Technologie ECM od EMAG: Dnes již v podstatě neodmyslitelný předpoklad inovace v oblasti výroby leteckých motorů

Existuje jen málo odvětví, ve kterých je technický vývoj pod tak velkým tlakem jako v leteckém průmyslu – kde se mj. průběžně legislativně zpřísňují limity emisí CO2, zatímco tempo růstu tohoto trhu nezadržitelně stoupá a v příštích desetiletích se bude ještě zrychlovat. Technický výzkum a vývoj se proto soustředí především na motory. Cílem snah je zkonstruovat motor, který by byl co do spotřeby paliva úspornější a současně výkonnější. Že se tento přístup výrazně dotkne všech součásti hnacího mechanismu letadla, je jasné. Ve výrobě nutně stoupne podíl mimořádně odolných materiálů jako například slitin niklu. Otázkou je však: jak materiály tohoto typu obrábět co nejpřesněji, co nejrychleji a co nejspolehlivěji? Jako odpověď se nabízí výkonná technologie ECM firmy EMAG. Technologie třískového obrábění již nejsou úplně ideální. Se stroji ECM od firmy EMAG se výrobcům leteckých motorů otevírají nové možnosti.

Konstruktéři leteckých motorů vycházejí ze základní poučky: čím vyšší je teplota motoru, tím efektivnější je také jeho provoz. Letadlo je schopno běžnou trasu absolvovat s menším množstvím paliva, jeho dolet se prodlužuje. Co tyto podmínky znamenají pro materiály uvnitř letadlové turbíny je nasnadě. S ohledem na zmíněný nárůst teplot upřednostňují vývojoví technici logicky mimořádně odolné materiály, které termické zatížení snáší lépe. Jenže to je jen „půlka pravdy“. Zároveň totiž stoupají též nároky na technické provedení resp. složitost komponent, což vyžaduje maximální přesnost výrobních procesů. Jen tato cesta povede ke splnění ambiciózních cílů, které si letecký průmysl před více než deseti lety vytýčil: 20procentní snížení emisí CO2 a spotřeby pohonných hmot.

  • Skvělá volba pro výrobce leteckých motorů

Tento vývoj není ničím ojedinělým, dotýká se i jiných oblastí, za všechny uveďme automobilový průmysl. V letectví jsou však jeho dopady daleko závažnější – neboť celé odvětí stojí momentálně na pomyslné křižovatce. Z odborných odhadů vyplývá, že objem letecké dopravy v příštích dvou desetiletích poroste ročně o pět procent. Airbus ve svých prognózách počítá s poptávkou po 7 600 nových strojích na dekádu. To jsou skvělé vyhlídky, na druhou stranu však nesmíme zapomenout, že nové trhy nepůjde získat bez neustálého dalšího vývoje a zdokonalování leteckých motorů. Proto jsou prioritou číslo jedna právě nové hnací mechanismy.

Jakým způsobem ale potřebné, nové vysoce výkonné komponenty efektivně vyrábět? Skvělou volbou jsou mezi vývojáři a konstruktéry zatím ještě nepříliš známé technologie ECM a PECM (Precise Electro Chemical Machining) firmy EMAG. Jedná se totiž o výrobní postupy, jejichž přednosti vynikají především ve výrobě složitých komponent z náročných materiálů. Obrábění velmi pevných slitin a dalších podobných materiálů provází pouze minimální opotřebení pracovních nástrojů. Finální plochy jsou maximálně kvalitní – bez otřepů a beze změn struktury materiálu. Třískové obrábění způsobuje naopak celou řadu problémů. Teploty, za kterých tradiční obrábění probíhá, mívají negativní vliv na materiálovou strukturu, nástroje na zpracování velmi pevných materiálů krátkou životnost a volba rychlosti posuvu bývá s ohledem na ekonomičnost a současně filigránnost geometrie dílů také problematická. Není proto žádným překvapením, že právě v leteckém průmyslu začínají sílit hlasy volající po ECM. Od roku 2009, kdy se firma EMAG touto technologií začala zabývat, již tyto stroje zakoupilo hned několik subjektů dodavatelského řetězce výrobců leteckých motorů. Šlo přitom o strojní zařízení na velmi přesnou a rychlou výrobu centrálních komponent jako turbínová kola – BLISK, disky a turbínové lopatky z niklových slitin.

  • EMAG vsadil na cílené zdokonalení známých výrobních postupů

Elektrochemický výrobní postup zaručuje obzvlášť šetrný úběr materiálu. Obrobek funguje jako kladná anoda, nástroj jako záporná katoda. Meziprostor je vyplněn elektrolytem. Od obrobku se oddělují kovové ionty. Katoda, resp. nástroj s aktivními, elektricky vodivými částmi je přitom tvarován tak, aby úběrem materiálu vznikla požadovaná kontura. Obrysy jsou tedy vytvářeny bezdotykově stejně tak jako kruhové kanálky, drážky či prohlubně – a to s maximální možnou přesností. Nástroj se přitom opotřebovává jen minimálně. Technologie PECM je výsledkem cíleného vývoje této výrobní metody firmou EMAG. Štěrbina, kterou elektrolyt protéká, je jednostranně podstatně zúžena. Přísun elektrolytu je optimalizován mechanickým oscilačním pohybem. Takto se dociluje velmi efektivního a přesného úběru materiálu. Jaké možnosti se touto technologií otevírají, ilustruje příklad produkce turbínových kol – BLISKů.

Na výrobu turbínových kol vyvinula firma EMAG stroj ECM s 11 obráběcími stanicemi ECM. Uvnitř tohoto strojního zařízení běží čtyři různé procesy – vrtání, tvarové obrábění, výroba rádiusů a leštění. Velmi pevný materiál Inconel je obráběn za posuvu 5 mm za minutu bez termického působení a bez otřepů. Tolerance činí 0,1 až 0,3 mm. Nástroje ECM mají velmi dlouhou životnost. Náklady na pracovní prostředky jsou tudíž ve srovnání s třískovým obráběním podstatně nižší.

  • Ověřování proveditelnosti v laboratořích

Specializovaná firma EMAG ECM se sídlem v německém Gaildorfu nedaleko Schwäbisch Hall poskytuje v oblasti technologie ECM kompletní a široce pojaté služby. Vystupuje jako zákazníkův partner pro technický vývoj. V centru areálu stojí moderní laboratoř. Zde se provádějí studie a výzkum jednoosých i víceosých strojních zařízení. Součástí laboratoře je také komplexní měřicí technika (drsnost, kontura, souřadnicové měřicí systémy).

Předmětem zkoušek není pouze proveditelnost, ale i ekonomická efektivita zvolené metody výroby konkrétní součásti z určitého materiálu. Zákazník tak předem zná jak výrobní tolerance, tak i takty.

Zejména letecký průmysl pak jistě také ocení základní filozofii tohoto jihoněmeckého strojírenského podniku. Ta spočívá v úzké spolupráci se zákazníkem hned od samého počátku tak, aby se výrobní postup stal „nedílnou součástí“ zákazníkovy firmy. V praxi se to projevuje například tak, že zákazník absolvuje školení, jehož cílem je naučit design a konstrukci nástrojů podle vlastních potřeb.

  • Spolupráce s laboratoří RWTH Aachen

O faktu, že firma EMAG ECM klade na svou technologii velmi přísné nároky, svědčí v neposlední řadě i spolupráce na poli vědy a výzkumu se specializovanou nástrojářskou laboratoří RWTH Aachen. Jejím předmětem jsou kupříkladu experimentální rozbory elektrochemické zpracovatelnosti materiálu či simulace dokonalejší dimenzace katody. Cílem je přitom komplexní optimalizace. Na výrobním postupu se tak neustále pracuje, jak s ohledem na nové materiály, tak i na geometrii součástí.

Velké série, maximálně tvrdé materiály, přesné výsledky bez negativního vlivu na materiál, perfektní povrchové zpracování – to vše je klíčem, který strojírenským firmám působícím v oblasti výroby letadlových motorů a jejich výrobní technologii otevře cestu k novým, vynikajícím obchodním příležitostem. Díky modulární koncepci není problém technologii rychle upravit podle potřeb konkrétní součástky. S firmou EMAG se navíc lze opřít o komplexní, bohaté know how v oblasti vývoje a výroby obráběcích strojů. Vývoj přitom staví na velmi důležitých inovacích jako jsou lože z mineralitu, inteligentní softwarová a hardwarová rozhraní či automatizační přístupy. Firma EMAG ECM je takto schopna dodat technologie (P)ECM na míru a na klíč. Strojírenské firmy jsou si dobře vědomy toho, že bez této technologie se inovace v leteckém průmyslu do budoucna neobejde. Poptávka po ECM technologii již začala.

www.emag.com