Высокоточная обработка PEI для аэрокосмической отрасли: как компания KGL Machinery решила самую сложную задачу SAFRAN в области полимеров.

Профиль компании: KGL Machinery (KINNEX PRECISION)

Компания KGL Machinery, основанная в 2013 году в Шэньчжэне, Китай, выросла из стартапа с двумя станками с ЧПУ в предприятие с более чем 100 станками, занимающее площадь 12 300 квадратных футов. Мы обслуживаем более 200 клиентов по всему миру в аэрокосмической, медицинской, робототехнической, полупроводниковой и нефтяной отраслях.

Лидерство: д-р Джейсон Ху

Наш основатель и генеральный директор, доктор Джейсон Ху, — инженер-механик с 26-летним опытом работы в отрасли и доктор философии, полученной в бизнес-университете NLBA в Нидерландах. Его докторская работа по бережливому производству была непосредственно внедрена в KGL, обеспечив точность ±0,003 мм на 5-осевом оборудовании Mazak и сокращение производственного цикла на 30%.

Качественная инфраструктура

• Hexagon GLOBAL S 07.10.07 + Zeiss CAPTUM 7/10/6 Verity CMMs (точность 0,0015 мм)
• Спектрометр сплавов Olympus DPO6500
• Измерение размеров изображения с помощью прибора Keyence IM-8010 (0,003 мм)
• Трехуровневая система контроля качества IQC-IPQC-FQC

Задача: Компоненты системы очистки сточных вод SAFRAN PEI

Клиент и приложение

Компания SAFRAN, французский производитель аэрокосмической техники первого уровня, нуждалась в серии компонентов из полиэфиримида (PEI/Ultem) для системы очистки сточных вод самолета. Детали должны были выдерживать внутреннее давление до 3 бар, термические циклы от -40°C до +80°C, а также воздействие химических жидкостей, используемых в аэрокосмической отрасли, при сохранении геометрического допуска ±0,01 мм.

Материал: немецкий Röchling PEI

PEI был получен непосредственно от Röchling Engineering Plastics GmbH Произведено в Германии в соответствии с протоколами аэрокосмического класса. Ключевые характеристики:

Четыре критических вызова

1. Экстремальная деформация и образование заусенцев: высокая прочность PEI приводит к упругому восстановлению и неровным кромкам во время обработки.

2. Допуск ±0,01 мм с учетом термической чувствительности: нагрев при механической обработке вызывает изменение размеров; коэффициент теплового расширения 56 ppm/°C делает контроль температуры крайне важным.

3. Плохая свариваемость: высокая температура стеклования PEI препятствует термическому размягчению; традиционные методы сварки оказались неэффективными.

4. Отказ от 3D-печати и литья под давлением: аддитивное производство обеспечивало допуски ±0,1-0,3 мм и анизотропные свойства; литье под давлением требовало оснастки стоимостью более 50 000 долларов и сроков выполнения заказа в 12-16 недель для производства всего 200-500 единиц в год.

Наше решение: 5-осевой станок Mazak + 9-осевой станок с ЧПУ + запатентованная технология сварки.

Оборудование: 5-осевой кластер Mazak.

Пять Mazak 5-осевой Центры VARIAXIS C-600 / J-500 обеспечили геометрическую гибкость, позволяющую обрабатывать сложные внутренние каналы, асимметричные порты и тонкостенные участки за одну установку, исключая ошибки повторной запрессовки, которые нарушили бы допуск ±0,01 мм.

• Точность позиционирования: ±0,003 мм
• Система управления: Mazak SMOOTHX CNC с термокомпенсацией.
• Рабочая зона: Ø500-600 мм

Оборудование: 9-осевой фрезерно-токарный станок Mazak.

Для обработки компонентов, сочетающих цилиндрические и призматические элементы, мы использовали два 9-осевых фрезерно-токарных центровых станка Mazak INTEGREX i-250H/HS для обработки композитных материалов:

• Точность позиционирования: ±0,003 мм
• Диаметр обработки: Ø670 мм
• Длина обработки: 1011 мм / 1519 мм
• Ключевое преимущество: Единый патрон для токарной обработки + фрезерования + сверления + бокового фрезерования — критически важно для термочувствительного полиэтиленимида (PEI).

Возможность однократной фиксации зажимного устройства INTEGREX оказалась решающей: каждая повторная фиксация вносит тепловые возмущения и механическое напряжение. Выполняя все операции за одну установку, мы поддерживали тепловое равновесие и достигли значения Cpk > 1,67.

Стратегия обработки: многопараметрическая оптимизация (МПО)

Мы разработали собственную стратегию MPO, оптимизирующую одновременно семь взаимозависимых переменных на наших платформах Mazak:

Результат: снижение образования заусенцев на 72%, улучшение стабильности размеров на 85%.

Терморегулирование: TDMS

Наша запатентованная система управления термодинамикой (TDMS) объединяет прогнозное моделирование методом конечных элементов, инфракрасную термографию и компенсацию в реальном времени с помощью интерфейса макропрограммирования Mazak SMOOTHX. Система с замкнутым контуром обеспечивает точность термокомпенсации ±2 микрона — что находится в пределах нашего допустимого отклонения ±10 микрон.

Прорыв в области ультразвуковой сварки.

После 8 месяцев исследований и разработок мы создали собственную технологию на частоте 35 кГц. Ультразвуковая сварка процесс с использованием микрозубчатого направляющего элемента энергии (шаг 0,1 мм), который увеличивает эффективную площадь сварного шва на 40%:

Результаты и проверка качества

Контроль размеров (образец)

Все измерения проводились на координатно-измерительных машинах Hexagon/Zeiss (разрешение 0,0015 мм) после 24-часовой термостабилизации:

Показатели управления технологическим процессом

Почему станки с ЧПУ Mazak превосходят 3D-печать и литье под давлением?

Принимая решение о способах производства компонентов из полиэтиленимида (PEI) для аэрокосмической отрасли, инженеры обычно рассматривают 3D-печать, литье под давлением и обработку на станках с ЧПУ. Вот почему станки с ЧПУ превосходят их по качеству для мелкосерийного производства с высокой точностью:

Для производства 200-500 единиц продукции SAFRAN в год, имеющих сложные внутренние каналы и не имеющих углов уклона, единственным жизнеспособным методом была 5-осевая + 9-осевая обработка на станках с ЧПУ Mazak.

Галерея компонентов

Рисунок 1: Сборка компонентов из полиэтиленимида (PEI).

Рисунок 1: Основной компонент из полиэтиленимида (PEI) в сборе — сложная многопортовая геометрия, обработанная на 5-осевом центре Mazak VARIAXIS J-500.

Рисунок 2: Детали внутренней геометрии

Рисунок 2: Внутренние каналы и полости, демонстрирующие прецизионную обработку поверхности.

Рисунок 3: Вид сверху, точная геометрия

Рисунок 3: Симметричное расположение портов с янтарно-прозрачной оптической прозрачностью PEI.

Рисунок 4: Круглый компонент из полиэтиленимина (PEI).

Рисунок 4: Сложный круглый компонент с множеством прецизионных портов и внутренних каналов.

Рисунок 5: Рабочее колесо/диск из полиэтиленимидазола (PEI).

Рисунок 5: Компонент рабочего колеса со сложной геометрией лопаток для перекачки жидкости.

Рисунок 6: Многофункциональный корпус из полиэтиленимина (PEI).

Рисунок 6: Основной корпус с монтажными выступами, отверстиями и поверхностями сопряжения.

──────────────────────────────────────────────────

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Почему полиэтиленимид (ультем) сложно обрабатывать механическим способом?
A: Полиэтиленимин (PEI) обладает высокой температурой стеклования 217 °C и высоким коэффициентом теплового расширения 56 ppm/°C, что делает его чрезвычайно чувствительным к нагреву при механической обработке, вызывающему быстрое термическое расширение и изменение размеров.

В: Почему для изготовления компонентов из полиэтиленимида (PEI) для аэрокосмической отрасли следует отдавать предпочтение обработке на станках с ЧПУ, а не 3D-печати или литью под давлением?
A: Аддитивное производство не обладает необходимой структурной целостностью и более жесткими допусками (производство с точностью ±0,1–0,3 мм против ±0,01 мм при использовании станков с ЧПУ). Литье под давлением требует непомерно высоких затрат на оснастку (от 50 000 долларов США) и сроков выполнения заказа в 12–16 недель, что непрактично для мелкосерийного и среднесерийного производства (200–500 единиц в год).

В: Как компании KGL удается достигать жестких допусков ±0,01 мм при работе с термочувствительными полимерами?
A: Мы объединяем многопараметрическую оптимизацию (MPO) на 5-осевых/9-осевых платформах Mazak, низкие скорости вращения шпинделя, специализированную оснастку из поликристаллического алмаза (PCD) и нашу запатентованную систему управления термодинамикой (TDMS) для компенсации теплового воздействия в реальном времени.

Заключение

Проект SAFRAN PEI демонстрирует, чего можно достичь благодаря 26-летнему опыту в области механической обработки, 5-осевым и 9-осевым технологиям Mazak и систематическим инвестициям в НИОКР. Решая проблемы, с которыми не справлялись 3D-печать и литье под давлением, компания KGL Machinery (KINNEX PRECISION) доказала, что китайское высокоточное производство способно выпускать полимерные компоненты для аэрокосмической отрасли с допуском ±0,01 мм.

Сочетание 5-осевого фрезерно-токарного станка Mazak VARIAXIS J-500 и 9-осевого фрезерно-токарного станка Mazak INTEGREX i-250H/HS, запатентованной системы терморегулирования TDMS и передовой ультразвуковой сварки создает действительно уникальные возможности для обработки PEI, PEEK, POM и других высокоэффективных полимеров.

Компания KGL Machinery, являясь ведущим поставщиком услуг по обработке PEI в Китае, предлагает проверенные возможности, сертификацию AS9100D и конкурентоспособные позиции для глобальных OEM-производителей — опираясь на более чем 100 станков, более 110 сотрудников и 13 лет неустанного стремления к высочайшей точности.

Техническая поддержка в течение 24 часов | Быстрое прототипирование в течение 48 часов | Полная отслеживаемость качества

Об авторе

Доктор Джейсон Ху — генеральный директор компании KGL Machinery & Electronics Co., Ltd. Он имеет степень бакалавра в области машиностроения и докторскую степень, полученные в бизнес-университете NLBA в Нидерландах, а также 26-летний опыт работы в области прецизионной обработки. Под его руководством компания KGL выросла с 2 станков в 2013 году до более чем 100 станков, обслуживающих более 200 клиентов по всему миру.

Контакт

KGL Machinery & Electronics Co., Ltd.
Вебсайт: www.kglmfc.com | www.kglprecision.com
Электронная почта:kgl@kglmfc.com
Местоположение: Шэньчжэнь, провинция Гуандун, Китай
Производственный цех: площадь 12 300 кв. футов.
Сертификаты: ISO 9001:2015 | ISO 13485:2016 | AS9100D | Национальное высокотехнологичное предприятие