从设计入手降低成本: 可将航空航天部件成本降低40%

Dr Stuart Green
航空航天市场技术经理
通过用PEEK替代金属,一家领先的航空公司降低了部件的生产成本和重量,并为负载部件从金属向塑料进一步转变奠定了基础

随着对提高效率和生产率的不断需求,创新型商业航空公司正在重新考虑二级和一级结构部件中使用的传统金属材料。

 

PEEK高性能聚合物,是一类颇受重视的金属替代材料,可满足复杂的设计需求,并可在非常苛刻或极端的工作条件下发挥作用,同时还具有成本效益。

 

Airbus Helicopters就是这样一家创新公司,他们已用由碳纤维增强VICTREX PEEK制成的一级结构支架,成功取代空客A350舱门内的铝制配件。更换金属配件带来怎样的结果?重量和生产成本降低了40%,而且使用的原材料更加环保!

 

那么,他们如何通过设计降低这些成本?

重新考虑材料选择

 

铝是制造空客A350舱门内支架配件的传统材料。A350 XWB飞机舱门的纤维增强聚合物结构,采用了外表皮与内支撑结构相结合的形式,支架将外表皮与内支撑结构上的点连接。这种点式接合可减少外表面变形,并保持飞机舱门的空气动力学性能。此外,如果支架附近的部件发生故障,这类配件还可帮助转移结构负载。

 

一种材料,多种好处

 

威格斯的材料科学家和航空航天专家团队与空中客车公司合作,成功设计、开发并认证了VICTREX™ PEEK 90HMF40聚合物,一种高模量、碳纤维增强高性能热塑性塑料。用注塑聚合物方案取代铝制零件,为空中客车直升机带来以下几个好处:

 

  • 减重高达40%
  • 零件成本降低40% - 处理、加工和组装过程均能节约成本
  • 加快零件组装 – 将PEEK部件与热固性碳复合材料相结合,使钻孔更为容易,而无需再使用金属钻孔机
  • 提高性能 – 在相同条件下与铝7075- T6相比,高模量PEEK聚合物的抗疲劳寿命延长100倍,并将比强度和比刚度提高20%
  • 与铝相比材料利用率(buy-to-fly)高出85% - 注塑工艺可优化原材料的使用,从而大幅减少材料浪费

 

那么,这对于将来意味着什么?

 

空客公司认证的热塑性塑料是一种高流动性、易加工材料,可生产高模量零件。这使工程师能够设计出强度和刚度与传统航空航天用金属材料(如不锈钢、钛和铝)相当的部件,而减重可高达70%

 

在考察在其它飞机部件上使用的金属时,具有设计和制造权限的部件工程师,现在可以在材料和制造技术方面有更多选择,从而可以利用纤维增强PEEK和注塑工艺提高性能和效率。这无疑在结构部件设计方面打开了一扇令人兴奋的新时代大门,从而将功能和先进的制造技术整合在一起。

 

更为重要的是,新的解决方案和技术还带来更多可能性。我们与合作伙伴共同首创的VICTREX AE250复合材料,直接让我联想到了独特的混合成型工艺。由于人们不断追求更好的性能、更高的机械特性和更低的成本,通过这种复合材料技术和工艺制造的产品,正作为金属和热固性材料的替代品。期待很快就能看到它们飞得又高又远。

 

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