การแปรรูปชิ้นส่วนขึ้นรูปสำหรับการขนส่งเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

การแปรรูปชิ้นส่วนขึ้นรูปสำหรับการขนส่งเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ หมายถึง การผลิตชิ้นส่วนโลหะที่สำคัญสำหรับเครื่องยนต์อากาศยาน ระบบขับเคลื่อนจรวด หรือระบบจ่ายเชื้อเพลิงดาวเทียม โดยใช้กระบวนการขึ้นรูปร่วมกับการตัดเฉือนที่แม่นยำ ชิ้นส่วนเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการขนส่งเชื้อเพลิง เช่น น้ำมันก๊าดสำหรับเครื่องบิน ไฮโดรเจนเหลว/ออกซิเจนเหลว เพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่มีระดับความสูง ความเร็ว อุณหภูมิที่สูงมาก (-200°C ถึง +500°C) และแรงดันสูง (>10 MPa) กระบวนการขึ้นรูป (เช่น การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ หรือการขึ้นรูปที่แม่นยำ) ให้การปรับปรุงขนาดเกรน ความแข็งแรง และโครงสร้างที่ปราศจากข้อบกพร่องที่ยอดเยี่ยม เมื่อเทียบกับการหล่อหรือการตัดเฉือน อายุการใช้งานของชิ้นส่วนขึ้นรูปสามารถเพิ่มขึ้นได้ 2-5 เท่า ซึ่งเหมาะสำหรับข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือสูงของการบินและอวกาศ (เป็นไปตามมาตรฐาน AS9100) ชิ้นส่วนทั่วไป ได้แก่ ตัวเรือนปั๊มเชื้อเพลิง ตัววาล์ว ข้อต่อหัวฉีด และหน้าแปลนท่อ

1. คุณสมบัติของวัสดุ

ชิ้นส่วนขึ้นรูปสำหรับการขนส่งเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ มักใช้อัลลอยด์ประสิทธิภาพสูง เพื่อให้มั่นใจถึงความทนทานต่อการกัดกร่อน ทนต่ออุณหภูมิสูง และน้ำหนักเบา:

• ไทเทเนียมอัลลอยด์ (Ti-6Al-4V)：น้ำหนักเบา (ความหนาแน่น 4.5 g/cm³), ความแข็งแรงสูง (>900 MPa), ทนทานต่อการกัดกร่อนของเชื้อเพลิง เหมาะสำหรับระบบไฮโดรเจนเหลวที่อุณหภูมิต่ำ
• นิกเกิลเบสซุปเปอร์อัลลอยด์ (Inconel 718, Hastelloy X)：ทนต่ออุณหภูมิสูง (>1000°C), ทนต่อการเกิดออกซิเดชัน เหมาะสำหรับการขนส่งเชื้อเพลิงกังหันก๊าซที่อุณหภูมิสูง
• สแตนเลส (17-4PH, 15-5PH)：ชนิดตกตะกอนแข็งตัว, ความแข็ง HRC>40, ทนทานต่อความล้า เหมาะสำหรับระบบน้ำมันก๊าดสำหรับเครื่องบินที่อุณหภูมิปานกลาง
• อื่นๆ：อลูมิเนียมอัลลอยด์ (7075-T6) ใช้สำหรับชิ้นส่วนรับน้ำหนักเบา หรือโคบอลต์เบสอัลลอยด์ใช้สำหรับการใช้งานที่ทนทานต่อการสึกหรอสูง

2. วิธีการแปรรูป

การแปรรูปชิ้นส่วนขึ้นรูป ผสมผสานการขึ้นรูปหยาบ การอบชุบด้วยความร้อน และการตกแต่งขั้นสุดท้าย เพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำ (ค่าความคลาดเคลื่อน ±0.02mm) และคุณภาพพื้นผิว (Ra≤0.8μm) ขั้นตอนสำคัญ ได้แก่:

• การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ที่แม่นยำ (Closed-Die Forging)：ใช้แม่พิมพ์อุณหภูมิสูง (800-1200°C) ในการขึ้นรูปชิ้นงาน เพื่อสร้างชิ้นส่วนที่มีรูปร่างใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ข้อดี: อัตราการใช้วัสดุ >90%, ลดปริมาณการตัดเฉือน เหมาะสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน เช่น ช่องภายในปั๊ม
• การขึ้นรูปไอโซเทอร์มอล (Isothermal Forging)：การขึ้นรูปที่อุณหภูมิคงที่ในสุญญากาศหรือบรรยากาศก๊าซเฉื่อย เหมาะสำหรับไทเทเนียม/นิกเกิลอัลลอยด์ หลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันและการเสียรูป ความแม่นยำสูง เกรนสม่ำเสมอ
• การอบชุบด้วยความร้อน：การชุบแข็งในสุญญากาศ + การบ่มแข็งด้วยอายุ เพิ่มความแข็งแรง (เช่น ความแข็งของ Inconel 718 เพิ่มขึ้นจาก HRC 30 เป็น 45)
• การตกแต่งขั้นสุดท้าย：
  • การตัดเฉือน CNC 5 แกน：กำจัดส่วนเกิน แปรรูปพื้นผิวโค้งและระบบรู ใช้เครื่องจักรที่มีความแข็งแกร่งสูง (เช่น DMG Mori) ร่วมกับซอฟต์แวร์ CAM เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทาง ควบคุมการสั่นสะเทือน <5μm
  • การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (ECM) หรือการตัดเฉือนด้วยเลเซอร์：การตกแต่งขั้นสุดท้ายของช่องภายในแบบไม่สัมผัส หลีกเลี่ยงความเค้นจากความร้อน ความหยาบผิว Ra<0.4μm
  • การเจียร/ขัดเงา：การปรับสภาพพื้นผิวขั้นสุดท้าย เพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน
• กระบวนการเสริม：การทดสอบแบบไม่ทำลาย (อัลตราโซนิก/เอ็กซ์เรย์) เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีรอยแตก การเคลือบพื้นผิว (เช่น DLC หรือการเคลือบเซรามิก) เพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอ