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第 12 卷 - 2024 年 3 月刊
通过喷丸强化成型的球形组件
穹顶段是阿利安6型火箭受力最大的部件之一。绝对均匀和无缺陷的表面是基础要求，需要可靠高效地在线分离喷丸介质中的劣质颗粒
采用自动输运和测量过程，不会触及关键部件区域
集成激光测量和喷丸机的双机器人
Martin Hunziker
Freymatic AG制造的Roxor喷丸机已在航空航天工业最严格的应用中证明了自身的价值。磨料用量的控制在流量范围和用量精度方面都无可比拟。通过自动更换工具和在线测量，我们实现了喷丸工艺的全自动化。从装载到质量控制，再到部件卸载，都是连续的自动化操作。 Freymatic还对现有的喷丸强化机进行改造，特别是最初由Baiker提供的机器。Freymatic和TBM Automation保持数十年的紧密合作关系，成功实施了许多自动化项目。
自2019年起，Freymatic、MT-Aerospace和其他合作伙伴共同开发了一种全新的创新系统，该系统已投入生产，彻底改变了喷丸成形工艺，并且已在一年前证明了其生产价值。尽管面临一些技术挑战和苛刻的开发日程，但工艺可靠性和性能都已达到或超过所有主要要求。
MT Aerospace
该公司位于奥格斯堡，主要为ESA的欧洲阿利安6型火箭太空计划和其他太空计划制造燃料箱。穹顶段是生产技术的核心，构成了原本圆柱形燃料箱的盖子和底座。每个穹顶段都由几块面板焊接而成，其球形表面在焊接前必须尺寸精确，没有裂缝和残余应力，以承受短期太空飞行中的高应力。MT-Aerospace决定从阿利安6型火箭开始自行生产穹顶段。Freymatic被选为实现这一目标的主要合作伙伴之一。
喷丸成形
被认为是喷丸技术的最高规范，因为过度喷丸是无法纠正的。对于球形部件表面来说尤其如此。流量、工艺压力、丸粒速度和喷嘴沿部件的引导等关键工艺参数必须始终保持在< 2%的范围内。
由于在成形过程中，仅在某些点上进行喷丸，因此必须在0.1秒内将喷丸物料流从部件表面移开，并以同样快的速度将其移回部件表面。此外，丸粒破损或污染会导致部件出现不可修复的缺陷。因此，必须立即并且永久性地将劣质颗粒从工艺回路中清除，然后才能再次对部件进行喷丸。
迭代制造工艺
在工艺的每个阶段处理部件时都必须格外小心，因为即使是部件上最轻微的污染也会导致昂贵的清洗费用，而最小的损坏(缺口等)也会导致部件无法使用。机柜中的喷丸工艺在部件的凹面和凸面上分几十次进行，工艺过程中可使用不同直径的丸粒。
在两次喷丸操作之间，对部件反复进行在线形状测量，实时确定工艺是否在控制参数范围内。可根据测量结果，使用复杂的算法自动生成后续操作的喷丸程序。最初，对部件进行大面积喷丸，但随着形状的形成，只进行选择性校正。这表示喷丸机必须在短时间内偏转喷丸束流并再次喷丸，而不会在部件表面上的其他点产生任何横向冲击。
创新的机器概念
喷丸强化系统的开发根本没有可比的模板，必须从零开始。这也适用于直接影响工艺结果的核心模块。
计量系统的设计可处理1至30kg/min的流量。此外，5种不同直径(最大10.0mm)的丸粒无需转换即可加工，再现性变化小于2%。我们已向欧洲专利局提交了有关新型计量原理的申请，申请号为23150223.8。
在线质量保证和控制
在两次喷丸操作之间，可以更改丸粒直径，而且必须能够快速完成，无需耗费时间清洗机柜。因此，在回流中可能会有多个直径的丸粒同时流动。新开发的丸粒直径分选模块可同时分选五种不同直径的丸粒，分选速度高达60kg/min。
在线劣质颗粒分离过程通过级联分离装置进行，在此过程中，从尘粒到粗糙污染物(螺钉等)等各种污染物都会系统地与优质颗粒分离。该工艺的核心是一条能够可靠分离丸粒碎片的倾斜皮带。
为能够对凸面最大为3.4m x 2.0m的部件进行喷丸加工，两台机器人必须具有相应的垂直伸展距离，并能在水平方向上直线移动，这也是为了续加燃料。这样，悬挂式机器人的设计再次证明了它的价值。机器人头部本身包含一个喷嘴，可通过喷丸机快速中断喷射，配有的激光传感器可对部件进行在线测量。
通过激光扫描可同时对部件的凹面和凸面进行在线测量。喷丸束流过程暂停，以免对测量造成不必要的干扰。
定期测量喷嘴出口的丸粒速度，以便及早发现喷丸系统中的漂移。在这方面，Sentenso的“Velocity Easy”堪称世界第一。
Freymatic开发并制造了特殊的工作站和输运装置，用于部件的装卸、控制测量和输运。目标是，机器操作员绝不能接触要发射到太空的部件。
为进行离线部件测量，Freymatic安装了两个具有升降和旋转功能的独立工作站。这种测量通常作为喷丸工艺的最后检查。
项目执行
项目于2019年启动，在五个不同的轴线上同时展开。MT Aerospace负责协调主要合作伙伴Freymatic、Sentenso和Nebumind之间的活动，而Freymatic则负责协调其分包商TBM、KUKA Robotics、Keller Lufttechnik等的活动。
喷丸工艺由MT Aerospace开发。为此，SENTENSO受托制造一台测试机器，用于了解部件在喷丸工艺影响下的行为以及如何纠正形状偏差。Nebumind GmbH利用从测试机器中获得的知识，采用复杂的算法自动生成喷丸程序。
在开展上述活动的同时，Freymatic还与 MTMT Aerospace密切合作，设计并制造了喷丸强化机。Freymatic的工作重点是工艺控制和整体部件处理。
Roxor KUMTA-102喷丸强化机在功能范围、工艺复杂性和性能方面可能是全球独创。不过，所应用的技术在更简单的应用中也可以产生获益。通过这个项目，Freymatic再次证明了其作为领先的专业机械制造商的作用，但是如果缺少与MT Aerospace的伙伴关系和建设性合作，就不可能取得喷丸强化技术的这一进步。在MT Aerospace，工业4.0已经到来。
Freymatic AG
7013 Domat-Ems
Switzerland
电话：+41.81.258 49 00
邮箱：sales@freymatic.com
