ورق استیل در موتور هوایی
فهرست موضوعات
فرآیند ECM(ماشینکاری الکتروشیمیایی):
مقدمه
افزایش مداوم ترافیک هوایی و نیاز به حمل و نقل افراد و کالاها با هواپیماهای توانمند و مجهز به موتورهای کارآمد که اثرات زیست محیطی کمتری دارند، چالشی رو به رشد برای تولیدکنندگان مواد فلزی می‌باشد. مسئله مهم این است که موتورهای جت تحت دماهای بالا، سیّالات خورنده، نیروهای گریز از مرکز، اصطکاک، فشارهای بالا و خستگی چرخه‌ای کار می‌کنند، که این شرایط بسیار مخرب می‌باشد. اجزای ساختاری مانند اجزای بدنه هواپیما، ارّابه فرود یا بست‌ها (پرچ‌ها) باید وظایف بسیار جدّی با ضریب اطمینان بالایی را انجام دهند. این تجهیزات لازم است بهترین عملکرد را در محیط‌هایی که در معرض نوسانات شدید دما و خستگی چرخه‌ای طولانی مدّت هستند، داشته باشند و در عین حال اطمینان مطلق در کارایی را تضمین نمایند. به دلیل اهمیّت ایمنی، لازم است از مواد فلزی با کارایی بالا و متناسب با کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال آلیاژهای نیکل، سوپرآلیاژهای مبتنی بر آهن و نیکل، فولادهای ضد زنگ و ورق استیل ضدسایش نظیر ورق استیل 321 که دارای مقاومت زیاد در برابر دمای بالا و پایداری سطح ( مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون) هستند، از جمله مواد پر کاربرد در صنایع هوافضا می‌باشند. چنانچه هزینه مواد اولیه مهم باشد، قیمت ورق استیل 321 مورد استفاده در موتورهای هوایی نسبت به سایر مواد، مقرون به صرفه‌تر است.
مشخصات شیمیایی و ریزساختار ورق استیل ضد سایش باعث می‌شود که چنین موادی (مثل ورق استیل321) با انواع زیادی از کاربردهای هوافضا سازگار شوند. اجزای ساختاری، اجزای هیدرولیک و بخش سرد موتور جت (کمپرسور)، و همچنین اتّصالات (پرچ‌ها) و اجزای موشک از آلیاژهای مقام به سایش و خوردگی ساخته می‌شوند. مواد ویژه مانند فولادهای آلیاژی با مقاومت بالا، فولادهای ضد زنگ و فولادهای ذوب شده در هوا یا ذوب مجدّد با الکترود مصرفی، جهت استفاده در موتورهای هوایی دارای کارایی بسیار بالایی می‌باشند. مثلاً با توجه به قیمت ورق استیل 321 به عنوان مواد پر کاربرد در صنایع هوافضا، باعث کاهش هزینه‌های تولید می‌گردد و قابلیت‌هایی نظیر مقاومت در برابر خوردگی خوب، مقاومت مکانیکی و استحکام مناسبی را نشان می‌دهند. همچنین خواص منحصر به فرد فولادها نظیر سخت‌شدن آستنیتی و مارتنزیتی، می‌تواند باعث کاربرد گسترده این مواد در اجزای تجهیزات هوافضا شود.
فرآیند تولید
افرادی كه موتورهای هوایی را طراحي مي‌كنند، می‌بایست در مورد نوع، پيكربندي، اندازه و چيدمان تجهیزات تصميم‌گيري نمایند و عملكرد مورد انتظار محصول نهايي را در نظر بگیرند. به همین دلیل، مهندسین باید با ویژگی‌های عملکرد هواپیما و تأثیر عوامل طراحی بر این ویژگی‌ها آشنا بوده و دانش صحیح از عملکرد هواپیما داشته باشند. توسعه تجهیزات مورد استفاده در صنایع هوافضا و کاربرد مواد پیشرفته، نیاز به افزایش ایمنی خصوصاً در قطعات دوّار را افزایش می‌دهد. در مقایسه با آلیاژهای قدیمی استفاده شده در موتورهایی هوایی، ماشینکاری مواد جدید دشوارتر است و فرآیندهای تولید جایگزینی که الزامات اقتصادی و تکنولوژیکی را برآورده کند، مهم است. همچنین لازم است فرآیندهای ساخت جدیدی برای تولید موتورهای هواپیما معرفی شود که هنوز در مرحله توسعه هستند. در ذیل به مراحل اصلی تولید این تجهیزات پرداخته شده است:
- ماشینکاری اوّلیه (خشن)
در اوّلین مرحله ساخت قطعات موتورهای هوایی از روش ماشینکاری خشن استفاده می‌گردد. این فرآیند یک عملیّات اولیّه با تلورانس ابعادی 2 الی 4 میلیمتر است. عملیّات ماشینکاری خشن را می‌توان با استفاده از انواع استراتژی‌های ابزارسازی انجام داد که باید از نظر اقتصادی بهینه شوند تا با قطعه مربوطه مطابقت داشته باشند. پس از ماشینکاری مواد خام و ایجاد شکل کلّی قطعه، برای ایجاد ابعاد دقیق از روش‌های پیشرفته نظیر ECM استفاده می‌گردد که قابلیت برداشت فلز از دوطرف سطح را دارا می‌باشد.
فرآیند ECM(ماشینکاری الکتروشیمیایی):
در این روش برش و حذف فلز از طریق فرآیند الکترولیز انجام می‌گیرد. برای این منظور قطعه اصلی به عنوان قطب مثبت (آند) و الکترود کمکی به عنوان قطب منفی (کاتد) در نظر گرفته می‌شود. اعمال ولتاژ منجر به انحلال مولکولی مواد قطعه کار شده و مادّه اضافه از سطح فلز حذف می‌شود.
به دلیل کاربرد گسترده فرآیند ECM، این روش به عنوان روش برش و ایجاد قطعات با ابعاد بسیار دقیق شناخته شده است. به ویژه در فنّاوری با تکنولوژی بالا که در آن از ابزارهای طراحی ویژه برای ایجاد سوراخ‌ها یا ایجاد قطاع، شیارهای حلقوی، حفره‌ها و ... استفاده می‌شود، این روش مورد توجّه مهندسین قرار گرفته است. همچنین روش ECM در تولید نمونه‌های با تیراژ بالا بسیار عالی و دارای تکرارپذیری خوبی است. فرآیند ECM بنا به نیاز سازندگان به روش PECM ارتقاء پیدا کرده است. برای دستیابی به هندسه کاتد دقیق، روش ماشینکاری با PECM در مقایسه با ECM بسیار دقیقتر است. در این روش تبادل الکترولیت‌ها توسط جابجایی مکانیکی و نوسانی پشتیبانی می‌شود که نرخ تغذیه لازم را در فرآیند برداشت فلز ایجاد می‌نماید. یک منبع جریان پالسی، پوشش بهینه سطح و دقّت بالا را تضمین می‌کند. فناوری ژنراتور مورد استفاده نقش مهمّی در تنظیم ولتاژ و جریان الکترولیت ایفا می‌کند تا یکپارچگی فرآیند بهینه را ارائه دهد. تجهیزات الکترونیکی دارای قابلیت تنظیم دقیق هستند و بنا به نیازهای مشتری تولید می‌شوند تا دارای قابلیت کاربرد بهینه و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشند. لازم است در فناوریECM/PECM محدوده جریان 20000 آمپر DC با نرخ پالس مناسب تامین گردد.