MMC Magazine

Prace nad nową technologią, celem przygotowania do zwiększenia produkcji silników lotniczych

Zakłady produkcji silników lotniczych nr 2 firmy IHI Corporation w Soma produkują ponad 3 500 części do silników lotniczych, m.in. rotory, tarcze z łopatkami i koła zębate. Zakład produkuje szeroką gamę wyrobów w małych seriach, wyposażony jest w 700 obrabiarek, realizujących ponad 100 000 procesów produkcyjnych. W tym artykule koncentrujemy się na najnowocześniejszej hali produkcyjnej, produkującej na potrzeby przemysłu lotniczego. 

Jako wiodąca firma w zakresie produkcji silników lotniczych w Japonii

IHI Corporation prowadzi działalność w czterech obszarach: "Zasoby, energia i środowisko", "Infrastruktura społeczna, obiekty morskie", "Systemy przemysłowe, maszyny ogólnego przeznaczenia" i "Silniki lotnicze, sprzęt kosmiczny, wojskowy". Nasza działalność w zakresie produkcji silników lotniczych stanowi od 50 do 70% całości naszej produkcji w Japonii. IHI jest głównym wykonawcą, produkującym większość samolotów na zamówienie japońskiego ministerstwa obrony. Braliśmy także udział w międzynarodowych wspólnych projektach rozwojowych dotyczących szerokiej gamy silników do samolotów komercyjnych poprzez rozwój, produkcję i dostawę modułów i części. Ponadto, zgromadzona przez nas wiedza w zakresie projektowania i produkcji silników, jest wykorzystywana w konserwacji i naprawach, które cieszyły się uznaniem wielu klientów, w tym zagranicznych linii lotniczych, które zlecają IHI konserwację. 

Zakłady produkcji silników lotniczych Nr 2 w Soma szczycą się najbardziej zaawansowanym technicznie wyposażeniem

IHI zajmuje się produkcją, montażem i konserwacją silników lotniczyh w czterech zakładach: Kure Aero-Engine & Turbo Machinery Works (w mieście Kure, prefektura Hiroshima), Mizuho Aero-Engine Works (Mizuho-cho, Tokio), Zakłady Nr 1 i Nr 2 w Soma (w mieście Soma w prefekturze Fukushima). Zakład IHI w Soma, największy zakład IHI, znajduje się w miejscowości Onodai, w prefekturze Fukushima, 10 km od wybrzeża Pacyfiku.
Zakłady Nr 1 w Soma zostały utworzone w 1998 roku jako czwarta baza produkcyjna silników lotniczych, sprzętu kosmicznego i wojskowego, po częściowym przeniesieniu produkcji części do silników lotniczych z zakładu w mieście Tanashi. W 2006 roku do zakładów Nr 2 w Soma przeniesiono pozostałe funkcje zakładów w Tanashi. W zakładzie tym instalacje elektryczne i sprężonego powietrza zasilające poszczególne urządzenia, są prowadzone wzdłuż dźwigarów budynku. Pozwala to na swobodne rozmieszczenia urządzeń, zapewniające elastyczne dostosowanie do potrzeb. Zakład jest czysty, nie unosi się w nim zapach chłodziwa, co pozwala robotnikom pracować w komforcie. 

Asortyment produktów do obróbki części do silników samolotowych
Wytrwałość w opracowywaniu nowych technologii obróbki skrawaniem

Spodziewany rozwój przemysłu lotniczego przyczyni się do wzrostu popytu na przyjazne dla środowiska silniki lotnicze. Istnieje zainteresowanie produkcją w Zakładzie silników lotniczych Nr 2 w Soma, w którym produkowane są części turbin niskoprężnych. W artykule niniejszym prezentujemy wywiad przeprowadzony w dziale technologii produkcji zakładu silników lotniczych Nr 2 w Soma - Ryoji Takahashim, dyrektorem generalnym, Masayoshi Ando, inżynierem i Hatsuo Okada, kierownikiem. 

W jakim stopniu atuty zakładu przyczyniają się do dużego udziału rynkowego IHI?

Takahashi: "IHI ma wieloletnie doświadczenie i bogatą wiedzę w zakresie produkcji i montażu części do silników lotniczych. Naszą specjalnością są wały i części do turbin niskoprężnych, które cieszą się wysokim uznaniem naszych klientów. Nasza firma rozwijała się dzięki kontraktom dla Ministerstwa Obrony, jednak rośnie udział silników do samolotów komercyjnych w naszej sprzedaży. Oprócz tego IHI jest jedną z niewielu firm, która dysponuje szerokimi umiejętnościami i technologią niezbędną do realizacji całego procesu produkcji silników. 

Czy może nam pan powiedzieć 
o asortymencie produktów do obróbki części silników lotniczych?

Takahashi: "Wiele części wchodzących w skład silników lotniczych jest wykonanych z lekkich, ale bardzo wytrzymałych, trudnych do obróbki materiałów, przy czym wymagana dokładność obróbki większości z nich wynosi 0.01 mm. Nasze w pełni kontrolowane procesy produkcyjne zapewniają produkcję wysokiej jakości części. Produkcja silników wymaga przeprowadzania testów obróbki narzędziami i oceny wyników, które są zwykle wykonywane przez dłuższy okres czasu, przed ostatecznym wyborem technologii. Po wprowadzeniu, zmiana narzędzi stosowanych w procesie technologicznym nie jest prosta. Oczywiście, jeśli istnieje możliwość znacznego zwiększenia wydajności, warto podjąć wysiłki i rozważyć nie tylko zmianę narzędzi, ale także samego procesu. Wszelkie zmiany muszą być jednak zgodne ze ściśle określonymi procedurami. Ponieważ musimy przestrzegać procedur dotyczących zmian narzędzi i procesów, poddawać się ścisłej kontroli i uzyskiwać zgodę, musimy planować z dużą ostrożnością, aby ustrzec się kosztownych opóźnień. Zasada polegająca na tym, że przed wprowadzeniem do produkcji masowej musi być zapewniona wysoka dokładność i wysoka wydajność obróbki, ma tu fundamentalne znaczenie".

Jaki jest aktualna sytuacja jeśli chodzi o produkcję części do silników lotniczych?

Okada: "Aby zwiększyć zasięg samolotu, podejmowane są aktywne wysiłki, aby skonstruować samolot nowej generacji o większej efektywności paliwowej i o lepszych parametrach eksploatacyjnych. Silniki zainstalowane w takim samolocie wymagają nowych materiałów, charakteryzujących się odpornością na wyższe temperatury i niższą masą". 

Takahashi: "Dlatego od 10 lat w produkcji silników często stosuje się materiały kompozytowe. Aby zredukować emisję CO2 i obniżyć koszty przelotu, niezbędne jest zwiększenie efektywności paliwowej. Oto przyczyna, dla której coraz częściej stosowane są lekkie, wytrzymałe kompozyty CFRP i CMC. Mimo to, konwencjonalne materiały są wciąż niezbędne, przy czym prace rozwojowe stopów metali idą w kierunku zwiększenia ich wytrzymałości. Zwiększenie wytrzymałości materiału powoduje, że jest on cieńszy i lżejszy, co zwiększa efektywność paliwową. Jednak wraz z opracowaniem materiałów kompozytowych i stopów wysoko wytrzymałych, obróbka skrawaniem jest coraz trudniejsza. Zwiększenie popytu na samoloty oznacza większy ruch powietrzny, a to oznacza bardziej rygorystyczne standardy obciążenia środowiska". 

Jaki jest związek między poprawą własności materiału a rozwojem technologii obróbki?

Takahashi: "Duży efekt daje zmniejszenie masy. Przykładowo, zmniejszenie masy części obrotowych prowadzi do zmniejszenia masy łożysk i komponentów nieruchomych. Zmniejszenie całkowitej masy silnika przynosi znaczne zwiększenie efektywności paliwowej, która ma ogromny wpływ na koszty eksploatacji. Jednocześnie powoduje zmniejszenie obciążenia dla środowiska. Jednak wzrost wytrzymałości materiału zwiększa trudność obróbki skrawaniem. Rozwój branży wymaga dalszego rozwoju technologii obróbki skrawaniem. Chcąc zmniejszyć masę materiału bardzo ważne jest, aby dysponować wysokojakościowymi narzędziami, ale także technologią obróbki".

Ando: "Stosowane od niedawna w przemyśle lotniczym komponenty są wykonane z bardzo drogich i trudno obrabialnych materiałów. Dlatego ważne jest opracowanie metod obróbki, które uniemożliwiają zniszczenie wyrobu nawet, gdy w trakcie obróbki zniszczeniu ulegnie narzędzie. Naszym głównym celem, oprócz wytwarzania wysokojakościowych wyrobów, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów obróbki są starania, aby zapobiec zniszczeniu wyrobu". 

Okada: "Nie zawsze jesteśmy w stanie wykonać obróbkę dotychczasowymi metodami coraz bardziej wymagających materiałów. Nawet, gdy dotychczasowa metoda nie ulega zmianie, można użyć innej technologii, np. obróbki laserowej czy elektroiskrowej. Narzędzia skrawające mogą być całkowicie inne od obecnych".

Okada: "Oto najnowszy przykład. Wskutek większego popytu, a więc większej produkcji silników samolotowych, musieliśmy znacząco zwiększyć wydajność obróbki tarcz. Do obróbki zamków jodełkowych stosowanych do osadzenia łopatek w tarczy, tradycyjnie stosowaliśmy przeciąganie, jednak przeciągarka jest bardzo droga, a wykonanie przeciągacza wymaga stosunkowo długiego czasu. Oprócz tego, przeciąganie to metoda obróbki, w której naddatek skrawany jest podczas jednego przejścia narzędzia, co utrudnia zwiększenie wydajności Dlatego poszukiwaliśmy zupełnie innej metody obróbki. Najpierw zgrubną obróbkę zamków jodełkowych wykonaliśmy frezowaniem. Od rozpoczęcia prac minęły dwa lata i jesteśmy prawie gotowi do wdrożenia tej metody. Zaletą frezowania jest duża dostępność narzędzi, łatwo jest też dobrać kształt i materiał. Wydajność jest też znacznie wyższa niż przeciągania. Jest jednak kilka wad. Technologia przeciągania jest tańsza od frezowania ze względu na ilość zużywanych narzędzi. 
W przypadku frezowania musieliśmy obniżyć całkowity koszt narzędzi, co osiągnęliśmy przez zminimalizowane ich ilości, dzięki odpowiedniej ścieżce przejścia i maksymalizacji trwałości narzędzia. Mimo, że ze względu na brak doświadczenia, zastępując przeciąganie frezowaniem stanęliśmy przed wieloma wyzwaniami, nasz młody personel pracował z zapałem, aby stawić im czoła. Na początku, gdy narzędzia często ulegały zniszczeniu podczas testów czasami czułem, że trzeba będzie się poddać. Jednak wsparcie ze strony pracowników Mitsubishi Materials pomogło nam osiągnąć postęp w opracowaniu technologii obróbki, wykonaniu prototypów i oceny jakości wyrobu. Sukces ten osiągnęliśmy dzięki wysiłkom zapałowi inżynierów z obu firm". 

Opracować najlepszą na świecie technologię obróbki i być wśród najlepszych zakładów na świecie

Produkcja coraz doskonalszych silników wymaga najwyższej dokładności i możliwie najniższej masy. Zwiększenie dokładności prowadzi do zmniejszenia zużycia energii, a obniżenie masy zwiększa moc na jednostkę masy. Prowadzi to także do zmniejszenia szkodliwości dla środowiska poprzez zmniejszenie zużycia paliwa, emisji hałasu i spalin. Kluczowe znaczenie ma postęp w opracowaniu materiałów o wysokiej odporności cieplnej i niższej masie, któremu musi towarzyszyć postęp w zakresie technologii obróbki skrawaniem. Celem zakładu silników lotniczych Nr 2 w Soma jest opracowywanie coraz to nowszych wyrobów w oparciu o nowoczesne technologie obróbki. 

Pod koniec wywiadu Ryoji Takahashi, dyrektor generalny działu technologii produkcji, powiedział: "Istnieje szczególny model biznesowy prowadzenia prac nad silnikami do samolotów komercyjnych, który zapewnia stopniowy wzrost rentowności dla IHI. Jest to program partnerstwa międzynarodowego. Stworzenie silnika do samolotu komercyjnego wymaga ogromnych nakładów czasu i środków. Takie partnerstwo polega na połączeniu wysiłków kilku międzynarodowych podmiotów, z których każdy jest najlepszy w swojej specjalności. Aby rozłożyć ryzyko, koszty prac rozwojowych każdego partnera są proporcjonalne do jego udziału w inwestycji. Poza tym partnerzy nawiązują długotrwałe, strategiczne relacje w każdej dziedzinie, za którą są odpowiedzialni, np. za produkcję, rozwój techniczny, wsparcie produktu, serwis posprzedażowy (części zamienne, usługi konserwacji silników). Atutem IHI jest know-how w zakresie zintegrowanego wytwarzania większości części do silników lotniczych i wykorzystanie atutów pozostałych partnerów w zakresie np. wałów, części sprężarek, wentylatorów itd., aby rozszerzyć zakres oferowanych usług. Rozszerzając asortyment specjalistycznych części, IHI śmiało konkuruje ze globalnymi konkurentami. Aby być wśród najlepszych zakładów na świecie, IHI nieustannie dąży do osiągnięcia i utrzymania produkcji na światowym poziomie, zarządzania jakością i technologii obróbki zapewniających najwyższy poziom kompetencji produkcyjnych. Jesteśmy niezwykle dumni z faktu, że w samolotach komercyjnych zostaną zainstalowane silniki lotnicze opracowane w IHI, z częściami wyprodukowanymi w Japonii. Jest to marzenie wszystkich z nas, zaangażowanych w opracowanie i produkcję samolotu w Japonii." Z Soma na cały świat: w zakładzie silników lotniczych Nr 2 w Soma wciąż pracujemy nad udoskonalaniem naszych technologii.