항공우주 산업의 CNC 선삭: 공정, 설계 및 응용

1 항공 우주에서 CNC 회전 소개

CNC (Computer Numerical Control) Turning은 항공 우주 제조에서 중요한 역할을하며, 극도의 정밀도 및 타협하지 않는 신뢰성은 협상 불가능한 요구 사항입니다. 항공 우주 구성 요소는 극한 온도, 압력 및 기계적 응력을 포함한 어려운 조건에서 작동하며, 비행 중요 공차의 경우 ± 0.001mm 이내에 탁월한 정확도가 필요합니다. CNC 회전은 항공기 안전 및 성능에 필수적인 미크론 수준 정밀도를 제공하는 다축 시스템 및 고급 가공 센터를 포함하기 위해 간단한 선반 작업을 넘어 발전했습니다.

항공 우주 산업은 엔진 터빈 및 연료 시스템에서 랜딩 기어 및 내비게이션 장비에 이르기까지 비행 시스템의 중추를 형성하는 회전식 대칭 구성 요소를 생산하기위한 CNC 회전에 의존합니다. 이러한 구성 요소는 서비스 수명 동안 구조적 무결성과 치수 안정성을 유지하면서 가장 가혹한 작동 조건을 견딜 수 있어야합니다.

2 주요 CNC 회전 프로세스 및 기술

2.1 다축 회전 시스템

현대 항공 우주 제조는 전례없는 유연성과 기능을 제공하는 정교한 다축 회전 시스템을 사용합니다.

• 5 축 CNC 회전 :이 고급 시스템은 5 개의 다른 축 (X, Y, Z, A 및 B)을 따라 도구를 조작 할 수있어 단일 설정에서 복잡한 윤곽과 언더컷의 완전한 가공을 가능하게합니다. 이로 인해 누적 정렬 오류가 제거되고 생산 시간이 크게 줄어 듭니다. 때로는 3 축 워크 플로에 비해 최대 60%를 줄입니다.
• 스위스 스크류 가공 : 다축성 스위스 스타일의 CNC 선반을 통합 된 전원 도구와 함께 사용하여 제조업체는 단일 작업에서 0.2mm 정도의 정밀한 직경을 가진 연료 노즐과 같은 마이크로 프레시션 구성 요소를 생산하여 ± 0.002mm의 공차를 달성 할 수 있습니다.
• 턴 밀 센터 :이 하이브리드 머신은 회전 및 밀링 기능을 결합하여 한 설정에서 복잡한 구성 요소를 완전히 가공 할 수 있습니다. 이 기술은 특히 회전 대칭과 복잡한 축소 기능을 모두 필요한 항공 우주 부품에 특히 유용합니다.

2.2 항공 우주를위한 특수 회전 기술

• 미러 밀링/회전 : 항공기 스킨 패널 및 로켓 연료 탱크 바닥과 같은 크고 유연한 구성 요소의 경우 듀얼 5 축 미러 밀링 기술은 공구의 반대쪽에 로컬 지원을 제공합니다. 이 접근법은 "기존의 기계식 밀링으로 처리 할 수없는 대형 크기의 대형 융통성, 초박형 표면"의 국제 제조 과제를 해결하여 고르지 않은 벽 두께 및 구멍을 통한 밀링과 같은 문제를 방지합니다.
• 하드 회전 : 항공 우주 제조업체는 특수 공구를 사용하여 CNC 회전을 사용하여 열처리 상태에서 강화 된 재료를 직접 처리하여 2 차 작업을 제거하고 처리 시간을 줄입니다.
• 고속 회전 : 항공 우주 알루미늄 합금 및 특정 비 음식 재료를 위해 특별히 설계된 고속 회전 기술은 표면 마감 품질을 향상시키는 동시에 사이클 시간을 크게 줄입니다.

3 항공 우주 별 설계 고려 사항

3.1 극한 환경을위한 설계

항공 우주 구성 요소 설계는 여러 극단적 인 운영 요인을 설명해야합니다.

열 안정성 :구성 요소는 높은 고도의 극저온 조건에서 엔진 응용 분야의 극한 열까지 넓은 온도 범위에서 치수 안정성을 유지해야합니다. 이를 위해서는 설계에서 신중한 재료 선택 및 열 관리가 필요합니다.

스트레스 분포 :설계는 복잡한 하중 조건 하에서 스트레스 분포를 최적화하고 체중을 최소화하면서 적절한 안전 마진을 통합해야합니다. 유한 요소 분석 (FEA)은 제조 전 설계를 검증하기 위해 일상적으로 사용됩니다.

동적 밸런싱 :터빈 샤프트 및 압축기 디스크와 같은 회전 구성 요소는 종종 10,000 rpm을 초과하는 작동 속도에서 완벽한 균형이 필요합니다. 이를 위해서는 대칭 설계와 정확한 질량 분포가 필요합니다.

3.2 제조 가능성 설계

성공적인 항공 우주 설계 제조 현실과의 성능 요구 사항 균형 :

기능 접근성 : 특별한 부착물이나 공구 강성을 손상시키지 않고도 표준 회전 도구에 복잡한 내부 기능을 액세스 할 수 있어야합니다.

벽 두께 전환 : 상이한 벽 두께 사이의 점진적인 전이는 가공 및 작동 중 응력 농도를 방지하고 왜곡을 최소화한다.

표준화 된 기능 : 가능한 경우 표준 도구 형상 및 기능을 활용하면 품질을 유지하면서 제조 복잡성과 비용이 줄어 듭니다.

항공 우주 CNC 회전을위한 4 재료

4.1 고성능 합금

티타늄 합금 : 특히 TI-6AL-4V (5 등급)는 탁월한 강도 대 무게 비율과 부식 저항으로 유명합니다. 그러나 티타늄의 작업 하덴 경향은 열 변형을 최소화하고 공구 수명을 연장하기 위해 저열 절단 전략 및 극저온 냉각과 같은 특수한 접근법이 필요합니다.

니켈 기반 슈퍼 합금 : Inconel 718과 같은 재료는 연소실에서 800 ° C를 초과하는 온도를 견딜 수 있지만 높은 온도에서 높은 강도와 ​​연마성 특성으로 인해 상당한 가공 문제를 제시합니다.

고강도 알루미늄 합금 : 알루미늄은 가벼운 중량, 우수한 가공성 및 유리한 강도 특성으로 인해 항공 우주 구조에 인기가 있습니다. 스칸듐-알루미늄 합금과 같은 새로운 변형은 10-15%의 추가 중량 감소를 약속합니다.

4.2 고급 복합재 및 특수 재료

CFRP (탄소 섬유 강화 폴리머) : 스텔스와 체중 감소가 우선 순위 인 라돔 및 날개 페어링에 탁월합니다. CFRP는 섬유 풀 아웃 및 박리를 방지하기 위해 절단력 감소 및 특수 공구가 필요합니다.

Peek (Polyether Ether Ketone) :이 고성능 열가소성은 객실 오븐 및 항공 전자 공장과 같은 고온 내부 환경을 견뎌냅니다.

강철 관리 : 강도 대 중량 비율과 우수한 골절 인성이 필요한 응용 분야에서 사용됩니다.

5 중요한 항공 우주 응용

5.1 엔진 및 터빈 구성 요소

항공 우주 추진 시스템은 정밀 전환 구성 요소에 따라 다릅니다.

연료 노즐 : 복잡한 내부 형상이있는 마이크로-프리렉션 노즐은 효율적인 연소를위한 최적의 연료 분무를 보장합니다. 스위스 스타일 나사 가공은 1mm의 직경과 정확한 계량 특성으로 이러한 구성 요소를 생성합니다.

터빈 샤프트 :이 중요한 전송 요소는 복잡한 형상을 특징으로하며 극한 온도 환경에서 엄청난 전력을 전달하면서 균형 및 치수 안정성을 유지해야합니다.

블리스 (Bladed Disks) : 동기 5 축 윤곽선은 단일 재료로부터 블라이스 (통합 블레이드 디스크) 형상을 가공하여 구조적 무결성을 향상시키고 어셈블리 복잡성을 감소시킬 수 있습니다.

5.2 구조 및 기체 구성 요소

• 고정밀 중공 액슬 : 항공기 프로펠러 샤프트로 예시 된 바와 같이, 이러한 구성 요소는 외부 표면의 경우 0.025mm, 외부 벤치 마크에 비해 내부 표면의 경우 0.05mm의 런아웃이있는 탁월한 회전 균형이 필요합니다. 진동을 최소화하고 고속 회전 중에 신뢰성을 보장하기 위해서는 특수 툴링 및 프로세스가 필요합니다.
• 마운팅 브래킷 및 피팅 : 이러한 연결 요소는 중량을 최소화하면서 주요 기체 구성 요소간에 적절한 부하 전달을 보장하기 위해 정확한 형상이 필요합니다.
• 패스너 및 커넥터 : 항공 우주 표표 패스너는 진동 및 하중 사이클에서 관절 무결성을 유지하기 위해 정확한 치수와 표면 마감이 필요합니다.
• 5.3 제어 및 유압 시스템
  서보 구성 요소 : 비행 제어 시스템의 정밀 전위 부품은 반응적이고 정확한 항공기 제어를 보장하기 위해 정확한 공차를 유지해야합니다.
• 유압 피스톤 및 액추에이터 :이 구성 요소는 비행 제어 표면, 랜딩 기어 및 제동 시스템의 기계적 이동으로 유압을 해석합니다.
• 밸브 바디 및 스풀 : 복잡한 내부 통로는 다양한 항공기 시스템으로 유압 및 연료 흐름을 직접 직접하여 정확한 형상 및 표면 마감이 필요합니다.

6 품질 보증 및 인증

6.1 검사 및 검증

항공 우주 CNC 회전 작업은 엄격한 검사 프로토콜을 구현합니다.

CMM (좌표 측정기) 검증 : 서브 미크론 정확도를 갖춘 고급 CMM은 CAD 모델에 대한 3D 지오메트리를 검증하여 설계 사양을 준수합니다.

표면 거칠기 테스트 : 특수 프로파일 미터 표면 마감이 공기 역학적 표준을 충족하는지 확인하고, 임계 표면은 종종 RA 0.4 µm 미만의 값이 필요합니다.

비파괴 테스트 (NDT) : 형광 침투성 검사, 와상 전류 테스트 및 초음파 검사와 같은 기술은 구성 요소를 손상시키지 않고 표면 및 지하 결함을 감지합니다.

6.2 인증 및 문서

산업 표준 : 항공 우주 제조업체는 항공 우주 응용 프로그램에 적합한 품질 관리 시스템을 검증하는 AS9100, NADCAP 및 ISO 9001을 포함한 인증을 유지해야합니다.

완전한 추적 성 : 문서화는 FAIR (First Article Inspection Reports)을 통해 원료 로트 번호에서 각 생산 배치를 따라 OEM 및 규제 요구 사항을 충족합니다.

생산 부품 승인 프로세스 (PPAP) : 포괄적 인 제출물은 제조 프로세스가 모든 설계 요구 사항을 충족하는 구성 요소를 지속적으로 생산할 수 있음을 보여줍니다.

7 새로운 트렌드와 미래 방향

7.1 고급 제조 기술

하이브리드 제조 : DMLS (Direct Metal Laser Sintering)와 5 축 CNC 회전을 결합하면 내부 냉각 채널을 특징으로하는 토폴로지-최적화 부품을 생산할 수 있으며 강도를 손상시키지 않고 최대 30%의 무게 감소를 생산할 수 있습니다.

스마트 팩토리 통합 : IoT 지원 가공 센터는 실시간으로 스핀들로드, 공구 마모 및 에너지 소비를 모니터링하여 완전히 자율 가공 셀의 가동 시간 및 유지 보수 일정을 최적화합니다.

적응 형 가공 : AI 구동 도구 경로 알고리즘은 절단 전략을 최적화하여 스크랩 속도를 최소화합니다.

7.2 지속 가능성 이니셔티브

폐쇄 루프 재활용 : 폐쇄 루프 시스템에서 티타늄 칩을 수집하고 새는 것은 원료 지출을 최대 15%까지 줄일 수 있으며 생산의 탄소 발자국을 낮출 수 있습니다.

에너지 효율적인 프로세스 : 차세대 CNC 시스템은 가공 성능을 손상시키지 않고 에너지 소비를 최적화하여 광범위한 항공 우주 산업 지속 가능성 목표와 일치합니다.

건조 및 근거리 가공 : 최소 수량 윤활 (MQL) 기술은 공구 수명 및 표면 마감 품질을 유지하면서 냉각수 소비와 관련 폐기물 처리 비용을 줄입니다.