항공 우주 분야의 인코넬 가공에서 긴 수명을 유지하는 공구

항공 우주 산업을 위한 구성 요소는 품질과 허용 오차 측면에서 높은 요건을 준수해야 한다. 물론 사용 재료도 각각의 요건을 충족해야 하며 필요한 노하우 없이 생산적으로 가공할 수 없다. Sibi는 니켈 기반 합금, 티타늄 및 기타 재료를 가공하기 위해 Horn과 협력하고 있다. Inconel 소재의 엔진 부품 절삭도 함께 구현하였다.

필립 달하우스(Philipp Dahlhaus): Paul Horn GmbH 제품 관리 매니저

핵심 내용

  • 프랑스 남부 몽토방에 위치한 Sibi 사는 난삭재 부품 가공을 전문으로 한다.
  • Sibi 사는 매월 Inconel 625로 만드는 약 30개의 엔진 부품에 대한 처리 시간을 줄이기 위해 Horn의 전문 지식에 의존했다.
  • 프로세스를 전환하고 새로운 공구를 사용한 이후, 가공 시간이 53분으로 줄어들었다.

재료에 따른 공구 수명을 비교해 보면 초합금을 가공하는 것이 얼마나 어려운지 확인할 수 있다. 알루미늄을 가공하는 경우, 공구의 서비스 수명이 수일이라면, 쾌삭강의 경우 8시간, 42CrMo4 강화강의 경우 45분, 초합금의 경우 5~10분으로 단축된다. Inconel 718로 만든 단조 터빈 블레이드를 가공하면 코팅되지 않은 초경 공구는 서비스 수명이 1분도 채 되지 않는다. TiAlN 코팅의 경우 약 35분, 이를 기반으로 하는 TiAlN 코팅의 경우 45분으로 향상된다.

Sibi의 책임자들도 다운타임 문제와 싸워야 했다. 이 회사는 매월 약 30개의 Inconel 625 엔진 부품을 생산한다. 둥근 장부가 있는 T자형 부품은 솔리드에서 밀링한다. 따라서 사용되는 밀링 공구는 난삭재 재료를 대량으로 가공해야 한다. “많은 칩 부피로 인한 어려움 외에도 부품의 치수 공차가 매우 엄격하고 표면 품질을 높아야 합니다.”(로게르 루조) 로게르 루조는 이 밀링 공정에 적합한 공구 솔루션을 찾기 위해 Horn Aerospace 전문가 엠마뉴엘 저베이스에게 연락했다.

Horn 티타늄 밀링 커터는 티타늄용으로 개발되었지만 니켈 기반 합금 가공에도 적합하다.

초합금 밀링 프로그램

“목표는 부품 밀링 프로세스의 가공 시간을 1시간 미만으로 줄이는 것이었습니다.”(엠마뉴엘 저베이스) 공구 수명에 문제가 있는 이전 공구 솔루션과 밀링 전략으로는 이러한 가공 시간이 허용되지 않았다. 엠마뉴엘 저베이스는 부품 가공에 적합한 공구 개념으로 새로운 밀링 전략을 개발했다. 그는 DS 시리즈의 Horn 솔리드 초경 엔드밀과 DA62 밀링 시스템 그리고 홈 밀링 및 부품 분리를 위해 M310 밀링 시스템을 사용했다.

“엔드밀은 실제로 티타늄 가공용으로 설계되었지만, Inconel과 Hastelloy 같은 다른 초합금에도 잘 작동합니다. Inconel에서 사용하려면 절단 값을 정밀하게 조정하기만 하면 됩니다.”(엠마뉴엘 저베이스). 그는 직경과 절삭날 수가 다른 다양한 Horn 엔드밀을 사용했다. 부품 핀 세 개는 DS 시스템으로 밀링한다. 적용된 절단 속도는 vc = 78m/min이며, 20과 12mm 직경을 사용한다. 서비스 수명은 공구 당 공작물 3개이다. DA 62 밀링 시스템으로 절단 후 6번째 면과 외부 면을 밀링한다. 엠마뉴엘 저베이스는 니켈 기반 합금에 사용하기에 적합한 기재로 IG35를 선택했다. M310 시스템은 사전 밀링 및 절단에 사용한다. 예를 들어, 엔드밀로 후속 가공하기 위한 공간을 만들기 위해 두 개의 수평 핀 아래에 각각 홈을 밀링한다. 홈 밀링과 가공물 절단을 위해 프로그래밍된 절삭 속도는 vc = 30 및 20m/min이다.

프로젝트 참가자들은 가공 시간을 1시간 미만으로 줄이는 목표를 달성했다. 프로세스를 전환하고 새로운 도구를 사용한 후 가공 시간은 53분이 되었다. “Horn과 기술 현장 서비스의 지원이 매우 좋았습니다. Horn은 약속을 잘 지키고 빠른 서비스를 보장한다는 점도 말씀드려야겠네요.”(로게르 루조)

Nimonic 90, Inconel 718, Ren. 80 및 Hastelloy와 같은 니켈 기반 합금은 열전도율이 매우 낮다. 이러한 특징은 터빈 제작에 주로 사용하는 재료에서 구성 인선과 가공 경화를 유발한다. 그 결과 높은 합금 강도와 ​​함께 공구 절삭날에 극심한 응력을 가하는 진동이 발생한다. 이에 마찰을 줄이는 상부 층이 이에 대한 해결책을 제공하며, 동시에 상부층은 높은 경도 및 낮은 균열 민감성과 같은 상충되는 요건 사이에서 균형을 맞춘다.

왼쪽부터 Sibi 생산 매니저 로게르 루조, 엠마뉴엘 저베이스(Horn), 기욤 오겔로(Sibi), 이사벨 물리에라(Sibi)

절삭날의 균일한 하중

가능한 가장 날카로운 절삭날과 공구 수명 증가에 대한 요건으로 인해, 작은 절삭 에지 라운드에 TiAlN 나노구조의 얇은 층 등으로 공구를 코팅하였다. 이 코팅을 사용하면 밀링 중에 공구 수명을 보장받을 수 있다. 이는 공구의 정밀도와 동심도 그리고 그로 인한 개별 절삭날의 균일한 하중을 기반으로 한다. 코팅과 관련된 파손 방지 초경 절삭날의 개발로 vc = 30 ~ 80m/min의 절삭 속도가 가능하다.

Sibi는 프랑스 KEP Technologies 그룹의 일원이다. 1996년에 설립된 이 회사는 항공우주 산업을 위한 부품 개발과 공급 전문 업체이다. 또한 KEP는 원자력 산업, 에너지 부문, 식품 산업 및 의료 기술을 위한 혁신적인 솔루션을 제공한다. KEP는 공급자로서의 역할을 다할 뿐만 아니라 자체적으로 제품을 개발한다. 여기에는 측정 장치 및 전자 부품 등이 포함되며, 현재 프랑스 내 5개 공장에서 600여 명의 직원이 일하고 있다.