CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt: AS9100D, Rückverfolgbarkeit und die Bauteile, die die Last tragen

Bauteile für die Luft- und Raumfahrt werden im Einsatz verwendet. Wenn eine Halterung oder ein Bauteil im Betrieb ausfällt, handelt es sich nicht um einen Garantiefall, sondern um eine Untersuchung, deren Dokumentation das Bauteil jahrzehntelang begleitet. Deshalb verlangen Einkäufer in der Luft- und Raumfahrt mehr als nur enge Toleranzen. Sie fordern Nachweise: Materialzertifikate, kontrollierte Prozesse, Erstmusterprüfberichte und einen Lieferanten, dessen Qualitätssystem nicht nur einem Angebot, sondern auch einem Audit standhält.

Warum die Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrt anders ist

Drei Dinge unterscheiden die Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrtindustrie von der kommerziellen Fertigung. Erstens sind die Werkstoffe zertifiziert und bis zur Charge rückverfolgbar. Zweitens werden die Prozesse – von den Werkzeugen bis zum Kühlmittel – dokumentiert und kontrolliert. Drittens wird das erste gefertigte Teil geprüft und in einem Erstmusterprüfbericht dokumentiert. Die Norm, die dieses Verfahren festlegt, ist AS9102, aktuell Revision C, veröffentlicht von der SAE im Jahr 2023. „Fast ausreichend“ ist in diesem Bereich nicht üblich.

Die Materialien, die die Arbeit definieren

Titan 6Al-4V kommt überall dort zum Einsatz, wo leichte und gleichzeitig feste Bauteile erforderlich sind, und macht seinem Ruf alle Ehre: Es ist werkzeugschädlich, hitzeempfindlich und schwer zu bearbeiten. Aluminium 7075-T7351 wird für Bauteile verwendet, die keinen extremen Temperaturen ausgesetzt sind. Edelstahl 17-4PH dient zur Herstellung von Aktuatoren und Armaturen, während Nickellegierungen wie Inconel für die hitzebeständigen Bereiche eingesetzt werden.

Auch bei Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt gelten extreme Material-zu-Material-Verhältnisse. Bei vielen bearbeiteten Komponenten fallen 70 bis 90 Prozent des Rohmaterials als Späne an. Dieser hohe Materialabtrag führt zu starker Wärmeentwicklung und Eigenspannungen und bestimmt die Bearbeitungsstrategie maßgeblich.

Wärme, Eigenspannungen und dünne Wände

Die spanende Bearbeitung ist ein kontrolliertes Verfahren zum Spannungsabbau. Wird Material ungleichmäßig abgetragen, verzieht sich das Werkstück: Es verzieht sich beim Verlassen der Maschine und erneut beim Abtragen der nächsten Schicht. Für diesen Fall gibt es spezielle Härteverfahren für die Luft- und Raumfahrt. Aluminium der Legierungen T7451 und T7351 wird im Walzwerk spannungsarmgeglüht, die Bearbeitung erfolgt jedoch weiterhin in einer festgelegten Reihenfolge: Schruppen, Spannungsarmglühen (falls in der Zeichnung oder im Prozess erforderlich), Vorschlichten und schließlich Schlichten. Dünne, tragende Rippen werden zuletzt bearbeitet, damit die Hitze vorheriger Bearbeitungen sie nicht verformen kann.

Die Kosten für die Fünf-Achs-Bearbeitung machen sich hier bezahlt. Ein Bauteil mit dünnen Wänden und komplexen Oberflächen erfordert ein kurzes und steifes Werkzeug, und alle kritischen Merkmale müssen in einer Aufspannung bearbeitet werden, damit sich die Bezugspunkte zwischen den Bearbeitungsschritten nicht verschieben.

Welche Änderungen AS9100D in der Werkstatt

AS9100D bildet die Grundlage für das Qualitätsmanagement in der Luft- und Raumfahrt und verändert die täglichen Arbeitsabläufe: risikobasiertes Denken in der Planung, Kontrolle von Aufzeichnungen und Kalibrierungen, dokumentierter Umgang mit Abweichungen und jederzeitige Auditbereitschaft. Die sichtbaren Ergebnisse sind die Rückverfolgbarkeit von Materialien auf Chargenebene und ein Erstmusterprüfbericht gemäß AS9102, der alle Merkmale der Zeichnung mit den entsprechenden Messdaten berücksichtigt.

Was wir bei KGL tun

KGL ist nach AS9100D zertifiziert und bearbeitet Titan-, Aluminium- und Edelstahllegierungen auf 3-, 4- und 5-Achs-Bearbeitungszentren. Die Erststückprüfung erfolgt nach AS9102, wobei KMM-Daten und Materialzertifikate in den Chargendokumenten archiviert werden. Zwölf Jahre Erfahrung in der CNC-Präzisionsbearbeitung spiegeln sich in den Bauteilen wider, die über die entsprechende Dokumentation verfügen: dünnwandige, eng tolerierte Komponenten, die den Nachweis erbringen, den die Qualitätsabteilung des Käufers ohnehin verlangen wird.

Abschluss

In der Luft- und Raumfahrt ist die Bearbeitungskapazität die Grundvoraussetzung; das Qualitätssicherungssystem ist das eigentliche Produkt. Wählen Sie einen Lieferanten, dessen Fertigungsprozesse den Angaben in der Broschüre entsprechen, dessen Erstmusterprüfberichte die Qualitätskontrolle bestehen und dessen Materialrückverfolgbarkeit gewährleistet ist. Nur das Bauteil, dessen Herkunft nachweisbar ist, kann erfolgreich eingesetzt werden.

FAQ

Q: Benötigen alle Luft- und Raumfahrtteile einen AS9100D-zertifizierten Lieferanten?

A: Generalunternehmer und die meisten Tier-1-Zulieferer fordern AS9100D als Grundlage, und eine Erstmusterprüfung nach AS9102 ist bei Neuteilen Standard. Einige Aufträge im Bereich der kommerziellen Fertigung und des Werkzeugbaus fallen nicht darunter, die Qualitätsstandards jedoch schon.

Q: Wie verhindert man, dass sich dünnwandige Titanbauteile verformen?

A: Durch spannungsfreies Rohmaterial, eine kontrollierte Schrupp-Schlicht-Abfolge, Vorrichtungen zur Unterstützung der dünnen Bereiche und 5-Achs-Bearbeitung in einer Aufspannung bleibt das Werkzeug kurz und steif. Verzug wird prozessseitig minimiert und anschließend durch Messung verifiziert.

Q: Welche Dokumentation gehört zu einem Bauteil für die Luft- und Raumfahrt?

A: Materialzertifikate mit Chargenrückverfolgbarkeit, ein Erstmusterprüfbericht gemäß AS9102 mit Angaben zu den Zeichnungsmerkmalen, CMM-Prüfdaten und Prozessaufzeichnungen. Die Dokumentation ist Bestandteil der Leistung und keine Zusatzleistung.