Luftfahrt-Schmiedeprojekt für einen Tier-1-Zulieferer in den Vereinigten Staaten

Projektübersicht

Dieser Fall verdeutlicht eine strategische Zusammenarbeit im Bereich Luft- und Raumfahrt-Schmiedeteile mit einem führenden, in den USA ansässigen Tier-1-Luft- und Raumfahrtzulieferer, der sich auf Antriebssysteme für zivile und militärische Flugzeuge spezialisiert hat. Das Projekt umfasste die Konstruktion, Werkstoffqualifizierung und Serienfertigung hochintegritätsfähiger Turbinenscheiben aus Titanlegierungen – kritische rotierende Komponenten, die unter extremen thermischen und mechanischen Belastungen betrieben werden. Über einen Zeitraum von 18 Monaten erstreckte sich die Initiative auf technische Zusammenarbeit, prozessentwicklung gemäß ASTM/AMS-Normen sowie AS9100-zertifizierte Fertigung in drei Produktionschargen mit insgesamt 472 präzisionsschmiedeten Einheiten. Der Leistungsumfang umfasste vollständige Rückverfolgbarkeit (Wärmecharge, Werkzeugkennung, NDT-Aufzeichnungen), dimensionsbezogene Validierung gemäß NAS970 sowie Lieferung an ITAR-geschützte Standorte in Ohio und Kalifornien.

Analyse der Herausforderung

Der Kunde stand unter wachsendem Druck, entscheidende Schmiedekapazitäten lokal aufzubauen, angesichts der Volatilität der Lieferkette und verschärfter Beschaffungsvorgaben des US-Verteidigungsministeriums. Der bestehende ausländische Zulieferer hatte Schwierigkeiten mit einer ungleichmäßigen Kornflussverteilung, gelegentlichen unterflächlichen Unstetigkeiten, die bei der Ultraschallprüfung (gemäß AMS 2631) festgestellt wurden, sowie mit der Nichteinhaltung der geforderten chemischen Toleranzen für die Titanlegierung Ti-6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial), insbesondere hinsichtlich des Sauerstoff- und Eisenanteils. Zudem überstiegen die Lieferzeiten 24 Wochen, was den Zeitplan für die Motormontage eines neu entwickelten Turbofan-Programms gefährdete. Der Zulieferer der Stufe 1 benötigte dringend einen Partner mit Standort im Inland, der nachweisbare Expertise im Bereich luftfahrtqualifizierter Titan-Schmiedeteile besitzt, strenge Prozesskontrolle gewährleistet und rasch auf Konstruktionsänderungsaufträge reagieren kann, ohne die Integrität der Zertifizierung zu beeinträchtigen.

Gelöste Lösung

Wir haben eine spezielle Luft- und Raumfahrt-Schmiedezelle mit einer 5.000-Tonnen-Hydraulikpresse, Vakuum-Atmosphären-Heizöfen und Echtzeit-Thermoprofilierungssystemen, die auf ±1 °C kalibriert sind, in Betrieb genommen. In enger Zusammenarbeit mit dem metallurgischen Team des Kunden optimierten wir die mehrstufige Gesenkschmiedefolge – einschließlich der Vorformgestaltung, der Verformung mit kontrollierter Dehnungsrate sowie der Profilierung der Luftkühlrampe nach dem Schmiedevorgang –, um eine gleichmäßige, gleichkörnige Mikrostruktur (ASTM E112, Klasse 5–6) zu erzielen und Unterbrechungen der Fließlinien zu vermeiden. Alle Barren stammten aus zertifiziertem US-amerikanischem Walzgut, das die Anforderungen der Norm AMS 4911 erfüllt; sämtliche Lieferungen waren begleitet von vollständigen Werkstoffprüfberichten und einer positiven Materialidentifikation (PMI). Jedes Schmiedeteil wurde einer 100-prozentigen automatisierten Ultraschallprüfung (gemäß AMS 2631, Klasse A), einer Farbeindringprüfung (AMS 2644) sowie einer dimensionsgenauen Koordinatenmessung (CMM) anhand von CAD-Modellen mit geometrisch-toleranzgesteuerten Merkmalen (GD&T) unterzogen. Wir implementierten ein digitales Chargenprotokollsystem, das in die MRP-Plattform des Kunden integriert ist und Echtzeit-Statusaktualisierungen sowie sofortigen Zugriff auf die PPAP-Dokumentation ermöglicht, darunter Erstbemusterungsberichte (FAI) und Prozessfähigkeitsuntersuchungen (Cpk ≥ 1,67 bei allen kritischen Abmessungen).

Projektergebnisse

Das Projekt erreichte eine Erst-Durchlauf-Ausbeute von 99,4 % bei allen 472 Schmiedeteilen, wobei keine Abweichungen hinsichtlich metallurgischer Integrität oder dimensionsgerechter Übereinstimmung auftraten. Die durchschnittliche Durchlaufzeit wurde auf 11,2 Wochen reduziert – eine Verbesserung um 53 % gegenüber der vorherigen Leistung – und ermöglichte es dem Zulieferer der Stufe 1, den Aufbau von Prototyp-Motoren um zwei Kalenderquartale zu beschleunigen. Die Ergebnisse der Ultraschallprüfung wiesen eine Indikationsrate von weniger als 0,1 % oberhalb der Empfindlichkeit des Referenzstandards auf, deutlich unterhalb der vertraglich vereinbarten Schwelle von 1,5 %. Entscheidend war, dass alle ausgelieferten Turbinenscheiben die anschließende Wärmebehandlung, Bearbeitung und endgültige Drehprobe beim Kunden ohne Ablehnung bestanden. Der Erfolg führte zu einer dreijährigen Rahmenvereinbarung für fünf weitere Titan- und Nickel-basierte Hochtemperaturlegierungsbauteile und erweiterte unseren Marktauftritt im US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtmarkt.

Kundenfeedback und strategische Auswirkungen

„Ihr tiefes Verständnis der Physik des Titan-Schmiedens – nicht nur der Bedienung der Anlagen – machte den Unterschied aus“, erklärte der Direktor für fortgeschrittene Fertigung des Zulieferers. „Sie behandelten unsere technischen Randbedingungen als unverhandelbare Konstruktionsvorgaben und nicht als Produktionshürden. Diese Partnerschaft hat unsere Resilienz als Tier-1-Zulieferer gestärkt und unterstützt unser Engagement für den Status eines vertrauenswürdigen Lieferanten des US-Verteidigungsministeriums (DoD).“ Dieses Luft- und Raumfahrt-Schmiedeprojekt unterstreicht unsere Fähigkeit, anspruchsvolle Tier-1-Luft- und Raumfahrtzulieferer mit sicherheitskritischen Komponenten zu versorgen – durch die Kombination metallurgischer Strenge, regulatorischer Disziplin und reaktionsfähiger Umsetzung im streng regulierten US-Luft- und Raumfahrtmarkt.