깊은 -공동, 얇은-벽 부품을 가공할 때 심각한 공구 진동, 표준 이하의 표면 품질, 변형으로 인한 치수 불일치 등의 문제로 인해 종종 어려움을 겪고 계십니까? 해결하기 어려운 것처럼 보이는 이러한 문제는 해결 불가능한 것이 아닙니다. 이 기사에서는 CNC 프로그램 최적화, 툴링 솔루션 혁신, 진동 억제를 통해 이러한 어려움을 하나씩 극복하는 방법을 안내합니다.
PART.01
소개
현재 사람들은 점점 더 얇고 미학적으로 만족스러운 제품에 대한 궁극적인 경험을 추구하고 있습니다. 시중에 나와 있는 대부분의 제품은 초박형 휴대폰 및 초박형 노트북과 같이 초-두께와 우수한 표면 품질을 추구합니다. 항공우주 부품은 안전을 보장하는 동시에 최대한 가볍게 설계되었습니다. 한편으로는 제품의 전체 무게가 줄어들어 동일한 연료 소비로 비행 시간이 늘어납니다. 반면, 전체 중량이 고정되어 있으면 부품이 가벼워져 더 많은 연료를 운반할 수 있고 더 많은 승객을 수송할 수 있어 효율성이 향상됩니다.
PART.02
가공 과제
일반적인 깊은 -공동, 얇은 벽으로 이루어진- 부품이 그림 1에 나와 있습니다. 가공 과제는 다음과 같습니다.
영상
그림 1 일반적인 깊은-공동 얇은-벽 부품
(1) 공구 강성이 좋지 않음: 가공된 부품의 캐비티가 깊을수록 부품의 강성이 나빠집니다. 공구가 공작 기계에서 길어질수록 공구 강성이 악화됩니다. 공구 클램핑 길이는 그림 2에 나와 있습니다. 일반적으로 공구 연장 길이 L은 공구 직경 D의 3배를 초과해서는 안 됩니다. 예를 들어 공구 직경이 10mm인 경우 연장 길이는 이상적으로 30mm 이내로 제어되어야 합니다. 이 원리는 주로 공구 강성[1, 2] 및 절삭 안정성에 기초합니다. 과도한 연장 길이는 공구 강성을 감소시키고 진동 및 오프셋 가능성을 증가시켜 가공 정확도와 표면 품질에 영향을 미칩니다.
영상
그림 2 도구 클램핑 길이
(2) 절삭진동 : 부품이 얇을수록 강성이 낮아지고, 가공 시 진동, 공구 파손 등이 발생하기 쉽습니다. 공구 모서리가 쉽게 부서져 서비스 수명이 크게 단축되고 가공 비용이 증가합니다.
PART.03
기술 요구 사항
임펠러를 예로 들어 깊은 캐비티-벽이 얇은 부품을 회전하려면 가공 후 동적 균형이 보장되어야 합니다. 일반적으로 임펠러의 동적 균형 정확도는 G6.3 또는 G2.5 등급으로 선택됩니다. 블레이드의 프로파일 공차는 일반적으로 ±0.07mm, 블레이드의 두께 공차는 ±0.15mm, 블레이드의 표면 거칠기 값은 Ra=0.8μm가 필요합니다.
PART.04
프로세스 분석
(1) 블랭크 준비 : 단조 직경 1000mm, 재질은 티타늄 합금으로 가볍고 강합니다. 블랭크의 단조 공정[3]은 부품의 상대 밀도를 효과적으로 향상시키고 부품의 구조적 강도를 향상시킬 수 있습니다.
(2) 황삭 가공: CNC 선반에서 외부 원과 내부 원을 황삭 가공하며 각 측면에 1.5mm 여유를 남겨 둡니다. (3) 준{4}}마무리: 외경과 내부 구멍을 CNC 선반에서 각 측면에 1mm 여유를 두고 준마무리합니다. 그런 다음 5-축 CNC 기계의 후속 가공에 사용하기 위해 프로세스 참조 위치 지정 핀 구멍이 완성됩니다. 2{10}}핀 위치 지정 방법이 한쪽에 사용되어 부품의 6개 자유도를 제한합니다.
(4) 황삭: 캐비티는 5축-축 CNC 기계(DMU MONOBLOCK 80P)에서 황삭 가공되어 각 측면에 1.5-2mm의 가공 여유가 남습니다.
(5) 열처리 : 잔류 내부응력을 제거하기 위해 어닐링을 실시한다. 황삭 가공 시 발생하는 내부 응력을 완전히 해소하고 부품의 가공 경도를 낮추는 것이 목적입니다.
(6) 준{1}}정삭: 5-축 CNC 기계에서는 볼 엔드밀을 사용하여 캐비티를 준정삭합니다.- 마무리 밀링 및 후속 연마를 위해 캐비티 블레이드의 각 측면에 0.3-0.5mm의 가공 여유가 남습니다.
(7) 열처리: 부품을 표준화하면 경도가 증가하여 나중에 작업할 때 충분한 강도를 보장합니다. 또한 잔류 내부 응력을 추가로 방출합니다.
(8) 마무리 : 내경은 CNC 선반에서 마무리 크기로 정밀하게 조정됩니다. 나사 구멍과 핀 구멍은 CNC 밀링 머신에서 가공됩니다. M6 나사산 구멍은 직각도를 보장하고 go/no{4}}게이지 요구 사항을 준수하도록 밀링되었습니다. 핀 구멍이 지루합니다. 캐비티 블레이드는 각 측면에 0.08mm의 가공 여유를 두고 5-축 CNC 기계로 마감 처리됩니다. 수동 연마에는 약간의 여유가 남아 있습니다. 공구 마크 깊이는 일반적으로 0.05mm입니다.
(9) 연마: 먼저 공구 자국이 제거될 때까지 캐비티 블레이드를 수동으로 거친 연마한 다음 표면 품질 요구 사항이 충족될 때까지 수동으로 미세 연마합니다.
PART.05
제품 가공 솔루션
황삭시 임펠러의 전체적인 강성은 양호하며, 각 면에 1mm의 여유를 주어 황삭가공이 어렵지 않습니다. 준-마무리 및 마무리 작업 중에 블레이드가 노출되어 블레이드 강성이 저하됩니다. 게다가 블레이드가 깊기 때문에 블레이드 루트까지 가공을 보장하기 위해 충분히 긴 공구 클램핑 길이[4]가 필요하므로 공구 강성이 심각하게 부족합니다. 이러한 가공 문제를 해결하기 위해 다음 측면이 고려됩니다.
1) 확장되고 얇은- 테이퍼형 HSK 도구 홀더(그림 3 참조)를 사용하여 도구 확장을 최소화하고 도구 강성을 높입니다.
이미지 그림 3 확장되고 얇은- 테이퍼형 HSK 도구 홀더
2) 블레이드 마무리 시 모델링 클레이를 도포합니다(그림 4 참조). 점토에는 진동-흡수 효과가 있어 블레이드 절단 중에 발생하는 진동을 볼 엔드밀이 흡수할 수 있습니다.
이미지 그림 4 모델링 클레이 적용
3) 볼엔드밀의 선정. 절삭날 길이가 15mm이고 경사각이 약 16도인 카바이드로 제작된 가로 절삭날이 있는 10mm 4개 플루트 볼 엔드밀을 사용합니다[5]. 이 공구는 상대적으로 날카로우며 절삭 저항이 낮고 진동도 상대적으로 낮습니다.
