내열합금 활용
과제: HRSA 소재의 우주 항공 엔진 가공물을 효율적으로 가공하기
솔루션: 기계, 공구, 형상 및 공구 소재와 가공 전략을 포괄하는 균형 잡힌 토털 솔루션을 개발하십시오.
내열합금(HRSA)은 제트 엔진 컴프레서와 터빈 가공물의 핵심 소재입니다. 이 용도에서 가장 중요한 재종은 인코넬, 와스파로이, 우디멧과 같은 니켈 기반 재종입니다.
HRSA의 특징은 구성과 생산 공정에 따라 크게 달라집니다. 열처리는 특히 매우 중요한데, 석출 경화, 즉 '시효된' 가공물은 부드럽고 풀림 처리되거나 처리되지 않은 가공물에 비해 경도가 두 배에 이를 수 있습니다.
배기가스 규제가 더욱 엄격해지면서 매우 높은 연소 온도에서도 버틸 수 있는 엔진을 위한 신소재가 필요하게 되었습니다. 또한 제트 엔진에 사용되는 HRSA의 총량은 다른 소재에 비해 증가하고 있습니다.
그러나 HRSA의 이점이 제조 과정에서 문제를 발생시킵니다. 고온 강도는 절삭 부하를 높이고, 낮은 열전도도와 높은 경도는 절삭 온도 상승으로 이어집니다. 또한 가공 경화 경향으로 인해 노치가 더 쉽게 마모하게 됩니다.
HRSA 샤프트 가공물
터빈 디스크, 케이싱, 블리스크, 샤프트와 같은 가공물은 대부분 벽이 얇고 모양이 복잡하여 만들기가 매우 까다롭습니다. 안전이 중요한 엔진 부품은 엄격한 품질 및 치수 정확도 기준을 준수해야 합니다.
이러한 부품을 성공적으로 만들려면 강력한 기계, 견고한 공구, 고성능 인서트 및 최적의 프로그래밍을 사용해야 합니다. 일반적으로 여러 방법이 있는데, 디스크, 링 및 샤프트 가공물은 선삭 가공, 케이싱과 블리스크는 밀링 가공되는 경우가 많습니다.
일반적으로 HRSA 가공은 세 가지 단계로 구성됩니다. 첫 번째 단계의 가공(FSM)에서는 주조 또는 단조 블랭크의 기본 모양을 형성합니다. 일반적으로 가공물이 부드러운 상태(주로 약 25 HRC의 경도)이지만, 표면이 거칠고 고르지 않은 경우가 많습니다. 가장 중요한 요소는 생산성 향상과 스톡 제거의 효율 제고입니다.
첫 번째 단계와 중간 단계 가공(ISM) 사이에서는 가공물이 훨씬 더 단단한 시효 상태(일반적으로 약 36~46 HRC)로 열처리됩니다. 이제 가공물이 최종 형태를 갖추게 됩니다(단, 정삭을 위한 부분은 남아 있음). 생산성이 다시 중요해지지만, 공정 안정성도 중요합니다.
HRSA 터빈 디스크의 첫 번째, 중간 및 마지막 단계 가공
최종 모양을 형성하고 표면을 정삭하는 작업은 최종 가공 단계(LSM)에서 진행됩니다. 이 단계에서 중요한 점은 표면 품질, 정확한 치수 공차, 변형 및 과도한 잔류 응력 방지입니다. 중요한 회전 부품에서는 피로 특성이 가장 중요한 기준이며, 균열을 형성시킬 수 있는 표면 결함이 있으면 안 됩니다. 주요 부품의 성능을 신뢰할 수 있으려면 검증 및 인증된 가공 공정을 적용해야 합니다.
교환형 인서트의 일반적인 요구사항에는 우수한 날 인성과 모재와 코팅 사이의 높은 접착력 등이 있습니다. 강도 및 경제성을 위해 네거티브 기본 모양이 사용되지만, 형상은 포지티브여야 합니다.
세라믹 인서트를 사용한 밀링이 아니면 HRSA를 가공할 때 항상 절삭유를 사용해야 합니다. 세라믹 인서트에는 많은 양을 분사해야 하지만, 초경 합금에는 분사의 정확도가 더 중요합니다. 초경 인서트를 사용할 때는 절삭유 압력이 높아야 공구 수명과 칩 컨트롤 등에서 유리합니다.
가공 매개 변수는 조건과 소재에 따라 달라집니다. FSM에서는 높은 이송 속도와 큰 절입 깊이를 바탕으로 생산성을 높이는 것이 주요 목표입니다. ISM의 경우 고속 가공에서 세라믹 인서트가 종종 사용됩니다. 최종 단계에서는 품질에 중점을 두며 얕게 절삭합니다. 절삭 속도가 높으면 표면 품질이 저하될 수 있으므로 정삭에서는 초경 인서트가 사용됩니다.
터빈 디스크는 내마모성 소재로 만들어진 핵심 부품이며, 최적화된 절삭 공구와 솔루션을 통해 안정적으로 가공해야 합니다.
초경 인서트에서는 소성 변형과 노칭이 일반적인 마모 형태이며, 세라믹에서는 상단 슬라이스 마모가 주로 발생합니다. 내마모성과 고온경도를 높이면 소성 변형에 대한 취약성이 감소합니다. 포지티브 형상과 날카로운 날도 발열과 절삭 부하를 줄이는 데 도움이 됩니다. 주 절삭날의 노치 마모 문제를 해결하는 방법에는 여러 가지가 있는데, 예를 들어 정사각형 또는 원형 인서트를 사용하거나 노즈 반경보다 얕게 절삭을 하여 절입각을 작게 하면 됩니다.
PVD 코팅 인서트는 주요 날의 노칭에 대한 내성이 더 강하며, CVD 코팅 인서트는 절삭날 끝부분의 노치 마모에 대한 내성이 더 강합니다. 정삭 작업에서는 절삭날 끝부분의 노치 마모로 인해 표면 조도가 저하될 수 있습니다.
요약
HRSA 엔진 부품을 효율적으로 가공하려면 가공물 상태, 공구 소재 및 관련 권장 절삭 조건, 절삭유 사용, 최적화된 가공 전략 등을 고려한 균형 잡힌 토탈 솔루션이 필요합니다.
중간 및 마지막 단계의 HRSA 가공에서는 날카로운 정삭 및 중삭용 포지티브 형상과 고인성 작업용 형상이 적용된 공구를 사용해야 합니다.
