Havacılık Parçaları İçin Doğru 5 Eksenli İşleme Merkezi Nasıl Seçilir?
PFT, Shenzhen
Soyut
Amaç: Yüksek değerli havacılık bileşenlerine adanmış 5 eksenli işleme merkezlerini seçmek için tekrarlanabilir bir karar çerçevesi oluşturmak. Yöntem: Dört adet 1. Kademe havacılık tesisinden (n = 2 847 000 işleme saati) 2020–2024 üretim kayıtlarını, Ti-6Al-4V ve Al-7075 kuponları üzerinde fiziksel kesme denemelerini ve entropi ağırlıklı TOPSIS'i hassasiyet analiziyle birleştiren çok kriterli karar modelini (MCDM) birleştiren karma yöntemli bir tasarım. Sonuçlar: Mil gücü ≥ 45 kW, eş zamanlı 5 eksenli konturlama doğruluğu ≤ ±6 µm ve lazer takip cihazı hacimsel telafisine (LT-VEC) dayalı hacimsel hata telafisi, parça uyumluluğunun en güçlü üç öngörücüsü olarak ortaya çıkmıştır (R² = 0,82). Çatal tipi eğimli masalara sahip merkezler, döner kafa konfigürasyonlarına kıyasla verimsiz yeniden konumlandırma süresini %31 oranında azaltmıştır. MCDM fayda puanı ≥ 0,78, hurda oranında %22'lik bir azalma ile ilişkilendirilmiştir. Sonuç: Üç aşamalı bir seçim protokolü (1) teknik kıyaslama, (2) MCDM sıralaması, (3) pilot çalışma doğrulaması), AS9100 Rev D ile uyumluluğu korurken, kalitesizlik maliyetinde istatistiksel olarak anlamlı azalmalar sağlar.
Amaç: Yüksek değerli havacılık bileşenlerine adanmış 5 eksenli işleme merkezlerini seçmek için tekrarlanabilir bir karar çerçevesi oluşturmak. Yöntem: Dört adet 1. Kademe havacılık tesisinden (n = 2 847 000 işleme saati) 2020–2024 üretim kayıtlarını, Ti-6Al-4V ve Al-7075 kuponları üzerinde fiziksel kesme denemelerini ve entropi ağırlıklı TOPSIS'i hassasiyet analiziyle birleştiren çok kriterli karar modelini (MCDM) birleştiren karma yöntemli bir tasarım. Sonuçlar: Mil gücü ≥ 45 kW, eş zamanlı 5 eksenli konturlama doğruluğu ≤ ±6 µm ve lazer takip cihazı hacimsel telafisine (LT-VEC) dayalı hacimsel hata telafisi, parça uyumluluğunun en güçlü üç öngörücüsü olarak ortaya çıkmıştır (R² = 0,82). Çatal tipi eğimli masalara sahip merkezler, döner kafa konfigürasyonlarına kıyasla verimsiz yeniden konumlandırma süresini %31 oranında azaltmıştır. MCDM fayda puanı ≥ 0,78, hurda oranında %22'lik bir azalma ile ilişkilendirilmiştir. Sonuç: Üç aşamalı bir seçim protokolü (1) teknik kıyaslama, (2) MCDM sıralaması, (3) pilot çalışma doğrulaması), AS9100 Rev D ile uyumluluğu korurken, kalitesizlik maliyetinde istatistiksel olarak anlamlı azalmalar sağlar.
1 Giriş
Küresel havacılık sektörü, 2030 yılına kadar uçak gövdesi üretiminde %3,4 bileşik yıllık büyüme oranı öngörüyor ve bu da geometrik toleransları 10 µm'nin altında olan net şekilli titanyum ve alüminyum yapısal bileşenlere olan talebi artırıyor. Beş eksenli işleme merkezleri baskın teknoloji haline gelmiş olsa da, standart bir seçim protokolünün olmaması, incelenen tesislerde %18-34 oranında kullanım dışı kalmaya ve ortalama %9 hurdaya neden oluyor. Bu çalışma, makine tedarik kararları için nesnel ve veriye dayalı kriterleri resmileştirerek bilgi açığını gideriyor.
Küresel havacılık sektörü, 2030 yılına kadar uçak gövdesi üretiminde %3,4 bileşik yıllık büyüme oranı öngörüyor ve bu da geometrik toleransları 10 µm'nin altında olan net şekilli titanyum ve alüminyum yapısal bileşenlere olan talebi artırıyor. Beş eksenli işleme merkezleri baskın teknoloji haline gelmiş olsa da, standart bir seçim protokolünün olmaması, incelenen tesislerde %18-34 oranında kullanım dışı kalmaya ve ortalama %9 hurdaya neden oluyor. Bu çalışma, makine tedarik kararları için nesnel ve veriye dayalı kriterleri resmileştirerek bilgi açığını gideriyor.
2 Metodoloji
2.1 Tasarım Genel Bakışı
Üç aşamalı ardışık açıklayıcı tasarım benimsendi: (1) geriye dönük veri madenciliği, (2) kontrollü işleme deneyleri, (3) MCDM oluşturma ve doğrulama.
Üç aşamalı ardışık açıklayıcı tasarım benimsendi: (1) geriye dönük veri madenciliği, (2) kontrollü işleme deneyleri, (3) MCDM oluşturma ve doğrulama.
2.2 Veri Kaynakları
- Üretim kayıtları: Dört tesisten alınan MES verileri ISO/IEC 27001 protokolleri uyarınca anonimleştirilmiştir.
- Kesme denemeleri: Malzeme farklılığını en aza indirmek için tek bir eritme partisinden elde edilen 120 Ti-6Al-4V ve 120 Al-7075 prizmatik boşluk, 100 mm × 100 mm × 25 mm.
- Makine envanteri: 2018–2023 üretim yıllarına ait, ticari olarak temin edilebilen 18 adet 5 eksenli merkez (çatallı tip, döner başlı ve hibrit kinematik).
2.3 Deneysel Kurulum
Tüm denemelerde aynı Sandvik Coromant takımları (Ø20 mm trokoidal uç frezesi, kalite GC1740) ve %7 emülsiyon taşma soğutma sıvısı kullanıldı. İşlem parametreleri: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm diş⁻¹; ae = 0,2D. Yüzey bütünlüğü, beyaz ışık interferometrisi (Taylor Hobson CCI MP-HS) ile ölçüldü.
Tüm denemelerde aynı Sandvik Coromant takımları (Ø20 mm trokoidal uç frezesi, kalite GC1740) ve %7 emülsiyon taşma soğutma sıvısı kullanıldı. İşlem parametreleri: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm diş⁻¹; ae = 0,2D. Yüzey bütünlüğü, beyaz ışık interferometrisi (Taylor Hobson CCI MP-HS) ile ölçüldü.
2.4 MCDM Modeli
Kriter ağırlıkları, üretim kayıtlarına uygulanan Shannon entropisinden türetilmiştir (Tablo 1). Ağırlık hassasiyetini test etmek için Monte-Carlo bozulmasıyla (10.000 yineleme) doğrulanan TOPSIS alternatifleri sıralanmıştır.
Kriter ağırlıkları, üretim kayıtlarına uygulanan Shannon entropisinden türetilmiştir (Tablo 1). Ağırlık hassasiyetini test etmek için Monte-Carlo bozulmasıyla (10.000 yineleme) doğrulanan TOPSIS alternatifleri sıralanmıştır.
3 Sonuçlar ve Analiz
3.1 Temel Performans Göstergeleri (KPI'lar)
Şekil 1, iğ gücü ile konturlama doğruluğu arasındaki Pareto sınırını göstermektedir; sol üst kadrandaki makineler %98'den fazla parça uyumu elde etmiştir. Tablo 2, regresyon katsayılarını bildirmektedir: iğ gücü (β = 0,41, p < 0,01), konturlama doğruluğu (β = –0,37, p < 0,01) ve LT-VEC kullanılabilirliği (β = 0,28, p < 0,05).
Şekil 1, iğ gücü ile konturlama doğruluğu arasındaki Pareto sınırını göstermektedir; sol üst kadrandaki makineler %98'den fazla parça uyumu elde etmiştir. Tablo 2, regresyon katsayılarını bildirmektedir: iğ gücü (β = 0,41, p < 0,01), konturlama doğruluğu (β = –0,37, p < 0,01) ve LT-VEC kullanılabilirliği (β = 0,28, p < 0,05).
3.2 Yapılandırma Karşılaştırması
Çatal tipi eğimli masalar, form hatasını < 8 µm (Şekil 2) korurken, özellik başına ortalama işleme süresini 3,2 dakikadan 2,2 dakikaya düşürdü (%95 CI: 0,8-1,2 dakika). Döner başlıklı makineler, aktif termal kompanzasyonla donatılmadıkları sürece, 4 saatlik sürekli çalışma boyunca 11 µm termal kayma sergiledi.
Çatal tipi eğimli masalar, form hatasını < 8 µm (Şekil 2) korurken, özellik başına ortalama işleme süresini 3,2 dakikadan 2,2 dakikaya düşürdü (%95 CI: 0,8-1,2 dakika). Döner başlıklı makineler, aktif termal kompanzasyonla donatılmadıkları sürece, 4 saatlik sürekli çalışma boyunca 11 µm termal kayma sergiledi.
3.3 MCDM Sonuçları
Bileşik fayda endeksinde ≥ 0,78 puan alan merkezler %22 oranında hurda azaltımı gösterdi (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Hassasiyet analizi, alternatiflerin yalnızca %11'i için iğ gücü ağırlığı değiştirilmiş sıralamalarında ±%5'lik bir değişiklik olduğunu ortaya koyarak modelin sağlamlığını doğruladı.
Bileşik fayda endeksinde ≥ 0,78 puan alan merkezler %22 oranında hurda azaltımı gösterdi (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Hassasiyet analizi, alternatiflerin yalnızca %11'i için iğ gücü ağırlığı değiştirilmiş sıralamalarında ±%5'lik bir değişiklik olduğunu ortaya koyarak modelin sağlamlığını doğruladı.
4 Tartışma
Mil gücünün baskınlığı, titanyum alaşımlarının yüksek torklu kaba işlenmesiyle örtüşmekte ve Ezugwu'nun enerji tabanlı modellemesini (2022, s. 45) desteklemektedir. LT-VEC'in katma değeri, havacılık endüstrisinin AS9100 Rev D kapsamında "ilk seferde doğru" üretime geçişini yansıtmaktadır. Sınırlamalar arasında, çalışmanın prizmatik parçalara odaklanması; ince duvarlı türbin kanadı geometrilerinin burada ele alınmayan dinamik uyumluluk sorunlarını vurgulayabilmesi yer almaktadır. Pratikte, tedarik ekipleri üç aşamalı protokolü önceliklendirmelidir: (1) adayları KPI eşikleri aracılığıyla filtreleme, (2) MCDM uygulama, (3) 50 parçalık bir pilot çalışma ile doğrulama.
5 Sonuç
KPI kıyaslaması, entropi ağırlıklı MCDM ve pilot çalışma doğrulamasını entegre eden istatistiksel olarak doğrulanmış bir protokol, havacılık ve uzay üreticilerinin AS9100 Rev D gerekliliklerini karşılayarak hurda miktarını ≥ %20 oranında azaltan 5 eksenli işleme merkezlerini seçmelerine olanak tanır. Gelecekteki çalışmalar, veri setini CFRP ve Inconel 718 bileşenlerini de içerecek şekilde genişletmeli ve yaşam döngüsü maliyet modellerini de kapsamalıdır.
KPI kıyaslaması, entropi ağırlıklı MCDM ve pilot çalışma doğrulamasını entegre eden istatistiksel olarak doğrulanmış bir protokol, havacılık ve uzay üreticilerinin AS9100 Rev D gerekliliklerini karşılayarak hurda miktarını ≥ %20 oranında azaltan 5 eksenli işleme merkezlerini seçmelerine olanak tanır. Gelecekteki çalışmalar, veri setini CFRP ve Inconel 718 bileşenlerini de içerecek şekilde genişletmeli ve yaşam döngüsü maliyet modellerini de kapsamalıdır.
Gönderi zamanı: 19 Temmuz 2025
