Эксперты IWS объединяют два процесса для получения сложных и крупногабаритных компонентов из особенно легких алюминиевых сплавов: сварка трением с перемешиванием (FSW), в которой вращающийся инструмент обеспечивает тепло, необходимое для сварки из-за трения о материал. и так называемый процесс литья под давлением. «Эта разработка открывает путь для более легких самолетов, которые потребляют меньше керосина или могут перевозить больше пассажиров и полезных грузов, а также могут быть изготовлены при низких затратах», - оценивает доктор Йенс Штандфус, который координирует проект и возглавляет объединяющуюся сферу бизнеса в IWS.
Развитие важно для авиакосмической промышленности
Это особенно важно для авиационной промышленности. Потому что те, кто имеет легкий, не требующий технического обслуживания и недорогой самолет с меньшим расходом топлива и большей полезной нагрузкой, имеют конкурентное преимущество перед конкурентами. Кроме того, экономное использование материалов и керосина также защищает окружающую среду. Вы должны знать, что промышленность и исследователи пытаются разными способами уменьшить вес частей самолета. Некоторые полагаются на углерод и различные волокнистые композиты. Другие хотят сделать внешнюю обшивку самолета более легкой из улучшенных металлических сплавов. Однако такие материалы также должны подходить для промышленного производства в большом количестве. Кроме того, они должны иметь высокую устойчивость к повреждениям при эксплуатации - «маленькая» трещина не должна приводить к полному разрушению конструкции.
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ Семинар «Легкие материалы в строительстве» знакомит с методами, принципами проектирования и методами строительства легких конструкций. Участники получают обзор различных легких материалов, изучают критерии выбора материалов и узнают о преимуществах, недостатках и рисках различных материалов.
Следующая информация
Напорная камера должна надежно защищать пассажиров
Прежде всего, однако, эти материалы должны выдерживать значительные перепады температуры и давления, а также коррозионные напряжения между ледяной атмосферой снаружи и внутри пассажирского салона в последующие годы практического использования. В конечном счете, эта кабина представляет собой большой обогреваемый сосуд высокого давления для защиты пассажиров: в тонком холодном воздухе на высоте десяти километров необходимо создать искусственное избыточное давление, чтобы люди вообще могли пережить это путешествие. Для этого подходят только выбранные материалы.
Эти материалы также включают специальные металлические соединения из алюминия, магния и скандия. В ближайшем будущем производители самолетов захотят использовать этот сплав, известный как «AA5024 AlMgSc», для конструкции фюзеляжа пассажирского самолета. По данным института, «AA5024» так же прочен, как алюминиевые сплавы, ранее использовавшиеся в авиации, но примерно на 5% легче и более устойчив к коррозии. «Это звучит немного», - признается Йенс Штандфус. «Но на борту самолета каждый килограмм имеет значение». Единственная проблема: при традиционных методах этот материал не может быть безупречно сформирован в сферическую форму - изогнутую в двух измерениях - что необходимо для изготовления больших конструкций для будущих самолетов из плоского листового металла. собрать вместе.
Материал привыкает к новой форме
«В настоящее время промышленность в основном использует растягивание для сферического формования компонентов», - объясняет Йенс Штандфус. «Для этого требуются очень большие машины, которые тянут компонент в разных направлениях.» Эта промышленная растяжка не работает на перспективном алюминиевом сплаве AA5024. Поэтому в рамках своей «Программы авиационных исследований» (LuFo) Федеральное министерство экономики оказало поддержку инженерам Airbus и Fraunhofer в поиске решения этой проблемы.
В ходе этого команда IWS разработала процесс литья под давлением. Сварной лист укладывают по рисунку и герметично закрывают по краям. Затем инженеры нагревают алюминиевый сплав с помощью нагревательных матов и одновременно создают вакуум в шаблоне. Это отрицательное давление тянет лист вниз, тепло, как говорят, гарантирует деформируемость. Через некоторое время материал «ползет», как говорит специалист: «Напряженность уменьшается, и лист« расслабляется », то есть, так сказать,« привыкает »к своей новой форме», объясняет Standfuß. «Первоначально только упругая деформация становится пластической». Таким образом, сферические структуры могут быть изготовлены экономически эффективным способом.
Перестройка
Лучший прогноз ущерба с новой имитационной моделью
3D печать
Новая платформа EOS для 3D-печати в полимерном секторе
Процессы литья под давлением - меньше энергии, меньше отходов и выше точность
Эта специальная версия процесса литья под давлением является уникальной в мире - и для некоторых областей применения альтернативы почти нет, подчеркивает Йенс Штандфус: это позволяет, в первую очередь, безошибочно формировать листы алюминий-магний-скандий в сегмент самолета. Некоторые дополнительные преимущества: Системы ползучей пресс-формы занимают меньше места в мастерских, чем «скамейки для растягивания». Новый процесс также должен потреблять меньше энергии, генерировать меньше отходов и быть более точным.
Ученый IWS Фридер Циммерманн, среди прочего, изучил научные основы и практическую применимость метода в серии испытаний. Он продемонстрировал, что таким способом можно надежно формировать даже сварные детали, изготовленные из этого сплава. Это особенно важно в промышленной практике, потому что многие компоненты сначала должны быть сварены вместе, а затем сформированы - и, конечно, сварные швы не должны выходить из строя.
После первых экспериментов с образцами листов инженеры Fraunhofer хотят проверить процесс на следующем шаге с «реальными компонентами»: сегментами, как они фактически установлены в самолете. Пройдет некоторое время, прежде чем взлетит первый самолет, изготовленный из нового легкого материала.