Havacılık ve Uzay Plastik Enjeksiyon Kalıplama: Temel Bileşenler, Tasarımda Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar, Malzemeler ve Gelecek Trendleri
Yedi hafta önce bir savunma yüklenici firmasının kalite müdürü bize montaj hattında çatlamaya başlayan PEEK konnektör muhafazalarının fotoğraflarını gönderdi. Aynı üretim grubundan, aynı tedarikçiden, aynı malzeme grubundan parçalar-bazıları mükemmel, bazıları başarısız. Tam sözleri: "Bu tedarikçiyi üç yıldır kullanıyoruz ve şimdi her şey dağılıyor."
Biz o projeyi almadık. Neyin yanlış gittiğini anlayamadığımızdan değil-temel neden, süreç kayıtlarına baktıktan sonraki bir saat içinde ortaya çıktı-ama asıl sorunun parçalar olmamasıydı. Asıl sorun, tedarikçi yeterlilik süreçlerinin ilk etapta hiçbir zaman doğru soruları sormamasıydı.
Bu durum artık ayda bir kez kapımızın önünde beliriyor. Birisi bir tedarikçiyi sertifikalara ve fiyata göre nitelendirdi, üretimi bir veya iki yıl boyunca sorunsuz bir şekilde yürüttü, sonra bir şeyler değişti ve aniden hiçbir şey işe yaramadı. Tedarikçi hiçbir şeyin değişmediğine yemin ediyor. Müşterinin aksini kanıtlayacak proses verileri yoktur. Üretim hattı boşta dururken herkes parmakla işaret ediyor.
Havacılık ve Uzay Plastik Dönüşüm Projeleri Hakkında Rahatsız Edici Gerçek
Metal{0}}plastiğe-dönüşüm ekonomisi kağıt üzerinde muhteşem görünüyor. Ağırlık tasarrufu, uçağın hizmet ömrü boyunca yakıt maliyetleriyle birleşiyor. Birim maliyetler hacimsel olarak yarı yarıya veya daha fazla düşer. Teslimat süreleri aylardan haftalara sıkışıyor.
Her yerde adı geçen Aitiip-Liebherr işbirliği-%40 ağırlık azalması, %30 maliyet tasarrufu, her şey yolunda gittiğinde ne olacağını temsil ediyor. Bu örnek olay incelemelerinde yer almayan şeyler: on sekiz aylık süreç geliştirme, üç takım yinelemesi, bu rakamları mümkün kılan özel ekipman yatırımları.
Geçtiğimiz çeyrekte müşterinin yerleşik alüminyum işleme maliyetinin birim başına yaklaşık 400 $ olduğu bir destek programından alıntı yapmıştık. Enjeksiyon kalıplama teklifimiz 60 doların altında geldi. Açık karar, değil mi?
Alüminyum braketin dışında, 0,4 Ra kaplama gereksinimi olan işlenmiş bir sızdırmazlık yüzeyi vardı. Bu yüzey kalitesine doğrudan kalıptan ulaşmak, takım maliyetine 35.000 ABD Doları ekleyen takım değişiklikleri gerektirir. Veya onu kalıplayıp ardından sızdırmazlık yüzeyini işleyebilirdik-, bu da kullanım ve ikincil işlemleri ekledi ve birim maliyeti 85 dolara kadar yükseltti.
Yine de iyi bir proje. Hala önemli tasarruflar var. Ancak finans geri ödeme hesaplamaları yaparken manşet rakamı ile gerçek rakam arasındaki fark önemlidir. Projeler bu boşluk nedeniyle öldürülüyor. İyi projeler, gerçekleşmesi gereken projeler, birileri önce iyimser durumu ortaya koyduğu ve sonra geri dönmek zorunda kaldığı için ölüyor.
PEEK İşlemenin Gerçekte Neyi Gerektirdiği
Victrex ve Solvay'in malzeme veri sayfaları, endüstriyel uygulamalar için iyi çalışan işleme parametrelerini yayınlamaktadır. Bu parametreler, boyutsal incelemeyi geçen ve hizmette başarısız olan havacılık parçaları üretecektir.
Kalıp sıcaklığı bariz bir örnektir. Yayınlanan minimum seviye civarında160 derece. Bu sıcaklıkta kalıplanan parçalar doğru görünür, doğru ölçülür ve belki %25 kristalliğe sahiptir. Kalıplanmış parçalar190-200 derece%35+ kristaliteye ulaştı. Yorulma ömrü farkı artımlı değildir-çarpımsaldır.
Sorun şu ki koşmak200 derecekalıp sıcaklığı, çoğu tesisin sahip olmadığı yağ ısıtma sistemlerini, uygun termal kütleye sahip kalıp tasarımlarını ve proses kontrollerini gerektirir. Sıcak su sıcaklık kontrolü sağlayan bir mağaza dikkat çekiyor95 derece. Hala PEEK'i şekillendirebilirler. Parçalar yine de gönderilecek. Parçalar eninde sonunda işleme koşullarına dayandırılması çok zor olan şekillerde arızalanmaya devam edecektir.
Karbon-dolu dereceler başka bir katman daha ekler. Karbon fiber dolgudan gelen kesme ısıtması, namlu boyunca termal profili değiştirir. Cam dolgulu malzemelerde iyi çalışan standart vida geometrileri-, karbon dolgulu sıcak noktalar oluşturur. Malzeme kalıba ulaşmadan önce yerel olarak bozunur. Bunu göremezsin. Gelen muayenede ölçemezsiniz. Sahada parçaların ne zaman arızalanmaya başladığını anlarsınız.
Bu özel yeteneği doğrulayan herhangi bir sertifika yoktur. AS9100 kalite sistemlerini kapsar. NADCAP özel süreçleri kapsar. Hiç kimse bir tesisin gerçekten dayanıp dayanamayacağını sormuyor200 derecekalıp sıcaklığı±3 derecekarbonla doldurulmuş PEEK'i çalıştırırken çok-oyuklu bir alet boyunca. Bu soru yalnızca tedarikçi yeterlilik denetimleri sırasında-denetçinin bu soruyu sorması gerektiğini bilmesi durumunda yanıtlanır.
Kimsenin Bahsetmediği Sertifika Sorunu
AS9100D kaydı, bir şirketin kalite yönetimi süreçlerini belgelediği anlamına gelir. Bu onların sizin parçalarınızı yapabilecekleri anlamına gelmez. AS9100-sertifikalı tesislerin, ekipmanları fiziksel olarak gerekli proses koşullarını sağlayamadığında yüksek sıcaklık polimer projeleri teklif ettiğini gördük.
Bu mutlaka dolandırıcılık değildir. Birçok tesis, makinelerin sıcaklık aralığına göre derecelendirilmesi nedeniyle her türlü termoplastiği işleyebileceklerine gerçekten inanıyor. Derecelendirmeler ile sürdürülebilir yeteneğin farklı şeyler olduğunu veya veri sayfasında açıkça belirtilenlerin ötesinde maddi-özel süreç gereksinimlerinin mevcut olduğunu anlamıyorlar.
NADCAP akreditasyonu, genel sistemlerden ziyade belirli üretim süreçlerini doğruladığı için daha fazla güven sağlar. Ancak akreditasyon kapsamı önemlidir. Standart enjeksiyonlu kalıplama işlemleri için akredite edilmiş bir tesis, bu akredite hücreden hiçbir zaman yüksek-sıcaklıktaki bir polimeri geçirmemiş olabilir. Akreditasyon, teorik olarak işlenebilecek her türlü malzemeyi değil, süreci kapsar.
Aslında önemli olan denetim sorularının sertifikalarla hiçbir ilgisi yoktur. Programınızdaki belirli malzemeler için özel süreç parametrelerini, belgelenmiş süreç yeterlilik çalışmalarını ve benzer uygulamalara ilişkin geçmiş verim verilerini içerirler. Tedarikçi bu belgeleri sunamıyorsa sertifikasyonun bir önemi yoktur.
Veri Sayfasının Ötesinde Malzeme Seçimi
PEEK, çok çeşitli koşulları (sıcaklık, kimyasallar, mekanik stres, radyasyon) ele aldığı için havacılık ve uzay plastik konuşmalarına hakimdir. Aynı zamanda kilogram başına kabaca 100 ABD Doları tutarında bir maliyete sahiptir, bu da herhangi bir makul hacimde malzeme maliyetinin önemli hale geldiği anlamına gelir.
PPS
PPS aynı uygulamaların çoğunu kilogram başına 25-30 dolardan gerçekleştiriyor. Bunun getirdiği ödünler, daha dar işleme pencereleri, daha düşük darbe direnci ve fiber oryantasyon etkilerine karşı daha fazla hassasiyettir. Kimyasal olarak agresif ortamlarda öncelikle statik yüklere maruz kalan bileşenler için PPS genellikle PEEK'ten daha mantıklıdır. Dinamik yükleme veya darbe gereksinimleri olan herhangi bir şey için maliyet farkının önemi yoktur.
Ultem
Ultem, dielektrik özellikleri ve doğal alev direnci nedeniyle elektrikli ve elektronik muhafazalarda karşımıza çıkıyor. İşleme sıcaklıkları PEEK'ten daha düşüktür, ekipman gereksinimleri daha azdır ve malzeme maliyeti bu ikisinin arasında bir yerdedir. Elektrik performansının mekanik performanstan daha önemli olduğu uygulamalarda Ultem, işlevden ödün vermeden PEEK'in maliyet ve işleme komplikasyonlarından kaçınır.
Malzeme seçimine ilişkin konuşma genellikle geliştirme sürecinde çok geç gerçekleşir. Parçalar teklif verme aşamasına ulaştığında mühendislik, üretim sonuçlarını dikkate almadan, yayınlanmış özelliklere dayalı olarak bir malzemeyi zaten belirlemiştir. Bu noktada malzemeyi değiştirmek,-yeniden doğrulama, güncellenmiş çizimler, potansiyel olarak yeni araçlar-gerektirir; bunların tümü, tedarikçinin daha erken katılımıyla önlenebilecek maliyet ve gecikmeyi artırır.
Takım Yatırımı ve Program Ekonomisi
Havacılık ve uzay uygulamalarına yönelik enjeksiyon kalıp işlemenin maliyeti, karmaşıklığa bağlı olarak genellikle 50.000 ila 150.000 ABD Doları arasındadır. Bu rakam, geçmişte hiçbir takım yatırımı yapmadan işlenmiş parçalar satın alan programlar için şok etkisi yaratıyor.
Bu karşılaştırma asıl noktayı kaçırıyor. İşlenmiş parçalar, takım maliyetlerini her birimde (fikstürleme, programlama, makine kurulumu ve kalifikasyon) taşır. Bu maliyetler ayrı olarak belirtilmek yerine sadece parça fiyatına dahil edilmiştir. 400 ABD doları tutarında işlenmiş bir parça, herhangi bir satır öğesi olmadığı için kimsenin takip etmediği 80 ABD doları tutarında amortize edilmiş kurulum ve programlama maliyetlerini içerebilir.
Daha da önemlisi, takım yatırımı kaldıraç yaratır. Takım mevcut olduğunda ve kalifiye olduğunda, ilave parçaların artan maliyeti, hammadde artı çevrim süresine yaklaşır. Üretim talebe göre ölçeklenebilir. Acele siparişler mümkün hale gelir. İşleme için komple yeniden programlamayı-gerektirecek tasarım değişiklikleri, süreç doğrulamasını koruyan takım değişiklikleri haline gelir.
Enjeksiyon kalıplamanın mantıklı olmadığı programlar, takımlamanın etkili bir şekilde amorti edemediği ve geometrinin sık sık değiştiği düşük-hacimli, yüksek-karma uygulamalardır. Yaklaşık 500 toplam kullanım ömrü biriminin altında işleme genellikle kazanır. Bu eşiğin üzerinde hesaplama, parça karmaşıklığına, tolerans gerekliliklerine ve program süresine bağlı olarak değişir.
Yeterlilik Aslında Neleri İçerir?
Havacılık ve uzay enjeksiyonla kalıplanmış parçalar için ilk ürün denetimi, çoğu alıcının beklediğinden daha kapsamlıdır. FAI'nin kendisi çizim, malzeme sertifikasyonu ve süreç parametresi dokümantasyonuna göre basit-boyutsal doğrulamadır. FAI'den önceki süreç doğrulama, programların başarılı veya başarısız olduğu yerdir.
Boşluk basıncı izlemeYeterlilik parçalarına ilişkin, üretim işlemlerinin eşleşmesi gereken süreç imzasını oluşturur. Bu, kritik uygulamalar için isteğe bağlı değildir. Boşluk basıncı izleri, her atışta parçanın doğru şekilde doldurulup doldurulmadığını, doğru şekilde paketlenip paketlenmediğini ve doğru şekilde soğutulup soğutulmadığını gösterir. Doğru ölçülen ancak anormal basınç izlerine sahip parçalar, sonuçta kusurlara yol açacak proses istikrarsızlığına işaret eder.
Kristallik doğrulamasıPEEK ve diğer yarı-kristal malzemeler için önemlidir. Yeterlilik numuneleri üzerindeki DSC analizi, temel kristallik seviyesini belirler. Üretim parçaları bu temel çizgiye göre-yerinde kontrol edilebilir. Bir tedarikçinin süreci-kasıtlı olsun ya da olmasın-kaydığında, kristalleşme genellikle bir şeyin değiştiğinin ilk göstergesidir.
İstatistiksel süreç yeteneğikritik boyutların sayısından ve gereken güven seviyesinden hesaplanan örneklem büyüklüklerini gerektirir. Cpk 1.33'te üç kritik boyutu olan bir parça için otuz-iki numune yeterli değildir. Matematik karmaşık değildir ancak sıklıkla yanlış yapılır, bu da aslında yeteneği göstermeyen yetenek çalışmaları ile sonuçlanır.
Tekliflerin Okunması ve Kırmızı Bayrakların Belirlenmesi
Teklifler size bir tedarikçinin gerçek yeteneği hakkında, yetenek sunumlarından daha fazlasını anlatır.
Farklı parça karmaşıklıklarında aynı görünen teslim süresi tahminleri, tedarikçinin spesifik gereksinimlerinizi gerçekte değerlendirmediğini gösterir. P20 çeliğinden basit tek-yuvalı bir takımın teslim süresi, uyumlu soğutmalı H13'teki dört-yuvalı bir aletten farklı olur. Eğer alıntıda her ikisi için de "16 hafta" yazıyorsa birisi mühendislik yapmak yerine şablon kullanıyor demektir.
Sınıf bilgisi olmadan "PEEK veya eşdeğeri" olarak yazılan malzeme spesifikasyonları, tedarikçinin teknik açıdan uygun en ucuz seçeneği satın almayı planladığını gösterir. Yapısal uygulamalar için PEEK 450G ile 150G arasındaki fark önemsiz değildir. Teklifte hangi sınıfın olduğu sorulmadığı takdirde tedarikçi başvuruyu anlamamaktadır.
İlk ürün miktarları yuvarlak sayılarla-tam olarak 50, tam olarak 100; numune boyutunun sizin özel tolerans gereksinimlerinize göre hesaplanmadığını gösterir. Süreç yeterliliği doğrulama numune boyutları, kritik özelliklerin sayısına ve gereken güven düzeyine bağlıdır. Hesaplama nadiren yuvarlak sayılar üretir.
Programın hiçbir zaman ulaşamayacağı hacimlerde önemli ölçüde düşen parça fiyatı, tedarikçinin işi cazip bir başlık numarasıyla satın aldığını gösterir. Yıllık hacminiz 2.000 adetse ve fiyat teklifi 10.000'de cazip bir fiyat gösteriyorsa, bu fiyatlandırmanın bir önemi yoktur. Gerçek gereksinimlerinize uyan sayıya bakın.
Geliştirme Zaman Çizelgesi Gerçekleri
Yeni havacılık enjeksiyon kalıplama programları, normal koşullar altında, ilk devreye alımdan nitelikli parçalara kadar 20-30 hafta gerektirir. Bu zaman çizelgesi, DFM analizini, takım tasarımı, takım oluşturmayı, süreç geliştirmeyi, ilk ürün incelemesini ve yeterlilik belgelerini içerir.
Bu zaman çizelgesini sıkıştırma girişimleri genellikle başarısız olur. Araç geliştirme, fazla mesai, birinci sınıf malzemeler ve özel kapasiteye-para harcanarak hızlandırılabilir. Süreç geliştirme sıkıştırılamaz çünkü malzeme testinin, süreç çalışmalarının ve yeterlilik çalışmalarının gerçekte ne kadar süreceğini fizik belirler. Çelik soğuduğu oranda soğur. Polimer kristalleştiği oranda kristalleşir.
Agresif zaman çizelgeleriyle başlayan programlar genellikle gerçekçi zaman çizelgeleriyle başlayan programlardan daha geç sona erer. Agresif program, üretimde sorunlar ortaya çıktığında tekrarlanması gereken süreç geliştirme adımlarının atlanması yönünde baskı yaratır. İki hafta erken sevk edilen ancak %15 hurda oranına sahip parçalar üreten bir takım aslında programın ilerisinde değildir.
Mevcut, nitelikli takımların acil durum zaman çizelgeleri farklıdır. Nitelikli aletlerin tesisler arasında taşınması veya bir duraklamadan sonra üretimin yeniden başlatılması, süreç gelişimi zaten gerçekleştiğinden aylar yerine haftalar içinde gerçekleşebilir. Yeni programlarda bu seçenek yoktur.
Enjeksiyon Kalıplama Cevap Olmadığında
Hacim ekonomisi ne olursa olsun bazı havacılık uygulamaları enjeksiyonla kalıplanmamalıdır.
Tahmin edilemeyen yönlerde yoğunlaşmış gerilim yükselticilere sahip bileşenler, fiberle güçlendirilmiş termoplastiklerde tutarsız bir performans sergiliyor. Fiber yönelimi, geçit konumuna, parça geometrisine ve dolum hızına bağlı olan akış modellerini takip eder. Parça, liflerin stresle hizalandığı yerde güçlü, hizalanmadığı yerde ise zayıftır. Fiber yönünü tahmin etmek ve kontrol etmek, maliyet ve karmaşıklık katan simülasyon yetenekleri ve işleme kontrolleri gerektirir.
Kalıplamanın ötesinde yüzey bitirme gerektiren sızdırmazlık yüzeyleri doğrudan ikincil işlemeye ihtiyaç duyar. Bu işleme, kalıplama işleminden kaynaklanan artık gerilimi serbest bırakır ve işlemeden önce doğru şekilde ölçülen özelliklerde boyutsal kaymaya neden olabilir. Kalıplama artı makineyle işleme kombinasyonu, saf makineyle işlemenin veya saf kalıplamanın önlediği tolerans yığınını- artırır.
Engellemeli geçmeler veya presleme-ekleme parçalarıyla kalıp sonrası montaj gerektiren parçalar, bazı polimerlerin sağlayamadığı zaman içinde boyutsal stabiliteye ihtiyaç duyar. Termoplastiklerdeki sünme ve stres gevşemesi, aylar veya yıllar içinde girişim bağlantılarının gevşemesine neden olur. Alüminyumda mükemmel şekilde çalışan tasarımların plastikte çalışabilmesi için temel değişikliklere ihtiyacı olabilir.
Büyük parçalardaki çok sıkı geometrik toleranslar, plastik ve ölçüm ekipmanı arasındaki termal genleşme farklılıklarına yol açmaktadır. 20 derecede ölçülen 300 mm'lik bir plastik parça 35 derecede ölçülebilir derecede farklı olacaktır. Ölçüm koşullarının tanımlanması boyutsal spesifikasyonun bir parçası haline gelir ve tüm denetim tesisleri gerekli çevresel kontrolleri sağlayamaz.
Konuşmayı Başlatma
Masanızda bir havacılık plastik enjeksiyon kalıplama projesi varsa-yeni bir gelişme, mevcut tedarikçi sorunları, metal dönüşüm değerlendirmesi-ileriye giden yol, sürecin neresinde olduğunuza bağlıdır.
Erken-aşamadaki malzeme seçimi, mühendislik spesifikasyonları tamamlamadan önce tedarikçi girdisinden yararlanır. Malzeme seçiminin üretim üzerindeki etkileri, proje ekonomisini veri sayfası karşılaştırmalarının yakalayamayacağı şekilde etkiler. Potansiyel tedarikçilerin katılımını malzeme seçimi sonrasında değil, malzeme seçimi sırasında sağlamak, sonraki aşamalarda sorun yaratan spesifikasyon kararlarını önler.
Mevcut tasarımlara sahip programların teklif vermeden önce üretilebilirlik değerlendirmesi gerekir. DFM analizi, aksi takdirde takım hata ayıklaması veya üretim rampası sırasında ortaya çıkacak sorunları tanımlar. Analizin maliyeti, takım değişikliklerinin veya üretim kalitesi sorunlarının maliyetiyle karşılaştırıldığında önemsizdir.
Çalışmayan mevcut tedarikçi durumları, sorunun mevcut tedarikçiyle çözülebilir olup olmadığı veya alternatif bir kaynağın yeterliliğini gerektirip gerektirmediğinin dürüst bir şekilde değerlendirilmesini gerektirir. Bazen cevap mevcut tedarikçideki süreç iyileştirmeleridir. Bazen cevap, doğru yeteneğe sahip biriyle yeniden başlamaktır.
Tüm bu durumların üstesinden geliyoruz ancak hepsi iyi yaptığımız işe uymuyor. İlk görüşmede bir eşleşme olup olmadığı belirlenir. Varsa, resmi teklife geçiyoruz. Eğer yoksa öyle söylüyoruz.
Havacılık ve uzay plastik enjeksiyon kalıplama tedarik tabanı, havacılık ve uzay alanında büyümeyi ümit eden ticari kalıpçılardan, yalnızca yüksek-performanslı polimer işlemeye odaklanan özel tesislere kadar uzanmaktadır. Sertifikalar aralarında güvenilir bir ayrım yapmaz. Fiyat aralarında güvenilir bir ayrım yapmaz. Yetenek ancak ayrıntılı teknik değerlendirmeyle veya ne yazık ki üretim sorunlarıyla ortaya çıkar.
Bu makaledeki sorular bu değerlendirme için bir çerçeve sunmaktadır. Cevaplar, tedarikçinin programınızın gerektirdiği özelliklere gerçekten sahip olup olmadığını-ya da teklifinin henüz geliştirmediği bir yeteneği temsil edip etmediğini belirler.