โครงการชิ้นส่วนปลอมรูปสำหรับอวกาศสำหรับผู้จัดจำหน่ายระดับ Tier-1 ในสหรัฐอเมริกา

ภาพรวมโครงการ

กรณีศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงความร่วมมือเชิงกลยุทธ์ด้านการตีขึ้นรูปชิ้นส่วนสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศกับผู้จัดจำหน่ายระดับ Tier-1 ชั้นนำของสหรัฐอเมริกา ซึ่งเชี่ยวชาญด้านระบบขับเคลื่อนสำหรับอากาศยานเชิงพาณิชย์และอากาศยานเพื่อการป้องกันประเทศ โครงการนี้เกี่ยวข้องกับการออกแบบ การรับรองวัสดุ และการผลิตเป็นจำนวนมากของแผ่นดิสก์เทอร์ไบน์จากโลหะผสมไทเทเนียมที่มีคุณภาพสูง ซึ่งเป็นชิ้นส่วนหมุนที่มีความสำคัญยิ่งและทำงานภายใต้ภาระความร้อนและแรงเชิงกลที่รุนแรงมาก โครงการนี้ใช้ระยะเวลาทั้งสิ้น 18 เดือน โดยครอบคลุมการร่วมมือด้านวิศวกรรม การพัฒนากระบวนการตามมาตรฐาน ASTM/AMS และการผลิตที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน AS9100 ตลอด 3 รอบการผลิต ซึ่งรวมจำนวนชิ้นงานที่ผ่านการตีขึ้นรูปอย่างแม่นยำทั้งสิ้น 472 ชิ้น ขอบเขตของโครงการยังรวมถึงการติดตามย้อนกลับอย่างสมบูรณ์ (หมายเลขล็อตความร้อน รหัสแม่พิมพ์ และบันทึกผลการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย), การตรวจสอบความถูกต้องของมิติตามมาตรฐาน NAS970 และการจัดส่งไปยังสถานที่ที่ควบคุมภายใต้กฎระเบียบ ITAR ในรัฐโอไฮโอและรัฐแคลิฟอร์เนีย

การวิเคราะห์ความท้าทาย

ลูกค้าเผชิญกับแรงกดดันที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในการจัดตั้งศักยภาพการตีขึ้นรูป (forging) ที่สำคัญภายในประเทศ ท่ามกลางความผันผวนของห่วงโซ่อุปทานและข้อกำหนดด้านการจัดซื้อวัตถุดิบจากกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ ที่เข้มงวดยิ่งขึ้น ผู้จัดจำหน่ายต่างประเทศรายเดิมของลูกค้าประสบปัญหาเรื่องความสม่ำเสมอของทิศทางการจัดเรียงเม็ดผลึก (grain flow) ที่ไม่คงที่ รวมทั้งพบความไม่ต่อเนื่องใต้ผิวโลหะ (subsurface discontinuities) เป็นครั้งคราวระหว่างการตรวจสอบด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ (ตามมาตรฐาน AMS 2631) รวมถึงไม่สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านองค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสมไทเทเนียม Ti-6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial) ที่จำเป็น โดยเฉพาะปริมาณออกซิเจนและธาตุเหล็ก นอกจากนี้ ระยะเวลาการจัดส่ง (lead times) ยังเกิน 24 สัปดาห์ ส่งผลให้กำหนดการประกอบเครื่องยนต์สำหรับโครงการเทอร์โบแฟนรุ่นใหม่เสี่ยงต่อความล่าช้า ผู้จัดจำหน่ายระดับ Tier-1 จึงจำเป็นเร่งด่วนต้องมีพันธมิตรในประเทศที่มีความสามารถพิสูจน์แล้วในการตีขึ้นรูปไทเทเนียมสำหรับงานอวกาศและอากาศยาน มีระบบควบคุมกระบวนการอย่างเข้มงวด และสามารถตอบสนองต่อคำสั่งเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรม (engineering change orders) ได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของการรับรองคุณภาพ

โซลูชันที่จัดส่งแล้ว

เราได้ติดตั้งเซลล์การขึ้นรูปโลหะด้วยความร้อนเฉพาะทางสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ซึ่งประกอบด้วยเครื่องกดไฮดรอลิกขนาด 5,000 ตัน เตาให้ความร้อนในบรรยากาศสุญญากาศ และระบบวิเคราะห์โปรไฟล์อุณหภูมิแบบเรียลไทม์ที่สอบเทียบความแม่นยำถึง ±1°C โดยทำงานร่วมอย่างใกล้ชิดกับทีมวิศวกรรมโลหการของลูกค้า เราได้ปรับแต่งลำดับการขึ้นรูปโลหะด้วยแม่พิมพ์แบบปิดหลายขั้นตอนอย่างเหมาะสม — รวมถึงการออกแบบชิ้นงานก่อนขึ้นรูป (preform) การเปลี่ยนรูปร่างภายใต้อัตราการไหลของแรงที่ควบคุมได้ และการลดอุณหภูมิหลังการขึ้นรูปด้วยอากาศตามโปรไฟล์ที่กำหนด — เพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคแบบเม็ดสม่ำเสมอ (equiaxed microstructure) ตามมาตรฐาน ASTM E112 ระดับ 5–6 และขจัดการหยุดชะงักของแนวการไหลของเนื้อโลหะ (flow-line interruptions) แท่งโลหะทั้งหมดนำเข้าจากโรงงานผลิตโลหะในสหรัฐอเมริกาที่ผ่านการรับรองและเป็นไปตามข้อกำหนด AMS 4911 พร้อมรายงานผลการทดสอบจากโรงงานฉบับเต็มและผลการตรวจสอบองค์ประกอบโลหะด้วยเทคนิค PMI ชิ้นงานแต่ละชิ้นผ่านการสแกนด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์แบบอัตโนมัติ 100% (ตามมาตรฐาน AMS 2631 ระดับ A) การตรวจสอบด้วยสารเจาะรอยร้าว (dye penetrant inspection) (ตามมาตรฐาน AMS 2644) และการตรวจสอบมิติด้วยเครื่องวัดพิกัดสามมิติ (CMM) เทียบกับแบบจำลอง CAD ที่ควบคุมด้วยเกณฑ์ GD&T ทั้งหมด เราได้นำระบบบันทึกข้อมูลแบตช์แบบดิจิทัลมาใช้งาน ซึ่งเชื่อมต่อแบบบูรณาการเข้ากับแพลตฟอร์ม MRP ของลูกค้า ทำให้สามารถอัปเดตสถานะแบบเรียลไทม์และเข้าถึงเอกสาร PPAP ได้ทันที รวมถึงรายงานการตรวจสอบชิ้นงานต้นแบบ (FAI reports) และการศึกษาความสามารถของกระบวนการ (process capability studies) (ค่า Cpk ≥ 1.67 สำหรับมิติสำคัญทั้งหมด)

ผลลัพธ์ของโครงการ

โครงการนี้บรรลุอัตราการผ่านครั้งแรก (first-pass yield) ได้ถึงร้อยละ 99.4 สำหรับชิ้นส่วนปลอมทั้งหมด 472 ชิ้น โดยไม่มีข้อบกพร่องใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับความสมบูรณ์เชิงโลหะวิทยาหรือความสอดคล้องตามมิติ ระยะเวลาการผลิตเฉลี่ยลดลงเหลือ 11.2 สัปดาห์ ซึ่งดีขึ้นร้อยละ 53 เมื่อเทียบกับผลการดำเนินงานก่อนหน้า ทำให้ผู้จัดจำหน่ายระดับ Tier-1 สามารถเร่งการสร้างต้นแบบเครื่องยนต์ให้เร็วขึ้นได้สองไตรมาสปฏิทิน ผลการตรวจสอบด้วยคลื่นอัลตราโซนิกแสดงอัตราการตรวจพบสัญญาณ (indication rate) ต่ำกว่าร้อยละ 0.1 เมื่อเปรียบเทียบกับความไวมาตรฐานอ้างอิง ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์ตามสัญญาร้อยละ 1.5 อย่างมีนัยสำคัญ ทั้งนี้ จานกังหัน (turbine disks) ทั้งหมดที่ส่งมอบผ่านกระบวนการอบร้อน การกลึง และการทดสอบหมุนขั้นสุดท้ายของลูกค้าโดยไม่มีการปฏิเสธแม้แต่ชิ้นเดียว ความสำเร็จนี้นำไปสู่การลงนามในข้อตกลงกรอบงานระยะสามปี ครอบคลุมชิ้นส่วนเพิ่มเติมอีกห้ารายการ ซึ่งผลิตจากไทเทเนียมและซูเปอร์อัลลอยชนิดนิกเกิล ขยายขอบเขตการดำเนินงานของเราในตลาดอากาศยานสหรัฐอเมริกา

ข้อเสนอแนะจากลูกค้าและผลกระทบเชิงกลยุทธ์

‘ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งของพวกเขาต่อหลักฟิสิกส์ของการขึ้นรูปไทเทเนียม — ไม่ใช่เพียงแค่การปฏิบัติงานเครื่องจักรเท่านั้น — คือปัจจัยที่ทำให้เกิดความแตกต่าง’ ผู้อำนวยการฝ่ายการผลิตขั้นสูงของผู้จัดจำหน่ายกล่าว ‘พวกเขาถือข้อจำกัดด้านวิศวกรรมของเราเป็นข้อมูลนำเข้าสำหรับการออกแบบที่ไม่อาจเจรจาต่อรองได้ ไม่ใช่เป็นอุปสรรคในการผลิต ความร่วมมือครั้งนี้ได้เสริมสร้างความยืดหยุ่นของผู้จัดจำหน่ายระดับ Tier-1 ของเรา และสนับสนุนพันธสัญญาของเราในการเป็นผู้จัดจำหน่ายที่เชื่อถือได้ของกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ (DoD)’ โครงการขึ้นรูปชิ้นส่วนอากาศยานในอวกาศนี้ แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเราในการให้บริการแก่ผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนอากาศยานระดับ Tier-1 ที่มีความต้องการสูง ด้วยชิ้นส่วนที่มีความสำคัญต่อภารกิจ โดยผสมผสานความแม่นยำทางโลหะวิทยา วินัยด้านกฎระเบียบ และการดำเนินงานที่ตอบสนองได้อย่างรวดเร็วในตลาดอากาศยานสหรัฐฯ ซึ่งอยู่ภายใต้การควบคุมดูแลอย่างเข้มงวด