항공우주 CNC 가공:경량 티타늄 부품 등

전 세계 항공우주 산업은 설계 및 제조 혁신의 온상이며 매년 수백만 개의 복잡한 금속 부품이 생산됩니다.

항공 우주 산업에서 중요한 도구는 CNC 가공입니다. 항공 우주 기계 가공은 티타늄 및 알루미늄과 같은 경량 금속으로 만든 고급 항공기 부품으로 이어지며, 기계 가공은 항공 우주 R&D 부서를 위한 귀중한 프로토타이핑 도구이기도 합니다.

항공 우주 기계 가공은 다양한 응용 분야에도 적용됩니다. 상업용 항공기, 군용 차량 또는 우주 여행이든 CNC 가공은 정밀 항공우주 부품의 개발 및 생산에서 중요한 역할을 합니다.

이 기사는 항공 우주 산업에서 CNC 가공이 어떻게 사용되는지에 대한 개요를 제공합니다. 항공우주 CNC 머시닝 애플리케이션, 항공우주 머시닝 재료 등을 살펴봅니다.

항공우주란 무엇입니까?

항공 우주는 상업용 항공에서 우주 탐사에 이르기까지 모든 것을 포괄하는 많은 하위 부문으로 구성된 매우 다양한 산업입니다. 글로벌 산업으로서의 가치는 약 8000억 달러로 추산됩니다.

항공우주 제조에는 상업, 산업 및 군사 고객을 위한 부품 생산이 포함되며 정부는 업계에서 가장 큰 계약자 중 하나입니다. 예를 들어, 미국에서 항공우주 제품의 가장 큰 두 구매자는 국방부와 미국 항공 및 우주 연구 기관인 NASA입니다.

방대한 수의 항공 우주 하위 부문과 해당 하위 부문 내의 수많은 응용 프로그램 및 제품으로 인해 항공 우주는 주조 및 용접과 같은 전통적인 기술에서 금속 적층 제조와 같은 첨단 기술에 이르기까지 광범위한 제조 기술이 필요합니다. 항공우주 CNC 머시닝은 이 두 극단 사이에 위치하며 최첨단 디자인과 재료 가능성을 제공하는 고도로 확립된 기술입니다.

항공우주 가공이란 무엇입니까?

가공은 기계로 작동되는 절삭 공구를 사용하여 공작물에서 재료 섹션을 제거하는 제조 공정입니다. CNC 머시닝은 디지털 버전의 머시닝입니다. 컴퓨터는 자동화된 절삭 도구를 제어하여 새 부품을 빠르고 정확하게 형성합니다.

항공 우주 CNC 머시닝은 1942년 CNC 머시닝 자체의 발명으로 거의 거슬러 올라갑니다. 항공 우주 CNC 머시닝의 초기 적용 중 하나는 격벽과 날개 스킨의 생산이었습니다. 오늘날 변속기, 랜딩 기어 구성 요소 및 전기 구성 요소와 같은 많은 항공 우주 부품을 가공할 수 있습니다. 가공은 또한 기존 부품을 수리 또는 수정하거나, 세부 기능을 추가하거나, 일련 번호와 같은 새겨진 텍스트 정보를 추가하는 데 사용될 수 있습니다.

많은 항공 우주 가공 작업에는 중요한 최종 사용 구성 요소의 생산이 포함되므로 고품질 5축 머시닝 센터에는 정밀 가공이 필요합니다. 예를 들어 제트 엔진 구성 요소와 같은 특정 부품에는 CNC 가공 중에 일반적으로 허용되는 것보다 훨씬 더 엄격한 4미크론의 엄격한 허용 오차가 필요할 수 있습니다.

항공 우주 기계 가공은 연구 개발 과정에서 프로토타이핑의 중요한 형태이기도 합니다. CNC 기계는 나중에 주조 또는 기타 기술을 사용하여 제조될 금속 항공우주 부품의 프로토타이핑에 적합합니다.

항공우주 가공 부품

항공 우주 기계 가공은 중요한 티타늄 제트 엔진 구성 요소에서 경량 플라스틱 내부 캐빈 부품에 이르기까지 많은 항공 우주 부품을 담당합니다.

항공 우주 CNC 가공에 적합한 부품은 일반적으로 고강도 및 미세 기능이 필요한 소량 부품입니다. 이러한 부품은 일반적으로 CNC 머시닝 센터의 크기에 따라 크기가 제한되지만 일반적으로 티타늄 또는 알루미늄 합금과 같은 여러 다른 재료를 사용할 수 있지만 엔지니어링 플라스틱 및 복합 재료와 같은 다른 옵션도 사용할 수 있습니다. 일부 부품은 주조 또는 압출된 후에만 후가공될 수 있습니다.

항공 우주 기계 가공은 프로토타입 및 최종 사용 부품에 사용할 수 있습니다. 그러나 최종 사용 부품은 엄격한 안전 기준, 표준 및 인증을 충족해야 합니다.

가공 가능한 항공우주 부품에는 다음이 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다.

• 랜딩 기어 구성요소
• 터빈 블레이드 및 기타 제트 엔진 부품
• 엔진 하우징
• 산소 발생 시스템
• 액체 및 공기 여과 시스템용 필터 본체
• 전기 시스템용 전기 커넥터
• 모션 컨트롤
• 액추에이터
• 동체 구성 요소
• 날개 갈비
• 디스크
• 동력 전달용 샤프트
• 미사일 하우징 및 기타 부품
• 캐빈 부품
• 좌석, 팔걸이 및 쟁반

항공우주 가공 인증

항공 우주 CNC 가공은 오류의 여지를 남기지 않는 중요한 절차입니다. 일부 산업에서는 느슨한 공차와 재료 변동을 허용하지만 항공우주 분야에서는 인간의 안전을 보장하기 위해 완전한 정밀도와 일관성이 필요합니다.

서로 다른 응용 프로그램과 부품은 서로 다른 표준 및 인증을 충족해야 하며 일부 국가별 표준과 국제 표준이 있습니다. 그러나 많은 애플리케이션에 적용할 수 있는 특히 중요한 인증 중 하나는 AS9100입니다. 인증, 항공우주 분야의 "설계, 개발, 생산, 설치 및 서비스 품질 보증 모델"로 설명되는 공급업체에게 수여되는 SAE 국제 표준입니다.

ISO 9001의 확장 , AS9100 인증이 모든 항공우주 부품 생산에 필요한 것은 아니지만 고객은 품질 보증을 위해 인증을 받은 공급업체를 찾을 수 있습니다.

항공 우주 기계 가공에 대한 기타 중요한 인증에는 ITAR이 있습니다. (국제 무기 거래 규정), 미국 군수품 목록에 기술을 판매 및 생산하기 위한 미국 요구 사항을 설명하는 미국 국무부의 일련의 지침 및 AS9102 최초 물품 검사 보고서 , 검증 요구 사항 항공 우주 부품 준수를 나타냅니다.

프로토타입이 활성 항공기에 사용되지 않기 때문에 이러한 인증은 항공우주 프로토타입 제작에 반드시 필요한 것은 아닙니다.

항공우주 가공 재료

CNC 가공은 금속과 플라스틱 모두에서 구성 요소를 만드는 데 사용할 수 있는 다용도 프로세스입니다. 그러나 항공우주 분야에서는 티타늄과 알루미늄이라는 두 가지 특정 금속이 가장 많이 사용됩니다. 이는 소재의 고강도(특히 티타늄)와 경량(특히 알루미늄) 때문입니다.

티타늄 합금

전 세계적으로 우주 항공보다 티타늄 합금을 더 많이 사용하는 산업은 없습니다. 그 이유를 쉽게 알 수 있습니다. 금속은 중량 대비 강도가 우수하고 부식에 강하며 극한의 온도에서도 높은 수준으로 작동합니다. 티타늄은 항공우주 생산의 주요 소재가 되었으며 다음 세기에 걸쳐 그 사용량이 더욱 증가할 것입니다.

다양한 구성 요소에 티타늄을 많이 사용하는 항공기에는 AirBus A380 및 Boeing B787과 같은 상업용 차량과 F-22, F/A-18 및 UH-60 Black Hawk 헬리콥터와 같은 군용 항공기가 있습니다.

티타늄 항공 우주 부품에는 디스크, 블레이드, 샤프트 및 케이싱과 같은 기체 및 제트 엔진 구성 요소가 포함됩니다. 이들 중 많은 부분을 가공할 수 있습니다.

티타늄은 알루미늄보다 단단하기 때문에 CNC 기계에 더 까다로워 공구 마모와 열 축적을 유발할 수 있습니다. 이는 티타늄의 항공 우주 가공에 기계 RPM이 감소하고 칩 부하가 더 커질 수 있음을 의미합니다. (자세한 내용은 티타늄 가공 가이드를 참조하십시오.) 그러나 항공 우주 가공에는 일반적으로 사용 가능한 가장 진보된 고급 가공 장비가 사용되기 때문에 문제가 되는 경우는 드뭅니다.

알루미늄 합금

항공 우주 기계 가공에서 널리 사용되는 또 다른 금속은 티타늄 및 현대식 복합 재료보다 오래 사용된 금속입니다.

알루미늄 합금은 가볍고 인장 강도가 높습니다. 알루미늄은 공기에 노출되면 산화피막을 형성하여 부식에 강하고 성형성(티타늄보다 높음)도 높아 CNC 가공이 용이합니다.

항공 우주 CNC 가공에서 가장 일반적인 알루미늄 합금은 알루미늄 7075이며 주요 합금 요소는 아연입니다. 7075는 다른 합금만큼 가공이 불가능하지만 피로 강도가 뛰어납니다. 많은 날개, 동체 및 지지 구조 구성 요소가 이 재료로 만들어집니다.

기타 가공 가능한 항공우주 알루미늄 합금에는 4047(클래딩/충전재), 6951(핀) 및 6063(구조용)이 있습니다. 6000계열 합금은 일반적으로 다른 합금보다 가공성이 뛰어난 것으로 간주됩니다.

인코넬 초합금

Special Metals Corporation은 Inconel이라고 하는 다양한 오스테나이트 니켈-크롬 기반 초합금을 개발했습니다.

재료의 특정 등급인 Inconel 718은 항공우주 분야용으로 특별히 개발되었습니다. 첫 번째 주목할만한 용도 중 하나는 Lockheed SR-71 Blackbird와 같은 차량에 사용된 Pratt &Whitney J58 엔진의 제트 엔진 디퓨저 케이스(컴프레서를 연소기에 연결하는 초고압 부품)였습니다. .

Inconel 718은 최근 Elon Musk의 SpaceX가 Merlin 엔진의 엔진 매니폴드에 사용하여 Falcon 9 발사 차량에 동력을 공급했습니다. 또한 터빈 블레이드, 덕트 시스템 및 엔진 배기 시스템과 같은 다른 항공우주 부품에서도 발견됩니다.

가공 경화된 금속인 Inconel 718은 가능한 한 적은 수의 패스를 사용하여 가공해야 합니다. 기계공은 일반적으로 단단한 절단 도구를 사용하여 공격적이지만 느린 절단을 사용합니다. 그러나 초합금은 용접성이 좋습니다.

엔지니어링 플라스틱

티타늄 및 알루미늄과 같은 금속 외에도 항공 우주 기계 가공에는 PEEK, 폴리카보네이트 및 Ultem과 같은 고성능 플라스틱을 사용할 수 있습니다.

플라스틱은 매우 가벼운 무게, 우수한 충격 및 진동 저항, 밀봉 특성 및 내화학성으로 인해 금속을 대체할 수 있습니다. 또한 금속에 대해 우수한 전기 절연성을 제공합니다.

엔지니어링 플라스틱의 항공 우주 CNC 가공은 객실 내부, 트레이 테이블, 팔걸이, 하우징, 마모 패드, 단열재, 튜브, 밸브 구성 요소 및 백라이트 계기판과 같은 항공 우주 부품을 생산할 수 있습니다.

중요한 고려 사항은 항공 우주 플라스틱이 특정 화염, 연기 및 독성 요구 사항을 충족해야 한다는 것입니다. 적합한 재료로는 나일론(나일론 6을 포함한 특정 등급), PEEK, Ultem 및 PPS가 있습니다.