Инжиниринг

«МЕТАЛЛООБРАБОТКА-2012». Цифровое производство из композитов для аэрокосмической отрасли

Инженерно-консалтинговая компания «Солвер» на международной выставке «Металлообработка-2012» экспонировала прототип современного производства деталей из композитов для аэрокосмической отрасли. О перспективах работы компании в этом направлении рассказал Андрей Колмаков, руководитель отдела «Цифровое производство деталей из композитных и полимерных материалов».
6 июля 2012

– На стенде «Солвер» рядом с вашей экспозицией постоянно толпились посетители. В чем причины такого интереса?

Направление композитов мы впервые презентовали в прошлом году на Международном авиационно-космическом салоне (МАКС). На «Металлообработке» прототип современного производства деталей из композитных материалов и пластмасс для авиакосмической отрасли мы демонстрируем также в первый раз. На стенде мы развернули комплексный автоматизированный участок. В него вошли: рабочее место конструкторско-технологической подготовки производства композитных деталей на базе ПО FiberSim, раскройная машина Zund для автоматической резки препрега, лазерные проекторы LAP и LPT для контурной проекции при выкладке препрега на технологическую оснастку, промышленные образцы технологической оснастки для изготовления деталей из композитов в авиастроении, а также вспомогательные материалы Airtech для термостатирования деталей в автоклаве.

Полагаю, интерес к нашей экспозиции вызван тем, что производство и применение композитов сегодня актуально для технологического прорыва во многих отраслях промышленности.

Вообще композиты начали применяться еще в первой половине XX века. С середины прошлого столетия они стали особенно востребованы аэрокосмической отраслью и оборонно-промышленным комплексом. Сегодня же широкое применение композиционных материалов в военных и гражданских самолетах стало общемировой практикой. В авиастроении сейчас активно замещают металлические детали композитными. Наиболее яркий пример – компании Airbus и Boeing. Для снижения массы своих самолетов они заменяют алюминий и другие металлы на композиты на основе угле- и стеклопластиков. Это касается производства таких ответственных деталей, как элементы фюзеляжей, крыльев, центроплана, детали хвостового оперения, элементы интерьера и т.д. Это создает конкурентные преимущества для производителей и в свою очередь приводит к сокращению эксплуатационных расходов для авиаперевозчиков.

Российские компании «Воронежское акционерное самолетостроительное общество» («ВАСО»), «КАПО им. С.П. Горбунова», «Авиастар-СП» изготавливают из композиционных материалов так называемые навесные агрегаты: закрылки, элероны, интерцепторы, тормозные щитки, рули высоты и направления, различные панели, люки. Для российского авиапрома это серьезный шаг вперед.

Композитные материалы все шире применяются и во многих других отраслях: в судостроении, автомобилестроении, ракетостроении, в газо- и энергоперерабатывающей промышленности и др. Современные композиты применяются при производстве железнодорожного транспорта, как пассажирского, так и грузового. Как и в авиастроении, это приводит к облегчению, удешевлению, увеличению долговечности и снижению затрат на эксплуатацию подвижного состава. На Западе эти современные материалы все шире применяют даже в таком, по моему мнению, непрофильном для композитов направлении, как станкостроение, а также других отраслях.

В гражданском и промышленном строительстве композиты используют в качестве строительных материалов, изделий для благоустройства прилегающих к зданиям территорий, в жилищно-коммунальной сфере, при строительстве систем водоснабжения, систем вентиляции и т.д. Применение композитных материалов позволяет сократить общие расходы на строительство и последующую эксплуатацию, повысить производительность, снизить вес конструкций и изделий и т.д. Например, из этого материала изготавливают профили для окон, детские площадки, бассейны, фонтаны, скамейки, трубопроводные системы.

Композиты активно применяются на предприятиях химической и нефтехимической промышленности, цветной металлургии, горно-обогатительной, целлюлозно-бумажной промышленности и т.д. Они также используется при изготовлении инвентаря для спорта и активного отдыха: лыж, сноубордов, клюшек для гольфа и т.п. Для России это скорей экзотика, но в мире, например, в той же Америке, это давно серьезная сфера бизнеса. Подытожу: тема композитов сейчас очень актуальна. Именно поэтому мы выбрали это направление. Вот почему на выставке мы наблюдаем реально большой интерес к этой передовой технологии.

– Сегодня сложно представить себе гражданскую авиацию без использования композитных материалов. К примеру, магистральный самолет российского производства МС-21 почти на треть состоит из композитов. В чем главные преимущества композитов в отличие от более привычных материалов?

По сравнению с традиционными материалами, используемыми при создании авиационной техники, композиты обладают целым рядом преимуществ. Основными из них являются: легкость, высокая прочность, износоустойчивость, жесткость, высокая температурная стойкость, радиопрозрачность (для стеклопластиков), долговечность. Кроме того, у композитов высокая стойкость к коррозии. Более того, у этих материалов низкий процент температурного расширения – это очень важное качество при изготовлении высокоточных приборов, например, антенн для космической связи.

Как мы уже говорили, применение композитов также позволяет снизить вес конструкций, в результате чего, например, уменьшается расход топлива и увеличивается маневренность судов. При создании изделий, предназначенных для спасения людей при пожаре, применяют композиты с высокой тепло- и огнестойкостью.

Некоторые композитные материалы обладают свойствами, превышающими по определенным показателям традиционно применяемые материалы: стали, алюминиевые и титановые сплавы, древесину, причем чем выше удельные характеристики композита, тем легче или прочнее конструкция.

Уникальность композитов состоит и в том, что можно заранее спроектировать материал таким образом, чтобы придать изделию свойства, необходимые для конкретной области применения.

Но у композитов есть и минусы. Дело в том, что стоимость этих материалов достаточно высокая, поэтому одна из главных задач при их применении – снижение трудоемкости изготовления деталей и повышение коэффициента их использования. Для этого компания «Солвер» предлагает необходимое оборудование: станки MAG для автоматизированной выкладки и намотки волокна, раскройные машины Zund, проекционные лазеры LAP и LPT и др. Преимуществом этого оборудования является очень высокий коэффициент используемого материала. И даже когда речь идет о так называемом ручном процессе автоматизированной выкладки, где процесс моделируется с учетом деформационных свойств материала, а также производится деление детали на слои, деление слоя на элементы в зависимости от ширины поставляемой ленты, мы подразумеваем подготовку данных в специальном программном обеспечении FiberSIM. Подготовка данных для раскройной машины и проекционного лазера позволяет оптимизировать процесс ручной выкладки, повысить коэффициент используемого материала и сократить время выкладки.

Согласно экспертным данным, использование комплекса «FiberSIM – раскройный станок – проекционный лазер» по сравнению с традиционной выкладкой снижает трудоемкость раскроя примерно на 50%, трудоемкость выкладки – примерно на 30%. Повторюсь, самый главный показатель в данном случае – повышение коэффициента использования материалов. То есть можно сэкономить от 15 до 30% материала, который при ручной выкладке уходит в отход. С учетом высокой стоимости композитов это является важным преимуществом нашего комплексного предложения.

– Как появилось ваше подразделение?

Мы давно и плодотворно работаем с авиастроительными заводами, внедряя у них металлообрабатывающие станки. Наблюдали, как растет у них потребность в композитных материалах, особенно при создании конкурентной продукции. Три года назад руководство фирмы приняло решение о развитии этого направления в нашей компании. Мы заключили соглашения с ведущими разработчиками софта и производителями оборудования для работы с композитами. В качестве системы для проектирования и подготовки производства деталей из композитных материалов компания сделала ставку на программное обеспечение FiberSIM фирмы Vistagy. Партнером по станкам была выбрана компания MAG – мировой производитель оборудования для изготовления и обработки деталей из композитов.

Летом 2010 года у российского представителя Vistagy мы приобрели автоматизированные рабочие места для композитного проектирования и производства на базе ПО FiberSIM, которое используется многими ведущими авиационными предприятиями, включая Bom-bardier Aerospace, BAE Systems и GKN Aerospace и другие компании. Наши специалисты прошли обучение и сертификацию. После этого в структуре «Солвер» появился отдел «Цифровое производство из композитных и полимерных материалов».

В 2010-2011 годах мы выполнили работы по договору генерального подряда в интересах «ОАК» и «ВАСО» на поставку первого в России станка MAG Viper-1200 FPS для автоматизированной намотки-выкладки деталей из композитов.

Сейчас мы продолжаем сотрудничество с «ВАСО». Для имеющихся на предприятии проекционных лазеров и раскройной машины средствами FiberSIM мы готовим управляющие программы. Нашими специалистами была проведена подготовка данных для нескольких узлов деталей самолетов АН-148 и Superjet-100.

– Какие задачи сегодня вы ставите перед своим подразделением?

Компания «Солвер» вносит ощутимый вклад в расширение применения инновационных технологий по работе с композитными материалами в России. Уже на протяжении нескольких лет мы серьезно занимаемся решением этих задач. Компания приобрела компетенции, опыт и в будущем планирует участвовать в проектировании деталей из композитов.

Второе направление, которым мы планируем заниматься, – обучение инженеров на базе нашего КАМПа1. В России не так много специалистов, которые имеют реальный опыт работы с современным оборудованием и программным обеспечением для проектирования и производства деталей из композитов. И это создает серьезные трудности при внедрении и эксплуатации оборудования для изготовления композитных деталей. Поэтому мы и планируем развить это направление на базе КАМП.

– Спасибо, Андрей, за то, что уделили время ответить на вопросы. Успешной работы вашему подразделению.

Спасибо!

1 О новом перспективном направлении деятельности компании «Солвер» – Кадровом агентстве модернизации производства (КАМП) будет рассказано в следующем номере журнала.