MMC Magazine

Vorbereitung auf den ersten Flug. Der Mitsubishi Regional Jet (MRJ) aus Japan

Am Himmel herrscht geschäftiges Treiben

Dank des Internets können Informationen heute in der ganzen Welt in Echtzeit übertragen werden. Was jedoch den schnellstmöglichen Transport von Menschen und Gütern betrifft, war die Luftfahrtindustrie bahnbrechend. Seit 1995 hat der Luftverkehr trotz zweier Rezessionen der Weltwirtschaft jährlich um 5 % (umgerechnet auf Kilometer pro Passagier) zugelegt. Asien wird in den nächsten 15 Jahren voraussichtlich die Führung beim Wachstum der Branche übernehmen, während der Luftraum über Europa dank einer Vielzahl gewerblicher Fluggesellschaften, die nahezu jeden Flughafen ansteuern, an Geschäftigkeit weiter zulegen wird.

Ein neues umweltschonendes Passagierflugzeug

Es gibt eine riesige Vielfalt an Flugzeugen für alle Anforderungen an die Beförderung zwischen Kontinenten, Regionen und Städten. Heute wird die Luftfahrtindustrie durch klima- und umweltschonende Produkte umgewälzt. Neben dem verstärkten Einsatz leichter aber belastbarer Werkstoffe von Titanlegierungen bis hin zu kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) zur Einsparung von Gewicht und Kraftstoff, wurden mit der Boeing 787, dem Airbus A350 und weiteren neuen Passagierflugzeugen neuartige geräuscharme Triebwerke eingeführt, um so eine erhebliche Entlastung der Umwelt zu erzielen. In Japan bereitet sich der neue MRJ von Mitsubishi Aircraft Corporation auf den ersten gewerblichen Flug vor. Fluggesellschaften aus aller Welt ergänzen ihre Flotte mit Maschinen, die gleichzeitig passagierfreundlich und umweltschonend sind.

Das Luftverkehrsaufkommen wird sich in den nächsten 15 Jahren verdoppeln!

Der europäische Luftverkehrsraum platzt aus allen Nähten

Bauteile für Passagierflugzeuge und ihre Bearbeitung

Die meisten Passagierflugzeuge bestehen aus bis zu 6 Millionen Bauteilen, für die in der Regel leichte und belastbare Werkstoffe eingesetzt werden. Die meisten Strukturbauteile werden gefräst, und die Triebwerke bestehen aus besonderen Legierungen, die extremen Temperaturen und Belastungen standhalten können. Da es hier auf Effizienz, Präzision und Qualität ankommt, sind Zerspanungswerkzeuge erforderlich, die speziell für jeden einzelnen Werkstoff konzipiert sind.

1. Aluminiumlegierung: Hocheffizientes Fräsen bei ultrahohen Geschwindigkeiten von bis zu 300 km/h

Viele Platten und Rippen (Struktur) der Rahmenkonstruktion bestehen aus Super-Duralumin (A7075). Das Fräsen von Bauteilen aus Werkstoffblöcken erfordert hocheffiziente Arbeitsvorgänge. Diese Fräsvorgänge können mehr als 90 % des Feststoffes zerspanen, um die gewünschte endgültige Form zu erzielen.
Inzwischen sind Zerspanungswerkzeuge erhältlich, die Bauteile mit einer Geschwindigkeit von 5.000 m/min fräsen können. Das Zerspanungsvolumen kann bei diesen Vorgängen bis zu 10.000 cm3 pro Minute betragen.

2. Titanium Alloy: Increases in the ratio of use have created more demand for highly efficient processing.

Titanlegierungen zeichnen sich durch die höchste spezifische Festigkeit (Verhältnis Stärke/Gewicht) aller metallischen Werkstoffe unter 400 °C aus; sie sind leicht, belastbar und korrosionsbeständig. In neuen Passagierflugzeugen wird zunehmend die Titanlegierung Ti-6Al-4V für Bauteile wie Fahrwerke und Fluggelenke eingesetzt, bei denen es auf sehr hohe Festigkeit ankommt. Das hocheffiziente Fräsen von Titanlegierungen stellt eine Herausforderung dar, da ihre geringe Wärmeleitfähigkeit zur Erwärmung der Schneiden führen kann.

3. CFK: Der neue Werkstoff des 21. Jahrhunderts

Leicht, robust, korrosionsbeständig und zehnmal belastbarer als Stahl (Verhältnis Stärke/Gewicht) – CFK wird im 21. Jahrhundert aus gutem Grund immer öfter eingesetzt. Große Flugzeugbauteile wie Rumpfteile werden geformt, indem Kohlenstofffaserlamellen in speziellen vorgefertigten Formen aufeinandergeschichtet und anschließend in einem Vakuum erhitzt werden. Aufgrund der starken Belastbarkeit von CFK ist dieser Werkstoff jedoch schwer zu bearbeiten und erfordert zum Schneiden Diamantwerkzeuge oder diamantbeschichtete Werkzeuge.

4. Superlegierung: Ein extrem langlebiger und hochfunktioneller metallischer Werkstoff

selbst bei Hochtemperaturanwendungen von bis zu 1.000 °C. Dieser wird in den Bereichen des Triebwerks eingesetzt, in denen Verdichtung, Verbrennung und Ausstoß stattfinden. Typische Beispiele sind die Nickelbasislegierungen INCONEL und WASPALOY. Superlegierungen behalten ihre physikalischen Eigenschaften auch bei extrem hohen Temperaturen; gleichzeitig führen diese Eigenschaften zu einer schwierigen maschinellen Bearbeitbarkeit. Sie erfordern eine Bearbeitung mit hochwertigen Werkzeugen sowie eine sorgfältige Prüfung und systematische Prozessplanung des Herstellungsverfahrens, bevor eine Serien- und Massenfertigung möglich ist.

Aus Japan in die ganze Welt.Engagement aus Leidenschaft

2001 startete Mitsubishi Materials Corporation die groß angelegte Entwicklung von Zerspanungswerkzeugen für die Luftfahrtindustrie. Der hohe Standard der bereits in Europa und den USA erhältlichen Werkzeuge forderte eine kontinuierliche Weiterentwicklung von Werkzeugen für die Luftfahrt, sodass heute ein vielfältiges Produktsortiment an hochleistungsfähigen Werkzeugen von Mitsubishi Materials erhältlich ist. Darüber hinaus verfügt das Unternehmen über insgesamt 20 Luftfahrtexperten, die an zehn Standorten weltweit, u.a. in Japan, den USA, Asien und Europa, stationiert sind. Durch den Schwerpunkt auf kontinuierliche Verbesserung der Produkte und Bearbeitungsprozesse hat das Unternehmen nunmehr ein so hohes Niveau erreicht, das dessen Beteiligung an internationalen Entwicklungsvorhaben für neue Passagierflugzeuge ermöglicht hat. Zwei erfahrene Führungskräfte von Mitsubishi Materials beteiligen sich mit ihrem japanischen Know-how am Fortschritt der Luftfahrtbranche.

Wettbewerb mit ganzheitlichem Ansatz

Auf der Grundlage von elf Jahren Erfahrung bei einem Maschinenhersteller mit ISO-konformen Werkzeugsystemen für die Kombinationsbearbeitung, verfolgt Masaaki Ito, Business Manager des Unternehmensbereichs Luftfahrt, bei der Fertigung einen ganzheitlichen Ansatz. Die in seinem Unternehmensbereich entwickelte Technologie ist das Ergebnis der Zusammenarbeit von Werkzeug-maschinenherstellern, Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Flugzeug-herstellern. „Unsere hocheffiziente Prozess-technologie für schwer zu bearbeitende Werkstoffe hat ein Niveau erreicht, wie es für einen Werkzeugmaschinenhersteller alleine nicht möglich gewesen wäre“, erklärt Masaaki Ito. Für den Ausbau des Unternehmensbereichs Luftfahrt hat sich Mitsubishi Materials gezielt für den Aufbau weltweiter Partnerschaften stark gemacht. So trat das Unternehmen im Frühjahr 2014 dem britischen Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC), einem Forschungszentrum von Weltrang, bei. AMRC erforscht Projekte wichtiger Flugzeughersteller und nutzt Mitsubishis Vollhartmetallfräser für die Bearbeitung von Titanlegierungen. Derzeit arbeitet das Unternehmen eng mit Experten von lokalen und globalen F&E-Abteilungen zusammen, mit dem Ziel, neue  Produkte zu entwickeln, mit denen der Sprung in die nächste Generation der Zerspanung eingeleitet wird.

Spezialist für die Zerspanung schwer zu bearbeitender Werkstoffe

Tsuyoshi Nagano, Technischer Direktor, ist seit seinem Beitritt zum Unternehmen vor über 20 Jahren an der Entwicklung der Zerspanungstechnik beteiligt. Er hat die betrieblichen Entwicklungsprüfungen und die Einführung von neuen Prozesstechnologien geleitet, mit Erfolgen, die sich nun bei internationalen Messen weltweit bestaunen lassen. Nach seinem Wechsel in den Bereich Anwendungstechnik, konnte er dank seines Erfahrungsschatzes im Bereich Zerspanungstechnik, vertrauensvolle Beziehungen zu Flugzeug- und Werkzeugmaschinenherstellern aufbauen. Er arbeitet vorwiegend in Asien und Japan, mit Schwerpunkt auf der technischen Unterstützung und Problemlösung im Bereich schwer zu bearbeitende Werkstoffe, unter Nutzung des weltweiten Netzwerks von Mitsubishi Materials. Er setzt sich außerdem für die Teilnahme an Zerspanungs- und Luftfahrtmessen in Nordamerika, Europa, China und Japan ein. Mitsubishi Materials war 2014 der einzige japanische Werkzeughersteller, der an der größten chinesischen Luftfahrtmesse „Zhuhai International Aerospace Show“ teilgenommen hat.