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AeroEdge专注于铝钛合金叶片制造

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AeroEdge专注于铝钛合金叶片制造
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美国三井精工株式会社(Mitsui Seiki)首席执行官罗布•哈德逊(Robb Hudson) 在2017年末参观了这家航空航天制造商的工厂时评价AeroEdge公司说:“进步分子和颠覆者”。这家初创公司位于日本,那里的制造业往往比较保守,哈德森的描述在一定程度上是为了强调该公司在地理区域的与众不同之处。

首席技术官Kazuhiro Mizuta(左)和总裁兼首席执行官Jun Morinishi站在AeroEdge位于日本足利市的工厂的工厂车间。
AeroEdge是世界上仅有的两家为LEAP发动机生产铝钛合金LPT叶片的制造商之一,通过高度定制的设备实现了这一成就 。

但AeroEdge在航空航天制造领域所取得的成就,对全球任何地区都可能被视为进步和颠覆性的。该公司通过使用定制设备(包括三井精工机床)、内部开发的工装和先进的检测技术,成为世界上仅有的两家为LEAP喷气发动机提供铝钛合金低压涡轮(LPT)叶片的制造商之一。

闯入航空航天业

AeroEdge在很多方面都是一家年轻的公司。该公司于2015年注册,员工约70人,平均年龄仅32岁,但实际上,这家初创公司是菊池齿轮(Kikuchi Gear)的子公司。菊池齿轮是一家传统的日本重工业公司,与汽车行业关系密切,在为大型oem提供一系列航空零部件方面经验丰富。AeroEdge的推出有一个更具体的使命:制造下一代航空零部件。

AeroEdge公司只有一个主要客户-塞峰(Safran),并且主要专注于LPT叶片的制造,间杂一些研发工作。该公司总裁兼首席执行官森西俊(Jun Morinishi)指出,像AeroEdge这样的中小型制造商与赛峰集团这样的全球OEM厂商建立直接的关系是不寻常的,尤其是在日本。然而,他表示,有母公司的支持,加上对技术创新和创新战略,帮助AeroEdge赢得并保住了这项业务。

由于这种关系,AeroEdge在加工LPT铝钛合金(TiAl)叶片方面培养了核心竞争力。哈德逊解释说,这种材料的硬度和刚度适合于加工像叶片这样的小型航天部件。铝钛合金比钛更坚固、更轻,但由于其颗粒结构使其变脆,难以加工。

使设备适合应用场景

该公司位于日本枥木县(Tochigi)的西北部,占地107,640平方英尺。AeroEdge直接从赛峰集团获得预认证的TiAl锻件。工厂的设备是在2016年12月安装的,大部分设备都有定制过功能来满足制造这些特定的部件的要求。

锻件首先使用定制的Waterjet水刀进行粗加工。Aeroedge共有五台水切割设备,每个都有一个Aquarese公司的高压(600兆帕)水射流切割头,通过安装在机器人手臂上实现五轴切割。一种专门的切割磨料被用来帮助实现对坚硬的钛铝化物的精度。

Mitsui Seiki Vertex 55X-II五轴立式加工中心

在那里,三井精机(Mitsui Seiki)公司共有25台Vertex 55X-II五轴立式加工中心,它们用于去除水切割过程留下的条纹,并精加工零件。之所以选择这些机器,是因为AeroEdge希望与一家日本机床制造商合作,而Vertex平台满足了这家初创公司对精度、紧凑的占地面积(6平方米)和自动化等方面的要求。

目前工厂安装25台 Vertex 55X-II

但或许更重要的是,三井精工(Mitsui Seiki)愿意与AeroEdge合作,开发一种用于加工铝钛合金叶片( TiAl LPT blades)的Vertex优化机型,包括对标准配置进行内部配置修改。与标准的平行于机门的耳轴(旋转轴)不同,AeroEdge机床的耳轴垂直于门, 并位于左侧,右侧的空间用于装夹零件。旋转轴两侧的伺服马达确保输出相同的扭矩,以防止在加工中发生叶片扭曲。这些立式加工中心支持高达25000转/分的主轴速度,具有快速的加减速,使铣削过程中的快速翻转。

“他们倾听我们的声音,”AeroEdge首席技术官Kazuhiro Mizuta表示,他称三井精机愿意与他的公司合作,为这个应用开发一个加工中心。该机器配置现已在Vertex 500平台上商用,并且很快将提供给750平台。

两台瓦尔特Helitronic工具磨床生产专用刀具,中间的HeliCheck机器用于检查

工具对于AeroEdge在加工铝化钛方面的成功也至关重要,因为非常锋利的工具边缘是确保均匀切削所必需的。该公司设计了所有自己的切削刀具,并使用专门的高温合金材料制造了许多内部切削刀具。内部工具生产在两台Walter Helitronic工具磨床上进行,每台磨床配备一台FANUC机器人用于装载/卸载。每五把或十把刀具在 Helicheck检查系统上检查一下。

AeroEdge公司的刀具生产实行两班倒,但有时也会外包这项工作,他们向外部制造商提供刀具图纸和棒料。有些刀具也会在外进行涂层,以延长使用寿命。

多阶段检查

加工完成后,LPT叶片在Nagase Integrex SHR-15磨床上研磨,并使用自动化Mitutoyo三坐标测量仪检查尺寸精度。但这只是三部分检查过程的第一步。

然后,叶片沿着AeroEdge的荧光渗透检测(FPI)生产线行进,这是Safran认证的检测流程,有助于识别表面缺陷。将这些部件浸入荧光染料槽中,荧光染料会进入叶片表面。然后,经过认证的技术人员会在暗室检查每个部件是否有瑕疵,发现的任何问题都必须报告给赛峰。

零件移动到荧光渗透检查(FPI)线后,在黑光下检查以检查表面缺陷。
X射线扫描是最后一步。

Mizuta先生说,最后,操作员将叶片装入夹具,以便在Yxlon MU56TB数字X射线检测系统上进行检查,这是日本唯一的此类检测系统。每个 叶片 可能只需要5分钟,但每个叶片在包装并运送到赛峰之前都要检查内部缺陷。

Ashikaga工厂未满负荷运转,但AeroEdge计划增加设备以满足赛峰的需求,因为LEAP发动机因其效率和低维护成本而越来越受欢迎。未来升级到工厂还可能包括Vertex机床的自动门和机器人装载/卸载。设备监控和其他“智能工厂”的改进可能随之而来。

未来的扩张将至少在一定程度上取决于找到其他愿意根据公司需求调整设备的供应商。增材制造(AM)是一个令人感兴趣的领域,因为它在维护、维修和大修(MRO)应用、轻量化和组装整合等方面具有潜力。Mizuta先生说,挑战不仅仅是选择正确的系统和工艺(可能的候选方案是粉床熔融或直接能量沉积),还要找到一家供应商提供AM级的铝钛粉末或线材,这种材料是AeroEdge最了解的。

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