속도를 위해 제작:고품질 항공기 엔진을 적시에 제작

항공기 제작에 관한 시리즈의 첫 번째 기사에서는 엔진 부품 및 구성 요소에 초점을 맞추고 도구 제조업체가 고객이 매일 해결하는 데 도움이 되는 실제 문제를 강조합니다. 또한 현재 항공우주 부품 제작과 관련하여 어떤 일이 일어나고 있는지 자세히 살펴봅니다.

지금 항공우주·방위산업 현황은? 항공기를 신속하게 제작하고 제시간에 배송하려는 노력은 매우 현실적이지만 장애물이나 비용이 없는 것은 아닙니다.

부품 제조 수준에서 내열성 및 복합 재료는 절단하기가 매우 어려울 수 있습니다. 따라서 우리가 인터뷰한 세 가지 주요 도구 제조업체에 따르면 항공우주 제조업체는 공정 엔지니어링, 기계 프로그래밍 및 도구 선택에 있어 매우 전략적인 자세를 취해야 합니다.

75,000달러의 개별 단조 부품이 표준인 제트 엔진을 구성하는 모든 복잡한 구성 요소에 대해 전략적이 되는 것은 매우 사실이며 하나를 폐기하는 것은 비싸고 바람직하지 않은 옵션입니다. 속도는 필수적이지만 예측 가능하고 신뢰할 수 있는 결과보다 우선하지 않습니다.

항공우주 및 방위:생산 증대는 고급 도구 전략이 필요함을 의미합니다.

딜로이트의 항공우주 부문 리더인 로빈 라인버거(Robin Lineberger)는 "2019년 글로벌 항공우주 및 방위산업 전망" 보고서에서 "Original 장비 제조업체가 생산 속도를 높이는 것을 보면 공급업체가 생산을 늘리는 데 어려움을 겪을 위험이 있다"고 말했다. "이 문제를 극복하기 위해 제조업체는 공급망 강화, 효과적인 프로그램 관리, 생산성 및 효율성 향상을 위한 고급 기술 사용에 중점을 두는 것을 고려해야 합니다."

보고서에서 Deloitte는 2018년에 약 1,600대의 항공기로 마감될 것으로 예상하고 2019년에는 100대가 더 많을 것으로 예상합니다. 생산 수요는 종종 더 높은 처리량과 멀티태스킹 기계를 사용하는 것을 의미합니다. 여기에서 언급하는 "고급 기술"에는 공정 내 센서 기반 계측에서 고속, 다축 가공, 고도로 규제된 이 산업에서 요구하는 재료 사양에 맞게 설계된 고도로 엔지니어링된 특수 툴링에 이르기까지 모든 것이 포함됩니다.

Deloitte가 지적하지 않은 것은 고급 5축 기계가 도착하는 데 6개월에서 1년이 걸릴 수 있다는 것입니다. 따라서 이러한 작업이 이월되는 동안 일부 하청업체는 기존 3축 시스템 또는 기타 노후된 기계로 관리하고 있으며 많은 완성된 항공우주 부품 "공급업체"는 기다리는 동안 도구 제작 전략을 재고해야 한다고 도구 제조업체가 설명합니다.

"그들은 더 빠른 제조 방법을 원합니다."라고 샌드빅 코로만트의 항공우주 분야 글로벌 엔지니어링 관리자인 Bill Durow는 말합니다. “그들은 황삭이든 정삭이든 더 빠른 속도로 작업하기를 원합니다. 오늘날 생산되는 엔진의 양은 업계에서 이전에 볼 수 없었던 속도로 증가하고 있습니다."

내열 초합금(일명 "HRSA")용으로 특별히 설계된 올바른 재종 및 인서트 공구를 찾는 것은 오늘날 매우 가능합니다. 그러나 이러한 새로운 재료와 이를 절단하는 데 필요한 형상에 대한 학습 곡선이 여전히 있다고 툴링 제조업체는 말합니다.

예를 들어, 4140 강철을 절단하도록 설계된 도구는 인코넬, 티타늄 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱 또는 "CFRP"를 절단하는 데 가장 적합한 도구가 아닐 수 있습니다. Seco Tools의 엔지니어들은 지난 몇 년 동안 티타늄으로 만들어졌던 일부 정적 및 회전 엔진 구성 요소가 이제 세라믹 매트릭스 복합 재료 또는 "CMC"로 만들어지고 있다고 말합니다.

Seco Tools의 서부 지역 및 항공우주 관리자인 Dave Todd는 "이 모든 것의 예술은 이 모든 것을 하나로 묶는 시너지 효과입니다."라고 말합니다. "오늘날 우리의 기술은 항공 우주 분야에서 바뀌었고 기술 파트너, 1차 공급업체 및 학계와 협력하는 컨설팅 회사가 되었습니다. 많은 프로세스 엔지니어링이 우리 기술 허브에서 오프사이트로 수행됩니다."

세 가지 도구 제조업체 모두 고객을 위한 잠재적 솔루션을 검증하는 데 사용하는 테스트 랩을 보유하고 있습니다. 또한 세 사람 모두 실제 물리적 생산 라인에서 정확한 전략이 작동하는지 확인하기 위해 실험실 기반 테스트와 현장 테스트를 혼합하여 수행하는 것을 선호합니다.

항공우주 및 방위 분야의 부품 제작 기회에 대해 생각하고 계십니까? "Manufacturing 101:항공우주 산업의 일부가 되기"를 읽으십시오.

절단 구역의 열 관리를 위한 문제 및 해결 방법

연료 효율성으로 인해 기계 가공이 어려울 수 있는 내열성 재료를 사용하여 더 가벼운 부품에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 더 효율적인 엔진 성능을 위한 원동력 중 하나는 환경적 요소입니다. 깨끗한 연소는 더 효율적입니다.

Seco Tools의 시장 부문 전문가인 Scott Causey는 "엔지니어링 요구 사항은 이를 공급업체 수준까지 끌어올립니다. 즉, 고급 재료를 지원하기 위해 툴링 기술에 대해 더 빠른 응답 시간을 가져야 함을 의미합니다."라고 말합니다. "또한 일부 재료는 복잡성에 따라 절단하기 위해 완전히 다른 툴링 전략이 필요할 수 있습니다. 일반 HRSA 재료는 세라믹 매트릭스 복합 재료와 동일한 절단 전략을 사용하지 않습니다."

CMC 재료는 겹겹이 쌓여 있으며 올바르게 다루지 않으면 쉽게 부서질 수 있습니다.

그러나 또한 이것에 대해 생각해 보십시오. 열에 강한 소재는 엄청나게 뜨거운 터빈 제트 엔진의 효율성에 탁월하며 절단 시에도 많은 열을 발생시킵니다. 공구 등급은 작업을 완료하기까지 일정 수준의 내열성이 필요합니다.

절삭유 수요를 충족하기 위해 도구를 통한 전달은 고급 가공을 위한 도구에서 필수적인 세부 사항이 되었습니다. 공구 제조업체는 가장 효과적인 시간에 가장 즉각적인 절단 위치에 전달하기 위해 여러 포트가 있는 일부 공구를 포함하여 절삭유 전달에서 새로운 혁신을 지속적으로 찾고 있습니다.

냉각수에 대해 말하자면:냉각 기술은 어디로 향하고 있습니까? "에서 알아보십시오. 금속 가공유, 기계 윤활유 및 냉각제의 미래 .”

항공기 엔진에 대한 스포트라이트

엔진 부품 모양과 재료를 절단하는 데 필요한 형상에는 차원적 사고가 필요합니다. 독특한 모양의 엔진 블리스크와 에어 포일이 서로 다른 재료(예:티타늄과 합성물)를 결합할 수 있습니다.

이를 방지하기 위해 이 제조업체는 가장 까다로운 재료(인코넬, HRSA, 티타늄 및 기타 여러 재료)를 절단하기 위한 모든 재종을 설계하고 테스트합니다. 그리고 또 다른 방법이 있습니다. 필요에 따라 맞춤형 항공우주 도구를 제작합니다. 이러한 맞춤 도구는 모든 고객의 표준 제품 라인이 되는 경우가 많습니다.

주요 툴링 제조업체 중 3곳은 OEM 사양과 항공우주 부품의 고유한 형상이 한 번 현장에서 입증된 표준 제품 라인이 되도록 맞춤형 툴링을 주도한 방법에 대해 설명합니다. 세 제조사 모두 항공우주 프로그램과 블리스크/임펠러, 에어포일, 터빈 디스크, 터빈 케이싱, 스풀, 팬 케이싱 및 샤프트를 포함하여 오늘날의 엔진 구성 요소 애플리케이션에 최적화된 매우 구체적인 부품을 보유하고 있습니다.

다음은 올바른 도구가 영향을 미친 실제 엔진 구성 요소의 네 가지 예입니다. 모두 365/24/7을 실행하는 작업장에 평균 35~40대의 기계를 보유한 Tier 1 항공우주 제조업체를 포함합니다. 이러한 제조업체가 제공하는 엔진 부품의 유일한 영역은 결코 아닙니다.

샌드빅 코로만트 Blisks의 생산성 향상

도전: 블리스크를 만드는 데 7일이 걸렸습니다. 니켈 기반 부품에는 깊은 블레이드와 좁은 슬롯이 있습니다. 장거리 황삭은 전통적인 밀링 접근 방식으로는 효과가 없는 것으로 판명되었습니다. 칩 패킹이 과도했습니다. 기계가 충돌했습니다.

"우리는 그들이 하는 일을 보았습니다. 엔드밀을 완전히 태우고 앞뒤로, 앞뒤로, 앞뒤로 말이죠."라고 Durow는 말합니다. "중복된 도구를 가지고 있어서 재연마 공장으로 가져갔다가 다시 사용했습니다. 시간이 많이 걸리고 엔드밀을 많이 사용했습니다."

해결책: 다이 및 몰드 작업에서 수행된 것과 유사한 솔리드 카바이드 플런징 도구. 또한 더 작은 직경의 두 번째 도구를 사용하여 교두를 청소했습니다.

"우리는 테스트 조각을 실험실로 가져왔고 급락 루틴을 사용하는 아이디어를 생각해 냈습니다."라고 Durow는 말합니다. “정말, 정말 잘했어요. 그리고 좋은 점은 2차 청소로 또 다른 반마감 작업을 거의 없앨 뻔했다는 것입니다."

결과: 황삭 및 중삭을 사용하여 7일 간의 블리스크 생산을 4일 단축했습니다. 또한 블리스크 애플리케이션의 표준 제품이 되었습니다.

에어 포일로 대량 구매를 절약한 Kennametal

도전: Inconel로 만든 불규칙한 모양의 에어 포일은 비스무트 합금 재료로 공작물을 고정하는 "ECM" 전기화학 가공 공정에서 절단되고 있었습니다. 공격적인 원료 절단이 불가능하여 생산이 더뎠다. 맥동하는 힘으로 인해 떨림과 진동이 발생하고 공구 수명이 단축되었습니다.

해결책: 더 무거운 절단으로의 밀림을 최소화하기 위해 도구의 나선, 플루트 수 및 미세 형상을 조정하는 절단 전략을 설계했습니다. 더 가벼운 절단을 위해 나선을 늘리고 직경과 플루트 수를 변경하여 회전을 통해 3개의 접촉점이 있는지 확인했습니다.

결과: 부드러운 절삭, 연장된 공구 수명 및 증가된 최대 금속 제거율. 고객은 곧 주문할 100만 달러의 새 기계에 대한 주문을 취소할 수 있었습니다.

Seco 도구 엔진 디스크의 절단 홈을 제어합니다.

도전: 팬 블레이드를 고정하는 압축기 디스크에서 열처리된 Inconel 718의 깊은 홈 절단으로 인한 칩 컨트롤 문제. 깊은 플런징 루틴은 공구 파손과 공구 수명 저하로 이어집니다.

해결책: 고압 절삭유와 결합된 다방향 선삭 및 홈 가공 시스템. 지그재그 램핑 기하학적 절삭 전략은 칩을 얇게 하고 열을 줄이며 상당한 공구 수명을 얻는 데 도움이 되었습니다.

결과: 주기 시간이 15~20% 감소합니다. 프로세스를 제어하고 시간이 많이 걸리는 수동 개입의 부담을 줄였습니다.

Kennametal은 엔진 케이스의 진동을 제거합니다.

도전: 엔진 케이싱을 위해 전체 인치의 티타늄을 제거했지만 돌릴 수 없었습니다. 기존 공구의 절삭력은 너무 많았고 생산성은 낮았습니다. 특정 기능 영역을 둘러보기가 어려웠습니다.

“엔진 케이스는 원형이어야 하지 않나요? 그러나 실제로는 그렇지 않습니다.”라고 Kennametal의 항공우주 및 방위 프로젝트 직원 엔지니어인 Mark Francis는 말합니다. "간단한 선삭 사이클을 수행할 수 있는 기능을 제거하는 기능으로 가득 차 있습니다. 80%는 밀링으로 재료를 절단합니다."

해결책: 직경에 맞으면서 동시에 진동을 제거하고 밀어낼 수 있는 특수 도구를 사용하십시오.

결과: 금속 절단 효율을 예측할 수 있는 안정적이고 신뢰할 수 있는 생산 라인. 표준이 되는 맞춤형 도구입니다.

생산 공정 및 구성요소당 비용의 중요성

명심하십시오:대부분의 Tier 1 항공우주 부품 제조 공급업체는 동일한 OEM 사양에서 동일한 부품을 제작하더라도 동일한 정밀 가공 장비를 사용하지 않습니다. 툴링 제조사와 금속 가공 전문가는 각각의 가공 환경과 고유한 가공 환경에 적합한 설계 전략을 이해해야 합니다.

독립적으로 경쟁자인 세 가지 툴링 제조사 모두 한 가지 명확하기를 원했습니다. 즉, 생산성과 정확성에 실제로 영향을 미치도록 의도된 올바른 툴을 사용함으로써 생산성 향상에 중점을 두어야 한다는 것입니다. 또한 구성 요소당 비용 메트릭에 대한 보다 전체적인 관점이 점점 더 많은 항공기를 정시 납품하는 데 도움이 된다고 믿습니다.

그들은 그 증거가 생산성에 있다고 말합니다.

항공우주 생산율은 실제입니까? 에서 대화에 참여하십시오. 금속 가공 포럼 . [등록 필요]