MEP, 항공우주 부품 제조에서 우위를 점하다

소개

제조업체는 공작물의 형상을 가공하기 위해 터닝, 밀링 및 드릴링 작업을 사용합니다. 그러나 동일한 프로세스로 인해 피쳐 경계에서 버(burr) 및 바람직하지 않은 날카로운 모서리가 생성될 수도 있습니다. 이러한 모서리 상태는 부품이 사용 중일 때 재료 파손을 초래할 수 있고, 구조적으로 약화될 수 있으며 취급하는 사람에게 위험을 초래할 수 있습니다. 이러한 부정적인 조건 때문에 많은 최종 사용자가 버 또는 극도로 날카로운 모서리를 공급업체의 부품을 거부하는 이유로 간주합니다.

제조업체는 전통적으로 핸드 그라인더 및 기타 수동 프로세스를 사용하여 버와 날카로운 모서리를 제거했습니다. 이러한 방법은 느리고 공작 기계에서 부품을 꺼내어 디버링 또는 모따기 작업을 위해 다시 고정해야 합니다. 그리고 숙련된 장인이 수행하는 경우에도 이러한 작업은 부품 간에 이동할 때 필요한 프로세스 일관성이 부족합니다.

수동 디버링에 대한 생산적인 대안은 MEP(Mechanized Edge Profiling)입니다. MEP는 엔지니어링 도구와 부품 형상을 가공한 동일한 장비를 적용하여 허용할 수 없는 모서리 조건을 제거합니다. MEP 프로세스는 많은 이점을 제공합니다. 이를 통해 기계의 CAM 시스템을 통해 최종 에지 조건을 정확하게 정의하고 프로그래밍할 수 있으므로 반복성이 극대화됩니다. 부품을 기계에서 제거하고 다시 고정할 필요가 없기 때문에 전체 부품 생산 시간이 단축되고 설정에서 설정까지 발생하는 공차 누적 및 기타 불일치가 제거됩니다. 이러한 추세에 대응하여 오늘날의 절삭 공구 제조업체는 MEP 공정의 이점을 향상시키는 새롭고 생산적인 공구를 계속 개발하고 있습니다.

MEP의 주요 후보

부품 정확도와 일관성에 대한 항공우주 산업의 점점 더 엄격해지는 요구 사항을 고려할 때 제트 항공기 부품은 MEP 적용의 주요 후보입니다.

예를 들어 항공기 터빈 엔진 구성 요소는 일반적으로 회전하지 않는 것과 회전하는 것으로 분류됩니다. 드럼 및 케이싱과 같은 회전하지 않는 엔진 부품의 MEP의 경우 에지 프로파일링은 일반적으로 부품을 가공한 장비에 적용되는 표준 챔퍼 및 브레이크 에지 툴링으로 구성됩니다.

팬 및 압축기 디스크와 같은 중요한 회전 부품의 경우 최종 사용자는 더 높은 표준을 요구하며 표면 결함을 완전히 제거해야 합니다. Edge 조건은 일반적으로 실험실 승인 및 인증을 받아야 합니다. 이러한 부품의 버를 제거하기 위해 도구 제작자는 고정밀 완전 반복 가능한 맞춤형 MEP 도구를 개발했습니다.

MEP 도구 개발

회전하지 않는 부품에 적용되는 것과 같은 표준 디버링 및 프로파일링 도구에는 45˚ 및 60˚ 절삭날이 있는 코팅된 솔리드 초경 챔퍼링 엔드밀과 인덱서블 인서트를 사용하여 45˚ 및 60˚ 챔퍼를 생성하는 도구가 포함됩니다.

가장 중요한 응용 분야의 경우 도구 제작자는 모서리를 프로파일링하고 구멍의 입구 또는 출구에서 특히 버를 제거하도록 맞춤형으로 설계된 도구를 제공합니다. 일부 도구는 이러한 기능을 결합하여 입구 및 출구 측면 버를 모두 제거할 수 있습니다.

이러한 맞춤형 도구는 종종 복잡한 절단 형상을 특징으로 합니다. 가장 정교한 모서리 디자인은 2차 버의 형성을 방지하도록 설계된 리드인 및 리드아웃 각도가 선행되는 반경이 있는 모서리가 있는 모따기를 생성합니다.

특수 공구 개발은 절삭날 그 이상입니다. 구멍 입구 또는 구성 요소의 상단 표면에서 버와 모서리를 프로파일링하는 경우 연구에 따르면 오른쪽 절단과 오른쪽 나선의 조합이 부품에서 절단된 재료를 제거하는 역할을 하기 때문에 가장 효과적입니다. 반면에 부품 바닥 표면의 출구 버의 경우 왼쪽 나선과 결합된 오른쪽 절단이 가장 잘 작동합니다. 이 구성은 칩을 부품에서 멀리 이동시키기 때문입니다.

다른 응용 분석에 따르면 구멍 상단이나 입구에서 버를 제거하도록 설계된 MEP 도구는 관통 구멍의 하단이나 출구 끝에서 버를 제거하기 위한 도구보다 더 긴 도구 수명을 제공합니다. 구멍 출구에 접근하기 위해 부품을 통해 도달하도록 설계된 디버링 도구는 구멍의 한쪽에서만 작업을 수행하도록 의도된 것보다 직경이 더 길고 작기 때문입니다. 더 길고 작은 직경의 공구는 불안정성과 진동이 발생하기 쉬우며 이 두 가지 모두 초경 공구에 칩을 입히거나 부러뜨릴 수 있습니다. 결과적으로 대부분의 작업장은 구멍의 입구와 출구 가장자리를 디버링하기 위해 두 가지 작업을 모두 수행할 수 있는 단일 도구보다는 별도의 도구를 사용하는 것을 선택합니다.

더 길고 작은 직경의 공구는 절삭 매개변수 선택과 관련하여 더 많은 주의가 필요합니다. 짧고 튼튼한 도구는 진동이나 기타 문제 없이 더 빠르게 작동할 수 있습니다. 부품 형상과 기능도 차이를 만듭니다. 절단 조건이 안정적이고 절단이 매끄럽고 중단되지 않으면 더 공격적인 절단 매개변수를 적용할 수 있습니다. 반면에 MEP 절단 경로를 방해하는 접근 구멍과 같은 부품 기능으로 인해 공구 마모를 최소화하고 조기 고장을 방지하기 위해 보다 보수적인 매개변수를 사용해야 합니다.

MEP 툴링의 지속적인 개발에는 형상의 머시닝과 디버링을 결합한 툴이 포함됩니다. 예를 들어, MEP 절삭날은 엔드밀 상단에 위치하여 동시에 구멍 직경을 가공하고 입구 모서리를 디버링할 수 있습니다.

물질적 도전

많은 항공우주 재료는 가공 특성과 관련하여 버를 제거하고 날카로운 모서리를 모따기할 때 추가적인 문제가 있습니다. 예를 들어, 엔진 부품에 사용되는 니켈계 합금은 단단하고 열전도율이 낮습니다. 따라서 절삭 공구는 절삭 과정에서 발생하는 열을 흡수하여 공구 마모를 가속화합니다.

따라서 도구의 야금술과 형상을 결정할 때 도구 제작자는 날의 날카로움과 날의 강도 사이에서 균형을 맞춰야 합니다. 경질 카바이드 모재는 열 및 마모에 매우 잘 견디지만 인성을 증가시키기 위해 코발트 또는 기타 합금 재료를 첨가한 모재의 내충격성이 부족합니다. 같은 방식으로 날카롭고 날카로운 절삭날은 숫돌이나 다른 모서리 라운딩 처리가 있는 절삭날에 비해 파손되기 쉽습니다. 또한 공구 제조업체는 특정 공작물 재료로 최상의 결과를 얻을 수 있도록 경사각 및 나선 각도와 공구 코팅을 미세 조정합니다.

도구 크기

큰 구멍과 모서리를 처리하기 위해 도구 제작자는 공급업체가 충분히 큰 블랭크를 제공할 수 있는 모든 크기의 도구를 설계할 수 있습니다. 그러나 스펙트럼의 작은 면에는 한계가 있습니다. 현재 연삭할 수 있는 가장 작은 반경은 약 0.2mm이며 그에 비례하여 리드인 및 리드아웃 각도가 더 작습니다.

사용자 정의 MEP 도구에는 특정 반지름, 모따기, 각도 및 이러한 기능의 조합이 있습니다. 도구에는 일반적으로 정사각형 절단 모서리가 있습니다. 그러나 볼노우즈 및 롤리팝 스타일 도구는 윤곽이 사각형 모서리 MEP 도구의 액세스를 제한하는 구성요소의 형상을 프로파일링하는 데 사용할 수도 있습니다. 5축 기계에 적용된 이 도구는 복잡한 부품 프로파일의 선을 스캔하고 긴 윤곽선 모서리에 반경을 생성할 수 있습니다.

MEP 운영 중

정확성과 일관성을 최대화하고 기계에서 기계로 부품을 이동하는 데 소요되는 시간을 절약하기 위해 제조업체는 일반적으로 실제 부품 형상 가공 작업의 일부로 MEP를 수행합니다.

일반적으로 모든 가공 작업이 완료된 후에 디버링이 발생합니다. CAM 프로그램은 MEP 도구가 모든 구멍을 디버링하고 날카로운 모서리를 순서대로 끊도록 지시합니다. 일부 MEP 도구는 다양한 구멍을 디버링하는 데 사용할 수 있으며 일부 프로파일링 도구는 구멍의 바닥과 가리비 윤곽의 바닥과 같은 3~4개의 서로 다른 위치 또는 형상에 적용할 수 있습니다.

에지 프로파일링이 정확한 위치와 적절한 양으로 이루어지도록 하려면 MEP 작업이 시작되기 전에 관련된 구멍이나 형상을 정의하거나 측정해야 합니다. 부품 공차가 매우 엄격하면 부품 표면의 위치가 잘 정의되어 공정 중 측정이 필요하지 않을 수 있습니다. 그러나 허용 오차가 넓은 경우 프로파일링할 모서리 또는 형상의 위치를 ​​결정하기 위해 초기 가공 후 측정이 필요합니다.

또한 도구 자체를 측정하고 위치를 지정하여 부품을 올바르게 프로파일링하는지 확인해야 합니다. 공구 반경이 너무 작고 실용적인 목적을 위해 측정할 수 없기 때문에 공구 길이는 CAM 프로그램에서 지정됩니다. 작업자는 프리세터로 또는 레이저 또는 터치 프로브를 통해 기계에서 멀리 떨어진 공구 길이를 확인할 수 있습니다. 이송 속도는 측정된 부품 형상 및 도구 치수를 기준으로 계산됩니다. 가장 정교한 맞춤형 디버링 도구는 런아웃을 포함하여 도구 프로파일에서 40미크론의 허용 오차까지 제조업체에서 100% 측정합니다.

디버링 또는 모따기 작업은 품질에 중점을 둔 마무리 작업으로 간주되어야 합니다. 생산성은 항상 중요하지만 특히 수십만 달러의 비용이 드는 항공우주 부품의 경우 출력을 최대화하기 위해 도구를 사용하는 것은 부정적이고 값비싼 영향을 미칠 수 있습니다. 일관성, 신뢰성 및 스크랩 부품 제거가 가장 중요합니다.

결론

사양을 벗어난 날카로운 모서리와 버가 있는 부품은 점점 더 값비싼 스크랩으로 간주됩니다. 이는 항공우주 산업에서 확연히 드러나지만 의료, 에너지 및 기타 산업 내에서 일부 중요한 응용 분야에서 점차 증가하는 추세입니다. 제조업체는 일관되고 문서화 가능하며 비용 효율적인 구성 요소 및 프로파일 부품 가장자리를 디버링하는 방법이 필요합니다. MEP(Mechanized Edge Profiling)는 아무리 능숙하게 수행하더라도 부품 간에 일관성이 없고 노동, 설정 및 부품 처리 비용 면에서 비용이 많이 드는 수동 작업을 대체하기 때문에 이러한 요구를 충족합니다. 일부 최종 사용자는 수동 디버링을 문서화하고 인증할 수 없기 때문에 이미 금지했습니다.

가장 효율적이고 비용 효율적인 MEP는 엔지니어링 개발 및 응용 프로그램 전문 지식의 조합을 나타냅니다. 이러한 토털 솔루션을 제공하는 도구 제조업체는 항공우주 제조 프로세스(및 기타 중요 산업의 유사한 프로세스)를 간소화하고 새로운 수준의 품질과 생산성을 생산하는 데 도움이 될 것입니다.

MEP 실행

기계화된 에지 프로파일링은 다양한 애플리케이션에서 제조업체에 혜택을 주고 있습니다.

한 상황에서 제조업체는 트윈 스핀들 기계에서 303 스테인리스 부품을 생산하고 있었습니다. 부품 부피와 배치 크기가 커짐에 따라 생산성 향상에 대한 요구도 커졌습니다. 작업의 균형이 맞지 않고 시간이 많이 소요되었습니다. 가공의 90%가 메인 스핀들에서 이루어졌고 부품 밑면의 수동 디버링이 필요하여 추가 설정이 필요했습니다. 제조업체가 기계의 서브 스핀들에 맞춤형으로 설계된 초경 MEP 도구를 적용했을 때 부품의 플랜지 볼트 구멍 양쪽을 동시에 프로파일링할 수 있었습니다. 두 스핀들 간의 가공 시간이 더 균형을 이루고 사이클 시간이 크게 단축되었습니다. MEP 도구를 사용하면 수동 디버링과 추가 설정 및 필요한 시간이 필요하지 않습니다.

또 다른 경우에는 모따기된(평탄한) 모서리 처리와 반경이 있는(둥근) 모서리 사이의 선택이 포함되었습니다. 일부 부품에는 두 가지 스타일의 툴링으로 모서리를 처리해야 하는 특정 요구 사항이 없습니다. 그러나 한 제조업체는 모따기 대신 반경을 적용할 때 모따기된 부품보다 부품 수명이 3배 더 길다는 것을 발견했습니다. 툴링 선택의 작은 차이로 인해 부품 품질이 크게 향상되었습니다.

마지막으로 TiAl-4V 팬 디스크에 대한 항공우주 제조 작업은 MEP 윤곽 도구의 적용 예를 제공합니다. 한 제조업체는 디스크를 가공하기 위해 캠 핏 홀더에 고정된 카바이드 형태 도구를 사용하고 있었습니다. 디스크 및 슬롯 반경 주변의 임의 위치에서 표면 마감이 좋지 않았으며 문제는 일관성이 없었고 심각도와 빈도가 다양했습니다. 제조업체는 30˚ 오른쪽 나선이 있는 10mm 직경, 10톱니 중심 절단 롤리팝 스타일 코팅 솔리드 초경 커터를 적용했습니다. 이 도구는 표면 마감 문제를 제거했으며 훨씬 더 짧은 시간에 디스크의 양면을 마무리할 수 있었습니다.

이전에 SecoTools.com에 소개되었습니다.