티타늄 합금은 높은 강도, 양호한 기계성능 및 강한 내식성 등 특징으로 인해 항공 산업에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 항공기에서 티타늄 합금의 비중이 계속 증가하면서 티타늄 합금 우주항공 구조부품 가공 효율성의 NC가 항공 제조 기업에 미치는 영향도 더욱더 증가하고 있습니다. 티타늄 합금은 가공이 어려운 재료 중의 하나로 그 상대적인 가공성능은 0.15~0.25이며, 가공 효율성은 알루미늄 합금의 10% 에 불과합니다. 따라서 티타늄 합금 우주항공 구조 부품의 낮은 가공 효율성은 현대 항공기의 대량 생산에 심각한 영향을 주고 있습니다. 티타늄 합금 우주항공 구조 부품의 효율적인 가공 달성은 우주항공 제조업체, CNC 장비 제조업체 및 툴 제조업체들의 공통 관심사가 되었습니다.
티타늄 합금의 커팅 성능.
티타늄 합금은 기계적 물성이 좋고 내식성이 강하며 비중이 작은 특성을 가지고 있지만, 기계 가공에 있어서 티타늄 합금의 커팅 성능은 많이 떨어지고 있다. 주로 다음과 같은 측면에서 알 수 있습니다.
(1) 높은 커팅력. 티타늄 합금 소재는 강도가 노놓기 때문에 절삭 시 커팅 저항력이 커지면서 커팅 엣지에 커팅 열을 많이 발생시킵니다.
(2) 낮은 열전도율. 티타늄 합금은 열확산성이 낮기 때문에 커팅 부위에 많은 양의 커팅 열이 집중됩니다.
(3) 비교적 큰 블레이드 팁 응력. 티타늄 합금은 소성이 낮아 가공에 의해 발생하는 칩이 쉽게 굽혀지기 때무에 칩과 레이크 표면의 접촉길이가 짧아지면서 커팅 엣지의 단위 면적이 힘이 증가하여 팁에 응력이 집중되는 현상이 발생하게 됩니다.
(4) 높은 마찰력. 티타늄 합금은 탄성률이 작아 레이크 페이스와 플랭크 페이스 사이의 마찰력이 증가됩니다.
(5) 높은 화학적 활성. 티타늄은 높은 커팅 온도 환경 속에서 공기 중의 수소, 산소, 질소 등의 기체와 쉽게 반응하기 때문에 표면에 단단한 막을 형성하고 툴의 마모를 가속시킬 수 있습니다.
티타늄 합금의 효율적인 가공 장비
티타늄 합금 구조 부품의 효율적인 가공을 충족시키기 위해 새로운 티타늄 합금 가공 장비는 다음과 같은 발전 트렌드를 보여주고 있습니다.
(1) 하이 토크. 티타늄 합금은 강도가 높기 때문에 가공 시 높은 커팅력을 가집니다. 큰 스핀들 토크와 스윙 앵글 토크는티타늄 합금 가공 공작기계의 명백한 특징 중 하나입니다.
(2) 전동 스핀들의 응용. 고출력, 고토크 전동 스핀들이 티타늄 합금 가공에 이미 적용되었습니다.
(3) 수평 가공 센터는 티타늄 합금 가공에 사용됩니다. 수평 가공 센터는 칩 제거에 편리하여 사용되기 때문에 가공 효율 및 가공 품질 향상을 제공합니다. 교환형 워크벤치는 멀티 스테이션 가공을 쉽게 구현할 수 있어 유연한 생산 라인을 설정하여 장비 활용도를 향상시킬 수 있습니다.
(4) 고압 내부 냉각. 티타늄 합금은 가공 시 커팅 열이 팁에 집중되어 툴을 쉽게 마모시키거나 파손시킬 수 있습니다. 고압 내부 냉각은 커팅 구역을 정확하게 분사하여 커팅 열을 식힐 수 있습니다.
티타늄 합금의 효율적인 가공 커팅 툴
티타늄 합금의 전통적인 가공 방법의 커팅 속도는 일반적으로 60m/min 미만이므로 커팅 성능이 좋지 않습니다. 티타늄 합금의 조가공은 주로 커팅 깊이가 크고 저속, 급전이 낮은 방법으로 최대의 금속 제거율을 확보합니다. PVD 코팅 카바이드 커팅 툴은 고속 밀링을 위한 마감가공에 사용되며, 커팅 폭은 작고 커팅 깊이가 크며 커팅 효율성이 양호합니다. 따라서 티타늄 합금 가공 툴은 주로 강한 커팅 시 채터링을 피하고 커팅력과 커팅 온도를 낮추는 데에 초점을 맞추고 있습니다.
(1) 티타늄 합금 페이스 밀링: 페이스 밀링 티타늄 합금 부품을 밀링할 때 커팅 깊이가 작고 하이 피드의 큰 밀링을 사용하여 효율적인 가공을 확보합니다. 하이 피드 밀링의 원리는 툴의 주요 편향각을 감소시켜 툴이 하이 피드 에서 여전히 비교적 작은 칩 두께를 유지하게 하여 하이 피드에서 커팅력을 감소시키고 낮은 커팅 속도 달성을 통해 하이 피드를 확보하여 커팅의 단위 깊이의 금속 제거율을 증가시킨다. 동시에 커팅력 부분이 수직 상향이고 접선력이 작으며 소비 전력도 작습니다. 이러한 가공 방법은 공작기계의 고출력 및 강성이 필요없이 널리 사용할 수 있습니다.
(2) 티타늄 합금 캐비티 가공: 티타늄 합금 우주항공 구조 부품의 주요 특징은 슬롯 캐비티이며, 재료 제거율이 높고 작업량이 많기 때문에슬롯 캐비티 가공은 티타늄 합금 부품의 효율적인 가공 핵심입니다. 커팅 깊이가 크고 속도가 느리고 낮은 피드로 강한 커팅을 하여 최대 금속 제거율을 확보하는것은 티타늄 합금 가공의 효과적인 방법이다. 현재 티타늄 합금 조가공의 강력한 밀링 툴은 널리 사용되고 있으며, 그 가공의 효율성은 옥수수 밀링 커터에서 많이 나타나고 있습니다.
(3) 필릿 가공 공법. 항공기의 경량화를 위해서는 통상적으로 항공기 구조물의 홈 모서리 부분의 필릿이 작기 때문에 직경이 작은 밀링 커터가 그 가공에 필요합니다. 필릿에서의 급격한 커팅량으로 인해 커팅력은 많이 변하게 됩니다. 커팅력이 급격히 변하는 경우, 툴은 진동이 쉽게 발생하고 심지어 치핑이 쉽게 발생하여 툴이 심하게 마모되어 가공 효율이 떨어지게 됩니다. 코너 가공 효율을 해결하기 위한 가장 좋은 방법은 플런지 밀링입니다. 플런지 밀링 공법은 기존 밀링에 비해 진동이 비교적 작으며, 또한 커팅 방식은 코너 허용량을 제거하는 측면에서 큰 효율성을 나타내고 있습니다. 직경이 다른 삽입 및 밀링 툴을 통해 코너 부분에 삽입 밀링을 하면 코너의 잔여량을 대부분 제거할 수 있으며, 그리고 엔드 밀링으로 삽입 밀링으로 인해 발생하는 잔여물을 제거할 수 있어 가공 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
(4) 정밀 사이드 밀링 기술: 측벽을 가공할 때 밀링의 중단을 이용하여 고속 커팅의 목적을 달성함으로써 부품의 표면 품질 및 가공 효율을 향상시킬 수 있습니다. 사이드를 가공할 때 커팅 폭이 작기 때문에 커터치의 회전별 커팅 시간이 매우 짧아지며, 즉 냉각 시간이 매우 길어지게 됩니다. 충분한 냉각의 경우, 커팅 온도를 효과적으로 제어할 수 있어 커팅 속도를 크게 증가시킬 수 있기 때문에 가공 효율을 향상시킬 수 있습니다. 티타늄 합금의 고속 커팅 및 정밀마감은 가공 효율 및 정밀도를 크게 향상시킬 수 있습니다.
(5) 시뮬레이션 최적화 기술: 티타늄 합금 구조 부품의 커팅 허용량은 조가공 시 계속 변하게됩니다. 현재 CAM 소프트웨어로 컴파일된 NC 프로그램은 고정된 커팅 파라미터만 설정할 수 있습니다. 과도한 커팅량으로 인해 툴과 기계에 미치는 로컬 프로그램의 영향을 피하기 위해 보통 전체 커팅 파라미터를 감소시켜 툴의 수명과 부품 품질을 보장하기 때문에 가공 효율이 매우 낮게 됩니다. 베리컷의 시뮬레이션 최적화 기술은 이런 문제를 잘 해결할 수 있습니다. 베리컷 소프트웨어를 이용하여 커팅 파라미터 최적화 라이브러리를 설립하고 이 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션을 진행합니다. 시뮬레이션을 통해 실제 가공 허용량과 커팅 조건을 추측하고 가공 허용량과 커팅 조건에 따라 프로그램 중의 커팅 파라미터를 최적화합니다. 이는 퉆 수명을 연장하고 부품 품질을 보장할 뿐만 아니라 가공 효율도 향상시킬 수 있습니다.
