착륙 장치 부품 제조: 항공우주 및 방산 리더들의 인사이트

항공우주 제조 시리즈 3부에서, 우리는 업계 최대 항공우주 제조업체 및 하청업체들과 협업하는 툴링 제조사들의 경험을 통해 착륙 장치 부품 제조를 심층적으로 살펴봅니다.

올해 우리는 항공우주 및 방산 분야의 항공기 날개와 엔진 부품 제조를 심층적으로 다뤘습니다. 이제 착륙 장치 부품으로 심층 분석을 이어갑니다.

항공기에서 가장 중요한 부분 중 하나인 착륙 장치 시스템은 무거운 짐을 짊어집니다. 말 그대로 비행기, 전투기, 헬리콥터의 모든 무게가 지상 주행, 착륙, 이륙 시 착륙 장치에 의해 지탱됩니다. 그리고 항공기가 어디에 착륙하느냐에 따라—예를 들어 태평양 한가운데 항공모함에서라면—착륙 장치를 구성하는 소재가 달라질 수 있습니다.

"상업용 및 군용 항공기에서 이제 흔한 접이식 착륙 장치는 1911년 글렌 커티스의 트라이어드 비행기를 위해 처음 개발되었습니다."라고 국립 항공우주 박물관이 블로그 게시물에 적었습니다.

비행기의 착륙 장치는 지상에서의 거동을 제어할 뿐만 아니라, 무게, 성능, 신뢰성 등 다른 영역에 영향을 미쳐 하늘에서의 거동에도 영향을 줍니다.

우리는 업계 선두의 세 툴링 제조사와 소재 과제와 금속 절삭 뉘앙스에 대한 관점을 듣고, 툴링과 가공이 항공우주 제조사들에게 변화를 만든 실제 사례들을 논의합니다.

오늘날 착륙 장치 부품에 사용되는 소재

주로 툴링 공급업체들은 오늘날 착륙 장치의 대형 구성품에 두 가지 주요 소재 유형을 본다고 말합니다: 300M, 매우 단단한 저합금강, 또는 Ti-5553, 강도와 경화능으로 알려진 티타늄 합금.

상업용 항공기에서 보잉과 에어버스는 이 두 소재를 모두 사용하지만, 항공기 모델의 하중 요구 사항에 따라 달라집니다.라고 세코 툴스의 애플리케이션 엔지니어 스콧 코시는 말합니다.

이 소재 유형 대부분은 트럭 빔, 브레이스, 토크 링크, 스트럿(메인 실린더라고도 함)을 포함한 다양한 착륙 장치 부품에 사용됩니다.

출처: Concordesst.com

하지만 착륙 장치의 다른 구성품에는 알루미늄, 4340 합금강, 일부 티타늄 등 다른 소재가 사용되며, 이는 주로 착륙 장치 브래킷, 브레이스, 링크에서 발견된다고 코시는 설명합니다.

그리고 착륙 장치에는 플랜지, 포켓, 리밍 홀, 보어 홀, 수많은 연결점 등 다른 소형 구성품들도 있습니다.라고 케나메탈의 항공우주 및 방산 스태프 엔지니어 마크 프란시스는 말합니다. 예를 들어, 구멍 직경이 8~10인치이고 깊이가 36인치일 수 있습니다. 이 작업을 수행하려면 특수 공구와 공정이 필요합니다.

"항공모함용 매우 특정한 사용 사례에서 보는 또 다른 소재는 에어메트(AerMet) 100입니다. 가공하기 어렵고 고강도 강철입니다."라고 프란시스는 말합니다. "고충격 하중을 견딜 수 있습니다—항공모함의 짧은 활주로에 착륙하는 데 필요한 파단 저항성과 인성, 그리고 바다의 염분과 물에 대한 내식성을 생각해 보세요."

에어메트 100은 항공모함용 전투기에 거의 독점적으로 사용됩니다.

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착륙 장치 부품 가공 및 제조에서 가장 까다로운 영역

상상하실 수 있듯, 착륙 장치의 가장 큰 구성품은 크기 때문에 가공이 느릴 수 있습니다. 메인 실린더와 트럭 빔(일반적으로 '액슬 빔'이라고 함)과 같은 부품은 약 25피트 높이까지 연장될 수 있습니다.

다른 어려운 부품에는 슬라이더 또는 '이너 실린더'가 있습니다.라고 코시는 말합니다.

"이 부품들의 내경 보어는 최대 70인치까지 길 수 있습니다."라고 세코 툴스의 항공우주 애플리케이션 엔지니어 아툴 샤르마는 말합니다. "아주 크고 깁니다. 그리고 절삭 시 공차를 유지하기 어려울 수 있습니다. 클램핑이 과제가 될 수 있습니다."

우리가 인터뷰한 모든 툴링 제조사들은 이 큰 부품들이 종종 가공이 느리다는 점을 매우 분명히 했습니다. 300M 소재를 높은 분당 표면 피트로 가공할 수 있다는 가정이 있습니다. 하지만 현실은 이 큰 조각들이 단순히 너무 무겁고 크며, 부품이 진동하지 않게 하고 절삭 공구를 최대한 활용하기 위해 특수 고정구가 필요하다는 것입니다.

하지만 많은 니켈, 와스팔로이, 르네 소재와 비교하면, 이 강철과 티타늄 소재는 엄청나게 어렵지는 않다고 산드빅 코로만트의 항공우주 글로벌 엔지니어링 프로젝트 오피스 매니저 빌 듀로우는 설명합니다.

"많은 경우, 그것은 구성품의 규모입니다. 그것들은 거대합니다."라고 듀로우는 말합니다. "그리고 아무것도 균일하지 않습니다. 종종 기묘한 형상을 가지고 있어서 선반에 그냥 올릴 수 없습니다. 종종 항공우주 제조사들은 대형 보어 밀이나 대형 갠트리 기계를 사용하며, 이는 많은 시간이 걸립니다."

설계부터 제조, 완제품까지 착륙 장치 시스템을 확인하세요. 출처: 사프란 랜딩 시스템즈

툴링 제조사들은 일부 항공우주 제조사들이 갠트리 기계와 보어 밀링에서 B축 가공과 턴밀 애플리케이션으로 이동하는 추세를 보고 있습니다. 이는 셋업과 고정구를 줄이고 부품 주위를 4~5축 프로파일링을 수행하기 위함입니다.

하지만 이 새로운 방식은 더 많은 프로그래밍과 절삭 기하학에 대한 새로운 사고를 요구하여 착륙 장치 생산 효율을 높이는 데 도움이 됩니다. 착륙 장치가 시작부터 완료까지 몇 달이 걸리는 것은 드문 일이 아닙니다.

항공우주에 뭐가 새로운가요? 적층 제조의 혁신. "항공우주 및 방산에서 3D 프린팅의 놀라운 진화"를 읽어보세요.

현실 세계에서의 착륙 장치 가공

올바른 툴링이나 새로운 접근법이 영향을 미친 실제 착륙 장치 부품 및 구성품 제작 사례 세 가지를 소개합니다.

토션 링크

과제: 세코 툴스 고객이 착륙 장치의 이너 및 아우터 실린더를 결합하는 영역인 토션 링크를 10-2-3 티타늄 소재로 가공하며 어려움을 겪었습니다. 사이클 타임 60시간에 6개의 개별 셋업. 고객은 항상 부품 납품이 크게 지연되어 OEM과의 계약을 잃을 위기였습니다.

해결책: 세코 툴스는 고객과 파트너들과 협력하여 DMG 모리와의 파트너십을 통해 고객의 가공을 해결했습니다. 세코 툴스는 도면, 모델, 툴링부터 완전히 새로운 접근법을 찾도록 도왔습니다.

결과: 고객은 부품 제작 및 툴링 셋업을 6개에서 2개로 줄이고, 사이클 타임을 60시간에서 23시간으로, 즉 62% 단축했습니다. 생산성을 높이고 정시 납품을 가능하게 했습니다. 궁극적으로 이 솔루션으로 항공우주 제조업체가 계약을 유지할 수 있었습니다.

소재에 맞춘 툴링 설계

과제: Ti-5553으로 만든 400파운드 단조 착륙 장치 부품이 케나메탈 고객의 공구를 태워 먹고 있었습니다. 고객은 30분마다 새로운 공구 교체를 프로그래밍했습니다. 완료 시 이 부품은 약 210파운드입니다. 하지만 이 티타늄 소재는 뚫기 어려운 알파 케이스가 있었습니다.

해결책: 케나메탈은 이 특정하고 까다로운 티타늄 등급을 위해 특별히 설계된 8면 인서트 헬릭스 디자인 밀링 커터와 드릴을 사용했습니다.

결과: 러핑 시간이 25시간에서 15시간으로 단축. 사이클 타임 40% 감소. 공구 수명 300% 향상: 공구가 이제 새로운 절삭 날 필요 전까지 120분 지속.

기존 공구를 활용한 새로운 접근

과제: 착륙 장치 부품들이 5축과 공구 이동이 많았는데, 현용 공구가 인서트 후면을 집어당겨 아이락(eye lock)으로 조여진 나사를 부러뜨렸습니다. 항공우주 고객은 부품이 너무 많은 수동 개입과 관리가 필요해 생산을 너무 자주 중단해야 했습니다. 일이 너무 느리게 진행되었습니다.

해결책: 산드빅 코로만트는 수평 가공용 블레이드 가공을 위해 원래 설계된 공구를 이 수직 애플리케이션에 적용했고, 공구를 2~3도 살짝 들어 올리는 '램핑' 또는 '힐링'을 제안하여 후면 절삭을 피했습니다. 또한 라운드 보싱 기법을 사용했으며 매우 잘 작동했습니다.

결과: 공정 안정성 확보. 인서트 움직임 사라짐. 인서트 나사 파손 중단. 고객은 공정을 더 이상 돌보지 않고 '라이트아웃' 생산 환경으로 이동할 수 있었습니다. 운영자들이 여러 기계를 동시에 작업할 수 있게 되었습니다.

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