航空航天 CNC 加工：轻质钛零件等

全球航空航天业是设计和制造创新的温床，每年生产数以百万计的复杂金属零件。

航空航天业使用的一个重要工具是 CNC 加工。航空航天加工催生了由钛和铝等轻金属制成的先进飞机零件，而机械加工对于航空航天研发部门来说也是一种有价值的原型制作工具。

航空航天加工也涵盖了一系列应用。无论是商用飞机、军用车辆，甚至是太空旅行，CNC 加工在精密航空零部件的开发和生产中都发挥着巨大的作用。

本文概述了如何在航空航天工业中使用 CNC 加工。它着眼于航空航天数控加工应用、航空航天加工材料等。

什么是航空航天？

航空航天是一个高度多样化的行业，包含许多子行业，涵盖从商业航空到太空探索的方方面面。它作为一个全球产业的价值估计约为 8000 亿美元。

航空航天制造涉及为商业、工业和军事客户生产零件，政府是该行业最大的承包商。例如，在美国，航空航天产品的两个最大买家是国防部和美国航空航天研究机构 NASA。

由于航空航天子行业众多，以及这些子行业内的大量应用和产品，航空航天需要广泛的制造技术，从铸造和焊接等传统技术到金属增材制造等尖端技术。航空航天 CNC 加工介于这两个极端之间，是一项高度成熟的技术，但仍提供尖端设计和材料可能性。

什么是航空航天加工？

加工是使用机器操作的切削工具从工件上去除部分材料的制造过程。而CNC加工是加工的数字化版本：计算机控制电动刀具快速、精确地形成新零件。

航空航天 CNC 加工几乎可以追溯到 1942 年 CNC 加工本身的发明。航空航天 CNC 加工的最早应用之一是生产舱壁和机翼蒙皮。今天，可以加工许多航空航天零件，例如变速器、起落架部件和电气部件。机加工还可用于修复或修改现有零件、添加详细特征或添加序列号等雕刻文本信息。

由于许多航空航天加工工作涉及关键最终用途部件的生产，因此需要使用高质量的 5 轴加工中心进行精密加工。某些零件（例如喷气发动机部件）可能需要 4 微米的公差，这比 CNC 加工过程中通常可接受的公差要小得多。

航空航天加工也是研发过程中原型制作的重要形式。 CNC 机器适用于制作金属航空零件的原型，这些零件随后将使用铸造或其他技术制造。

航空航天加工零件

航空航天加工负责许多航空航天零件，从重要的钛喷气发动机部件到轻质塑料内部机舱零件。

适合航空 CNC 加工的零件通常是需要高强度和精细特征的小批量零件。此类零件的尺寸通常受到 CNC 加工中心尺寸的限制，但可以使用几种不同的材料——通常是钛或铝合金，但也可以使用其他选择，如工程塑料和复合材料。有些零件在铸造或挤压后可能只进行后加工。

航空航天加工可用于原型和最终用途零件。但是，最终使用的零件必须符合严格的安全标准、标准和认证。

可加工的航空航天零件包括（但不限于）：

• 起落架组件
• 涡轮叶片和其他喷气发动机部件
• 发动机外壳
• 制氧系统
• 液体和空气过滤系统的过滤体
• 电气系统的电气连接器
• 运动控制
• 执行器
• 机身组件
• 翼肋
• 光盘
• 动力传输轴
• 导弹外壳和其他组件
• 机舱零件
• 座椅、扶手和托盘

航空航天加工认证

航空航天 CNC 加工是一个不容出错的关键程序。在某些行业允许松散的公差和材料变化的情况下，航空航天需要完全的精度和一致性，以保证人身安全。

不同的应用和部件必须满足不同的标准和认证，并且有一些国家特定的标准以及国际标准。但是，适用于许多应用的一项特别重要的认证是 AS9100 认证，是授予供应商的 SAE 国际标准，被称为航空航天领域的“设计、开发、生产、安装和服务质量保证模型”。

ISO 9001 的扩展 ，并非所有航空零件生产都需要AS9100认证，但客户可以寻找有认证的供应商以保证质量。

其他重要的航空航天加工认证包括 ITAR （国际武器贸易条例），美国国务院制定的一套指南，概述了美国在美国军需品清单上销售和生产技术的要求，以及 AS9102 首件检验报告 ，这表明符合验证要求航空航天部件。

航空航天原型制作不一定需要此类认证，因为原型不会用于现役飞机。

航空航天加工材料

CNC 加工是一种通用工艺，可用于制造金属和塑料部件。然而，在航空航天领域，两种特殊金属占据主导地位：钛和铝。这是由于材料强度高（尤其是钛）和重量轻（尤其是铝）。

钛合金

世界上没有哪个行业比航空航天使用更多的钛合金。很容易理解为什么会这样：这种金属具有出色的强度重量比，耐腐蚀，并且在极端温度下表现出高标准。钛已成为航空航天生产的主要材料，其使用量将在下个世纪进一步增加。

使用大量钛制造各种部件的飞机包括空中客车 A380 和波音 B787 等商用车，以及 F-22、F/A-18 和 UH-60 黑鹰直升机等军用飞机。

钛航空零件包括机身和喷气发动机部件，例如圆盘、叶片、轴和外壳。其中许多都可以加工。

因为钛比铝硬，所以它对 CNC 机床来说可能更棘手，导致工具磨损和热量积聚。这意味着钛的航空加工可能需要降低机器转速和更大的切屑负载。 （有关更多信息，请参阅我们的钛加工指南。）但是，由于航空航天加工通常涉及可用的最先进和高端的加工设备，因此这很少成为问题。

铝合金

另一种在航空航天加工中广泛使用的金属——一种比钛和现代复合材料存在时间更长的金属——是铝。

铝合金重量轻，抗拉强度高。铝暴露在空气中会形成一层氧化涂层，使其具有抗腐蚀能力，而且它的成型性也很高（比钛还高），因此很容易进行 CNC 加工。

在航天CNC加工中，最常见的铝合金是铝7075，其主要合金元素是锌。虽然不像其他合金那样可加工，7075 具有出色的疲劳强度。许多机翼、机身和支撑结构部件都是由这种材料制成的。

其他可加工的航空航天铝合金包括 4047（包层/填料）、6951（翅片）和 6063（结构）。 6000系合金通常被认为比其他合金更易加工。

铬镍铁合金

Special Metals Corporation 开发了一系列称为 Inconel 的奥氏体镍铬基高温合金。

一种特殊等级的材料 Inconel 718 是专门为航空航天应用而开发的。它的第一个引人注目的用途是用于普惠 J58 发动机的喷气发动机扩散器外壳（连接压缩机和燃烧器的高压部件），该发动机用于洛克希德 SR-71 黑鸟等车辆.

Inconel 718 最近被 Elon Musk 的 SpaceX 用于其 Merlin 发动机的发动机歧管，为猎鹰 9 号运载火箭提供动力。它也存在于其他航空航天部件中，如涡轮叶片、管道系统和发动机排气系统。

作为一种加工硬化金属，Inconel 718 必须使用尽可能少的道次进行加工；机械师通常使用硬切削工具进行激进但缓慢的切削。但该高温合金具有良好的可焊性。

工程塑料

除了钛和铝等金属外，航空航天加工还涉及使用高性能塑料，如 PEEK、聚碳酸酯和 Ultem。

塑料因其重量轻、抗冲击和抗振性好、密封性能和耐化学性而可以成为金属的有用替代品。它们还为金属提供卓越的电绝缘性。

工程塑料的航空航天 CNC 加工可以生产航空航天部件，如机舱内饰、托盘桌、扶手、外壳、耐磨垫、绝缘材料、管道、阀门部件和背光仪表板。

一个重要的考虑因素是航空航天塑料必须满足特定的火焰、烟雾和毒性要求。合适的材料包括尼龙（某些等级包括尼龙 6）、PEEK、Ultem 和 PPS。