항공우주 제조 가공 효율성 극대화: 검증된 전략

게시일: 2020년 5월 11일 | 작성자: WayKen Rapid Manufacturing

인간 사고와 공학의 정점은 거대 비행 기계에 정당하게 예약되어 있습니다. 로켓, 비행기, 제트기는 설계하기 불가능할 정도로 어렵고 생산은 훨씬 더 어렵습니다. 그래서 전 세계에서 상당한 양의 상업용 비행기를 만드는 큰 회사는 단 8개뿐입니다. 항공기, 우주 또는 단순히 비행하는 것에는 50만 개 이상의 부품이 있으며, 그 중 상당 부분은 극도로 정밀하고 내구성이 있어야 합니다. 이 부품들이 최고의 품질과 비용을 가지도록 보장하는 것이 산업용 항공우주 가공의 중요한 목표입니다.

항공우주 부품 생산의 문제점

항공우주 정밀 가공에는 많은 문제가 있습니다. 첫째, 수많은 항공우주 부품은 다양한 재료로 만들어집니다. 항공기 작동에 가장 중요한 엔진 요소는 가공하기 극도로 어려운 내열 경화 합금으로 만들어집니다. 이들 합금은 열을 잘 전도하지 않아 가공 중 열이 공구에 축적됩니다. 니켈 합금은 종종 시효 처리되거나 열처리되어 매우 가공하기 어렵습니다. 항공우주 부품의 정밀도는 다른 산업에 비해 훨씬 엄격하면서 부품 기하학은 훨씬 더 복잡합니다.

직접 가공 문제 외에도 많은 간접 문제가 있습니다. 그 중 하나는 생산 표준입니다. 의료 산업과 함께 항공우주 생산은 세계에서 가장 규제가 심한 산업 중 하나이며 모든 품질 요구사항을 충족하는 것은 어렵습니다.

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얇은 벽 항공우주 부품 효율적 가공

중량은 우주 항공 차량에 극도로 중요합니다. 설계가 가벼울수록 연료 소비가 적으므로 항공우주 엔지니어들은 종종 얇은 벽, 격자, 웹 등이 있는 부품을 설계합니다. 관례적으로 이들은 견고한 주조 또는 스탬핑된 금속 블록에서 가공되며, 이러한 부품의 폐기물 재료는 95%입니다. 그러나 낮은 소재 효율이 유일한 문제는 아닙니다. 실제 문제는 높은 절삭 힘으로 인한 변형입니다. 이송과 절삭 깊이를 너무 많이 늘리면, 특히 니켈 합금의 경우 진동으로 인해 벽이 부서지거나 과열로 인해 변형될 위험이 있습니다. 결과는 보통 미세한 칩을 기어가는 이송으로 깎아내며 총 가공 시간이 엄청나게 깁니다.

가공 시간을 줄이고 얇은 벽 항공우주 부품을 경쟁력 있게 실제로 가공하려면 어떻게 해야 할까요? 첫 번째로 해야 할 일은 진동을 줄이는 것입니다. 진동하는 공구가 얇은 벽을 치면 휘거나 갈라집니다. 따라서 진동을 줄이려면 이송을 줄이되 밀의 절삭 날 수를 늘리거나(또는 선반에서 여러 절삭 공구 사용) 하는 것이 좋습니다. 얇은 벽 항공우주 부품 밀링을 위한 최적의 절삭 전략은 등각 밀링(Climb Milling)입니다. 이 전략은 상각 밀링 전략과 반대 방향으로 이송을 사용합니다. 이는 더 작은 절삭 힘, 더 나은 표면 조도, 그리고 가장 중요하게 공구가 벽이 가장 두꺼운 곳에서 재료에 진입하게 하여 진동이 훨씬 작아집니다. 과열을 막기 위해서는 점진적 고압 냉각수를 사용해야 합니다.

항공우주 합금 과열 감소를 위한 트로코이달 가공 경로

열전도율이 낮아 부품 과열은 항공우주 부품의 전형적인 문제입니다. 열 축적을 줄이기 위한 한 가지 가공 전략을 트로코이달 밀링(Trochoidal Milling)이라고 합니다. 이는 평면 위의 스프링 측면 투영과 유사한 경로를 따르는 작은 밀(어쨌든 절삭 폭보다 작은)을 사용하여 CNC 기계의 복잡한 절삭 경로 추적 능력을 크게 활용합니다. 한 곡선에서 밀이 절삭하고, 두 번째 곡선에서 되돌아가고, 다시 금속을 절삭합니다. 이 전략은 공구와 부품 간의 접촉 시간을 분할하여 절삭유가 둘 다 효율적으로 냉각할 수 있는 순간을 만듭니다. 트로코이달 터닝은 밀링과 유사하게 짧은 절삭과 멈춤 시퀀스를 사용하여 냉각수가 작동하게 하고 과열을 피합니다. 이러한 전략은 다른 전략에 비해 공구 공주행이 훨씬 많지만 절삭 속도와 이송을 증가시켜 이 효과를 상쇄합니다. WayKen에서는 EDM 가공도 제공하여 부품 가공을 대체할 수 있습니다.

빠른 가공을 위한 올바른 공구 선택

공작 기계를 생각할 때 CNC 기계는 큰 역할을 하며 알루미늄 가공에 널리 적용됩니다. 가공 효율을 높이는 가장 중요한 방법 중 하나는 올바른 절삭 공구를 선택하는 것입니다. 부드러운 합금은 잘 분석되어 많은 제조업체가 알루미늄 및 기타 합금 솔루션을 제공합니다. 그러나 많은 항공우주 소재는 기밀이라 현장에서 선택해야 합니다.

내열 소재를 위한 효율적인 공구 선택의 비결은 소재의 부정적 특성을 상쇄해야 합니다. 따라서 완벽한 공구는 진동이 적고, 매우 단단하며, 높은 온도를 견뎌 일관된 수명과 효율적인 이송으로 작동해야 합니다. 그러한 목적으로 사용되는 공구의 완벽한 예는 다이아몬드 절삭 공구입니다. 인공 다이아몬드는 초경 인서트보다 더 단단하고 내구성이 있으며 더 높은 온도에서 작동할 수 있습니다. 다이아몬드 가공은 그 특수성이 있지만 항공우주 제조업체의 요구에 맞게 수정할 수 있습니다. 다이아몬드 공구 외에도 세라믹 공구도 매우 높은 온도에서 작동할 수 있어 뛰어난 성능을 입증합니다.

가공 부품의 진동을 줄이기 위해서는 더 많은 절삭 날과 더 날카로운 플루트 각도를 가진 밀을 사용하는 것이 중요합니다. 이러한 밀은 다음 절삭 날이 재료에 닿기 전에 공구가 지나가는 시간과 거리를 최소화하여 진동을 줄이고, 이를 통해 절삭 매개변수를 높여 효율성을 높일 수 있습니다.

가공 품질을 보장하는 시스템

어떤 전략을 사용하고 가공을 시작하기 전에 원하는 시간에 부품 품질을 달성할 수 있는지 추정하는 것이 중요합니다. 가공 전에 최종 공차, 표면 조도, 가공 시간을 어떻게 예측할 수 있을까요? 불과 얼마 전까지만 해도 불가능했지만 수학적 모델링 기술이 놀라운 속도로 발전함에 따라 이제 가능합니다. 유한 요소 분석은 절삭 공정을 상당한 정밀도로 시뮬레이션할 수 있는 수준에 도달했습니다. 따라서 모델을 업로드하고 실제 절삭 힘과 열 방출, 이것이 최종 부품에 미칠 영향을 볼 수 있습니다. CNC 공작 기계에 블랭크를 장착하기도 전에 잔류 응력, 변형 등을 볼 수 있습니다. 이 기술은 가공 결과를 예측하는 데 큰 이점을 제공하며 재작업에 소요되는 시간을 줄여줍니다.

WayKen이 도와드릴 수 있는 방법?

여기서 우리는 첨단 CNC 가공 기술과 다축 기계에 막대한 투자를 하여 시험 가공, 맞춤형 소량 생산, 저량 생산을 쉽고 빠르게 처리할 수 있습니다. 오늘 CAD 파일을 업로드하여 무료 견적으로 귀하의 가공 부품 요구를 충족할 수 있습니다.