대형 티타늄 부품 CNC 가공 마스터하기

티타늄은 스테인리스강처럼 CNC 가공이 가능하며, 우리가 알다시피 바람직한 소재 특성을 가지고 있고 작업하기도 비교적 쉽습니다. 티타늄 합금 정밀 주조 기술의 초기 적용 단계에서 이 공정은 주로 비교적 단순한 형태의 중형 일반 정밀 주물을 생산하는 데 사용되었습니다. 이러한 유형의 주물은 대부분 크기가 500mm 이내이며, 대부분 봉형, 디스크형, 평판형, 링형 등입니다. 대부분 벽 두께는 6~10mm 범위 내에 있으며, 인체 이식용 보철물, 엔진 블레이드, 스트럿 등의 구조물이 포함됩니다. 깊은 홈, 홈, 리브 같은 복잡한 공정 구조가 없기 때문에 주조 시 구조적 응력이 상대적으로 작고, 공급이 상대적으로 충분하며, 이 유형 주물의 성형 공정이 상대적으로 단순하여 성형 품질을 항상 더 높은 품질 상태로 유지할 수 있습니다. 하지만 대형 티타늄 CNC 가공의 경우 완벽한 가공이 그리 간단하지 않습니다. 이 기사는 완벽한 대형 티타늄 주물을 만드는 자세한 방법을 보여줄 것입니다.

중대형 티타늄 부품

이 주물은 항공우주 산업의 실제 응용 요구를 충족하기 위해 지속적으로 개발된 주물 유형입니다. 항공우주 분야의 점진적 발전에 따라 이 유형 주물 성형 기술의 적용은 다양한 대형 연구 기관의 핵심 연구 대상이 되었습니다. 대부분의 대형 박벽 복잡 주물은 크기가 500~1000mm로 엄격하게 제어되며, 벽 두께는 1~3mm이고 구조가 상대적으로 복잡하여 성형이 매우 어렵습니다.

대형 티타늄 부품

이러한 주물은 품질과 성능의 모든 측면에서 다른 주물과 비교할 수 없습니다. 이 유형 주물의 크기는 대부분 1500mm 이상, 최소 벽 두께는 약 1mm, 질량은 대부분 50~1000kg 정도입니다. 이 유형의 주물은 종종 많은 패스너와 부품 조립으로 형성된 구조를 대체하여 주물 구조의 안정성과 정밀도를 종합적으로 향상시키고 비용을 크게 절감하며 생산을 가속화하는 데 사용됩니다.

대형 티타늄 가공의 기존 방법은 무엇인가?

티타늄 합금 가공 공정에는 기존 가공 작업(터닝, 페이스 밀링, 고속 절삭(HSC), 밀링, 드릴링), 성형 작업(냉간 및 열간 성형; 수압 성형, 단조), 대체 가공 작업(레이저 절단, 워터젯 절단, 직접 금속 레이저 소결)이 포함됩니다. 티타늄 합금의 가공 작업은 상대적으로 높은 인장 강도, 낮은 연성 항복, 강철보다 50% 낮은 탄성 계수(104 GPa), 강철보다 약 80% 낮은 열전도율로 인해 어렵다고 간주됩니다. 낮은 탄성 계수는 공작물의 더 큰 '스프링 백'과 처짐 효과를 일으킬 수 있습니다. 따라서 더 강성 있는 설정과 공구를 위한 더 큰 클리어런스가 필요합니다.

왜 대형 티타늄 가공이 어려운가?

첫 번째 측면은 부품 구조 측면에서 대형 티타늄 합금 정밀 주물의 특성입니다. 대형 티타늄 합금 정밀 주물은 일반적으로 일체형 프레임형 부품입니다. Z방향 클리어 높이는 보통 650mm 이상이며, 부품 내부에서 효과적으로 지지할 수 있는 면적이 작습니다. 국부적 강성이 상대적으로 나쁘고, 주물 표면에는 상대적으로 많은 박벽 구조가 있으며, 대부분 리브 두께는 2~3mm로 가공성이 상대적으로 나쁩니다. 티타늄 합금 정밀 주물은 일반적으로 4단계 직경 구멍을 가집니다. 깊은 홈 러그와 초점 구멍은 CNC 가공이 매우 어렵고, 홈 폭, 동심도, 구멍 직경 등의 구조적 정밀도 요구사항도 매우 높습니다.

두 번째 측면은 주물 블랭크의 특성입니다. 티타늄 합금 정밀 주물의 블랭크 크기가 이 단계에서 기본적으로 고정되어 있지만, 티타늄 합금 주물의 단조 공정 중 정밀도 오차를 제어하기 어렵기 때문에 후속 CNC 가공 공정에서 쉽게 나타납니다. 다음 두 가지 문제: 한편으로는 비가공면과 가공면 간의 효과적인 조정이 어려워 가공 과정에서 가공 단차가 쉽게 발생하여 피터의 연마 작업 실제 작업량을 크게 증가시킵니다; 다른 한편으로는 주물 가공의 불균등한 여유분 문제를 증가시켜 CNC 가공 작업 중 주물의 심각한 변형을 초래합니다.

세 번째 측면은 부품 변형 특성 분석입니다. 대형 티타늄 합금 주물의 응력 분포가 균일하지 않으면 티타늄 합금 주물의 심각한 변형 문제를 쉽게 초래합니다. 대부분의 대형 티타늄 합금 정밀 주물이 반폐쇄 프레임 구조이고 내부 강한 지지대가 적으며, 정밀 주물의 후단도 개방 구조를 보이고, 부품 구조의 강성이 나쁘고 공정 리브 보강이 없습니다. 따라서 가공 중 개방단 인장, 높이 방향 전위, 프로파일 굽힘 같은 변형 문제가 발생하기 쉽습니다. 주요 변형 요인에는 국부적 소재 과도 제거와 내부 응력 불충분 해제, 블랭크 주조 후 정밀 주물의 미세조직 분포가 충분히 균일하지 않아 불균형한 열응력 해제 문제가 포함됩니다.

이러한 좌절에도 불구하고 티타늄 가공을 더 쉽게 만드는 기술이 있습니다.

티타늄 가공의 완벽한 방법은 무엇인가?

대형 티타늄 합금 주물의 구조적 특성과 실제 가공 어려움을 바탕으로 클램핑, 신속 위치 결정, 변형 제어, 치수 정밀도 제어를 포함한 구체적인 수치 제어 가공 기술 방안이 수립됩니다.

티타늄 가공 상세 소개

첫 번째는 클램핑 기술 적용 방안입니다. 대형 티타늄 합금 주물의 상부 구조가 대부분 자유 상태이므로 주물 양단 개구부와 중앙의 큰 구멍은 강성이 상대적으로 약합니다. 보통 가공 중 진동 문제가 발생하기 쉽고 이는 CNC 가공 품질에 부정적인 영향을 미칩니다. 이 문제에 직면하여 CNC 가공 플랫폼에 3세트 추가 조절식 지지 지그를 추가하여 티타늄 합금 정밀 주물의 CNC 가공 부분 실제 강성을 효과적으로 향상시켜 CNC 가공 중 정밀 주물의 표면 품질과 성능 기반을 보장할 수 있습니다.

두 번째는 신속 위치 결정 방법입니다. 신속 위치 결정 작업은 가공 플랫폼의 지그 부분에 고정 위치 핀 장치를 설정하고 주물 가공의 기술 보스 해당 위치에 위치 구멍 구조를 설정하여 홀과 축 클리어런스가 메아리칠 수 있도록 하여 CNC 가공 과정에서 빠르고 정확한 위치 결정을 달성합니다. 동시에 지그의 원점 단 위치 핀은 원통형으로 설계하고 원단 위치 핀은 육각형으로 설계하여 정밀 주물을 더 잘 고정하는 기반 위에서 주물 가공 변형을 위한 여분을 남겨 후속 클램핑 작업의 기초를 마련합니다.

세 번째는 변형 제어 가공입니다. 절삭 공구 및 관련 파라미터 최적화가 우선입니다. 정밀 주물 절삭 시 절삭력은 정밀 주물 품질에 가장 큰 영향을 미치는 요인 중 하나입니다. 절삭력은 티타늄 합금 주물의 절삭 열과 가공 변형을 크게 결정하며 실제 절삭 효율에도 영향을 미칩니다. 따라서 절삭 작업 과정에서 날카로운 날을 가진 공구나 비교적 큰 레이크 각을 가진 공구를 보통 선택하고, 작은 절삭 깊이의 층별 가공 방법을 사용하여 CNC 가공 중 티타늄 합금 정밀 주물의 변형 문제 확률을 줄입니다. 두 번째는 무응력 면도 실현입니다. 다양한 가공 응력 영향으로 티타늄 합금 정밀 주물은 일정한 변형 문제를 가집니다. 이 경우 무응력 클램핑과 무응력 면도 등의 방법을 사용하여 주물 변형을 줄여야 합니다. 대형 티타늄 합금 정밀 주물이 자유 상태일 때 위치 보스 바닥면을 구리 가스켓 등의 부품으로 쿠션하여 프레싱 작업 중 부품이 무응력으로 클램핑되고 위치 보스가 변형되지 않도록 하여 가공 과정에서 클램핑 응력과 주물 변형 문제를 제거합니다.

네 번째는 치수 정밀도 제어 방안입니다. CNC 가공 작업 시작 전에 가공면과 비가공면을 종합적으로 측정하여 후속 변형과 가공 여유분 검사를 용이하게 하고 검사 결과를 통해 CNC 프로그램의 가공 여유분을 결정해야 합니다. 실제 CNC 가공 과정에서 대형 티타늄 합금 정밀 주물의 박벽 구조에서 뚜렷한 나이프 양보 문제가 있어 정밀 주물의 CNC 가공 정밀도가 쉽게 영향을 받아 결국 정밀 주물의 국부적 불균일과 치수 차이 등으로 이어집니다.

CNC 티타늄 부품의 특징

• 고강도
• 내식성
• 우수한 강도-중량 비율
• 연성
• 양호한 가공성
• 표면 처리 옵션
• 재활용 가능

이러한 이유로 티타늄은 항공우주, 자동차, 의료 산업 등에서 정기적으로 사용됩니다.

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