 0,01), kontūravimo tikslumas (β = –0,37, p < 0,01) ir LT-VEC prieinamumas (β = 0,28, p < 0,05).
3.2 Konfigūracijos palyginimas
Šakių tipo pakreipiami stalai sutrumpino vidutinį kiekvieno elemento apdirbimo laiką nuo 3,2 min. iki 2,2 min. (95 % PI: 0,8–1,2 min.), išlaikant < 8 µm formos paklaidą (2 pav.). Pasukamos galvutės staklės per 4 val. nepertraukiamo veikimo parodė 11 µm šiluminį poslinkį, nebent jose buvo įrengta aktyvi šiluminė kompensacija.
Šakių tipo pakreipiami stalai sutrumpino vidutinį kiekvieno elemento apdirbimo laiką nuo 3,2 min. iki 2,2 min. (95 % PI: 0,8–1,2 min.), išlaikant < 8 µm formos paklaidą (2 pav.). Pasukamos galvutės staklės per 4 val. nepertraukiamo veikimo parodė 11 µm šiluminį poslinkį, nebent jose buvo įrengta aktyvi šiluminė kompensacija.
3.3 MCDM rezultatai
Centrai, kurių bendras naudingumo indeksas buvo ≥ 0,78, parodė 22 % atliekų sumažėjimą (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Jautrumo analizė parodė, kad ±5 % verpstės galios svorio pokytis pakeitė reitingus tik 11 % alternatyvų, o tai patvirtina modelio patikimumą.
Centrai, kurių bendras naudingumo indeksas buvo ≥ 0,78, parodė 22 % atliekų sumažėjimą (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Jautrumo analizė parodė, kad ±5 % verpstės galios svorio pokytis pakeitė reitingus tik 11 % alternatyvų, o tai patvirtina modelio patikimumą.
4 Diskusija
Veleno galios dominavimas sutampa su titano lydinių grubiu apdirbimu dideliu sukimo momentu, patvirtindamas Ezugwu energijos pagrindu sukurtą modeliavimą (2022, p. 45). LT-VEC pridėtinė vertė atspindi aviacijos ir kosmoso pramonės poslinkį link „teisingos gamybos iš pirmo karto“ pagal AS9100 Rev D. Apribojimai apima tyrimo dėmesį prizminėms dalims; plonasienių turbinų menčių geometrijos gali pabrėžti dinaminio atitikties problemas, kurios čia neaptartos. Praktiškai pirkimų komandos turėtų teikti pirmenybę trijų etapų protokolui: (1) filtruoti kandidatus pagal KPI slenksčius, (2) taikyti MCDM, (3) patvirtinti 50 dalių bandomuoju paleidimu.
5 Išvada
Statistiškai patvirtintas protokolas, apimantis KPI lyginamąją analizę, entropijos svertinį MCDM ir bandomųjų paleidimų patvirtinimą, leidžia aviacijos ir kosmoso gamintojams pasirinkti 5 ašių apdirbimo centrus, kurie sumažina metalo laužą ≥ 20 %, kartu laikantis AS9100 Rev D reikalavimų. Būsimuose darbuose reikėtų išplėsti duomenų rinkinį, įtraukiant CFRP ir Inconel 718 komponentus ir gyvavimo ciklo sąnaudų modelius.
Statistiškai patvirtintas protokolas, apimantis KPI lyginamąją analizę, entropijos svertinį MCDM ir bandomųjų paleidimų patvirtinimą, leidžia aviacijos ir kosmoso gamintojams pasirinkti 5 ašių apdirbimo centrus, kurie sumažina metalo laužą ≥ 20 %, kartu laikantis AS9100 Rev D reikalavimų. Būsimuose darbuose reikėtų išplėsti duomenų rinkinį, įtraukiant CFRP ir Inconel 718 komponentus ir gyvavimo ciklo sąnaudų modelius.
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 19 d.
