ピストンであろうとジェットであろうと、航空機エンジンの製造には、原材料を非常に信頼性の高い精密機械に変換することが含まれます。 航空輸送に関連する非常にストレスの多い動作環境では、幅広い高強度材料の使用が必要です。 従来の製造方法と独自の製造方法の両方が活用されています。
建設資材
航空機エンジンは主に金属部品で構成されていますが、近年では特定の部品にプラスチック複合材が導入されています。 強度と軽量性が最も重要な部分 (構造部品、コンプレッサー セクション、エンジン フレーム) には、さまざまなアルミニウムおよびチタン合金が使用されています。 クロム、ニッケル、およびコバルト合金は、高温および腐食に対する耐性が必要な場所 (燃焼器およびタービン セクション) に使用されます。 中間位置には多くの鋼合金が使用されています。
航空機の重量を最小化することは、ライフサイクル コストを削減する (ペイロードを最大化し、燃料消費を最小化する) ための重要な要素であるため、構造部品や配管において、アルミニウム、チタン、および一部の鋼合金の軽量代替品として、高度な複合材料が最近導入されています。高温は経験されていません。 これらの複合材は、主にポリイミド、エポキシ、その他の樹脂系で構成され、グラスファイバーまたはグラファイト繊維で補強されています。
製造業務
航空機エンジンの製造では、ほぼすべての一般的な金属加工および機械加工操作が使用されています。 これには、熱間鍛造 (翼、コンプレッサー ディスク)、鋳造 (構造部品、エンジン フレーム)、研削、ブローチ加工、旋削加工、穴あけ加工、フライス加工、せん断加工、のこぎり加工、ねじ切り加工、溶接、ろう付けなどが含まれます。 関連するプロセスには、金属仕上げ (陽極酸化、クロメートなど)、電気めっき、熱処理、熱 (プラズマ、フレーム) 溶射が含まれます。 使用される合金の高い強度と硬度は、複雑な形状と精密公差と相まって、他の産業よりも困難で厳しい機械加工要件を必要とします。
よりユニークな金属加工プロセスには、化学および電気化学フライス加工、放電加工、レーザー穴あけ、電子ビーム溶接などがあります。 化学および電気化学ミリング 輪郭を保持または作成する方法で、大きな表面から金属を除去することを含みます。 部品は、特定の合金に応じて、高濃度に制御された酸、苛性または電解質浴に入れられます。 金属は、化学的または電気化学的作用によって除去されます。 ケミカルミリングは、翼の鍛造後に輪郭を維持しながら壁の厚さを仕様に合わせるためによく使用されます。
放電加工とレーザー穴あけ 通常、硬質金属に小径の穴や複雑な輪郭を作るために使用されます。 燃焼器やタービンの部品には、冷却目的でこのような多くの穴が必要です。 金属の除去は、電気火花放電の高周波熱機械作用によって行われます。 このプロセスは、誘電性鉱物油浴で実行されます。 電極は、目的のカットの反転イメージとして機能します。
電子ビーム溶接 届きにくい形状で深い溶接溶け込みが必要な部品を接合するために使用されます。 溶接は、真空チャンバー内で集束され加速された電子ビームによって生成されます。 ワークピースに衝突する電子の運動エネルギーは、溶接のための熱に変換されます。
複合プラスチック加工 「ウェット」レイアップ技術または含浸布の使用のいずれかが含まれます。 ウェット レイアップでは、粘性のある未硬化の樹脂混合物が、スプレーまたはブラッシングによって金型または金型に広げられます。 繊維強化材を樹脂に手作業で敷き込みます。 追加の樹脂を適用して、成形型との均一性と輪郭を取得します。 完成したレイアップは、オートクレーブ内で熱と圧力を加えて硬化させます。 含浸済みの材料は、半硬質ですぐに使用できる、部分的に硬化した樹脂繊維複合材のシートで構成されています。 材料は所定のサイズにカットされ、金型の輪郭に合わせて手動で成形され、オートクレーブで硬化されます。 硬化した部品は、従来の方法で機械加工され、エンジンに組み込まれます。
検査と試験
航空機エンジンの信頼性を保証するために、製造中および最終製品に対して多くの検査、試験、および品質管理手順が実行されます。 一般的な非破壊検査方法には、放射線写真、超音波、磁性粒子、蛍光浸透剤などがあります。 それらは、部品内の亀裂や内部欠陥を検出するために使用されます。 組み立てられたエンジンは、通常、顧客への納品前に計装されたテスト セルでテストされます。
健康と安全の危険とその管理方法
航空機エンジンの製造に関連する健康被害は、主に使用される材料の毒性と暴露の可能性に関連しています。 アルミニウム、チタン、鉄は重大な毒性があるとは考えられていませんが、クロム、ニッケル、コバルトはより問題があります。 後者の XNUMX つの金属の特定の化合物と原子価状態は、人間と動物で発がん性を示しています。 それらの金属形態は、通常、金属仕上げ浴や塗料顔料に見られるイオン形態ほど毒性がないと考えられています。
従来の機械加工では、ほとんどの操作は、空気中の粉塵や煙の発生を最小限に抑えるクーラントまたは切削液を使用して実行されます。 乾式研削を除いて、金属は通常、吸入の危険性はありませんが、クーラント ミストの吸入が懸念されます。 特にジェットエンジン部品では、輪郭をブレンドし、翼を最終的な寸法にするために、かなりの量の研削が行われます。 通常、小型の手持ちグラインダーが使用されます。 クロム、ニッケル、またはコバルトベースの合金でこのような研削を行う場合は、局所的な換気が必要です。 これには、ダウンドラフトテーブルと自己換気グラインダーが含まれます。 皮膚炎と騒音は、従来の機械加工に関連する追加の健康被害です。 従業員は、部品の修理、検査、および取り外しの過程で、クーラントや切削液とさまざまな程度の皮膚接触をします。 繰り返される皮膚接触は、一部の従業員にさまざまな形の皮膚炎を引き起こす可能性があります。 一般に、保護手袋、バリア クリーム、および適切な衛生管理により、このようなケースを最小限に抑えることができます。 薄肉の高強度合金を加工する場合、工具のびびりや部品の振動により、騒音レベルが高くなることがよくあります。 これは、工具の剛性を高め、材料を減衰させ、機械加工パラメータを変更し、鋭利な工具を維持することで、ある程度制御できます。 それ以外の場合は、PPE (イヤーマフ、プラグなど) が必要です。
従来の機械加工操作に関連する安全上の問題には、主に、操作点、固定、および動力伝達ドライブの動きによる身体的傷害の可能性が含まれます。 制御は、固定ガード、インターロック アクセス ドア、ライト カーテン、感圧マット、従業員のトレーニングと意識向上などの方法によって達成されます。 フライング チップ、粒子、クーラントや洗浄溶剤の飛沫から保護するために、機械加工作業の周囲では常に目の保護具を使用する必要があります。
金属仕上げ作業、化学ミリング、電気化学ミリング、および電気めっきには、濃酸、塩基、および電解質への開放表面タンク暴露が含まれます。 ほとんどの浴には高濃度の溶存金属が含まれています。 バスの操作条件と組成 (濃度、温度、撹拌、サイズ) に応じて、空気中のガス、蒸気、ミストのレベルを制御するために、ほとんどの場合、何らかの局所換気が必要になります。 さまざまな側面のスロットタイプのフード設計が、制御用に一般的に使用されています。 さまざまなタイプのバスの換気設計と操作ガイドラインは、米国産業衛生専門家会議 (ACGIH) や米国国家規格協会 (ANSI) などの技術組織を通じて入手できます。 これらの槽の腐食性により、これらのタンクの周りで作業する場合は、目と皮膚の保護 (スプラッシュ ゴーグル、フェイス シールド、手袋、エプロンなど) を使用する必要があります。 緊急用の洗眼器とシャワーもすぐに使えるようにしておく必要があります。
電子ビーム溶接とレーザー穴あけは、作業者に放射線の危険をもたらします。 電子ビーム溶接では、二次 X 線放射 (制動放射 効果）。 ある意味で、溶接室は非効率的なＸ線管を構成する。 チャンバーは、放射線を実用的な最低レベルまで減衰させる材料で構成するか、シールドを含むことが重要です。 鉛シールドがよく使用されます。 放射線調査は定期的に実施する必要があります。 レーザーは、目や皮膚 (熱) に危険をもたらします。 また、母材金属の蒸発によって生成される金属フュームにさらされる可能性があります。 レーザー操作に関連するビーム障害は、可能な場合は、インターロックされたチャンバー内に隔離して封じ込める必要があります。 包括的なプログラムに厳密に従う必要があります。 金属フュームが発生する場所では、局所換気を行う必要があります。
複合プラスチック部品の製造に関連する主な危険には、ウェット レイアップ作業中の未反応の樹脂成分や溶剤への化学物質への曝露が含まれます。 特に懸念されるのは、ポリイミド樹脂の反応物およびエポキシ樹脂系の硬化剤として使用される芳香族アミンです。 これらの化合物の多くは、ヒト発がん物質であることが確認されているか、疑われています。 また、他の毒性効果も示します。 これらの樹脂系、特にエポキシ系の非常に反応性の高い性質により、皮膚や呼吸器の感作が生じます。 ウェット レイアップ作業中の危険の管理には、局所換気と、皮膚との接触を防ぐための個人用保護具の広範な使用が含まれる必要があります。 含浸シートを使用したレイアップ作業では、通常、空気感染は発生しませんが、皮膚保護具を使用する必要があります。 硬化すると、これらの部品は比較的不活性になります。 それらは、構成する反応物の危険性をもはや示しません。 ただし、部品の従来の機械加工では、複合強化材料 (グラスファイバー、グラファイト) に関連して、刺激性の厄介な粉塵が発生する可能性があります。 多くの場合、機械加工作業の局所換気が必要になります。
テスト操作に伴う健康被害には、通常、放射線検査による放射線 (X 線またはガンマ線) と最終製品テストによるノイズが含まれます。 放射線撮影業務には、トレーニング、バッジの監視、定期的な調査を完備した包括的な放射線安全プログラムを含める必要があります。 X 線検査室は、インターロック ドア、無影灯、緊急遮断装置、および適切な遮蔽を備えた設計にする必要があります。 組み立てられた製品がテストされるテスト エリアまたはセルは、特にジェット エンジンの場合、音響的に処理する必要があります。 コントロール コンソールの騒音レベルは、85 dBA 未満に制御する必要があります。 また、試験エリアでの排気ガス、燃料蒸気、または溶剤の蓄積を防ぐための対策を講じる必要があります。
特定の操作に関連する前述の危険に加えて、注目に値する他のいくつかの危険があります。 それらには、洗浄溶剤、塗料、鉛、および溶接作業への暴露が含まれます。 洗浄溶剤は、製造工程全体で使用されます。 最近では、毒性とオゾン層破壊の影響から、塩素系およびフッ素系溶媒の使用から、水性、テルピン、アルコール、およびミネラル スピリット タイプへと移行する傾向があります。 後者のグループはより環境的に許容される傾向にあるかもしれませんが、しばしば火災の危険があります。 可燃性または可燃性の溶剤は、職場では量を制限し、承認された容器からのみ使用し、適切な防火設備を設置する必要があります。 鉛は、翼の鍛造作業で金型の潤滑剤として使用されることがあります。 もしそうなら、鉛の毒性のために、包括的な鉛管理および監視プログラムが実施されるべきです。 製造作業では、多くのタイプの従来の溶接が使用されています。 このような作業では、金属煙、紫外線、オゾンへの曝露を評価する必要があります。 制御の必要性は、特定の操作パラメーターと関連する金属によって異なります。