항공우주 터빈 블레이드 CNC 가공

1 서론

2025년, 항공우주 제조업체는 더 높은 정밀도, 경량화, 더 큰 내열성을 갖춘 터빈 블레이드에 대한 수요 증가에 지속적으로 직면하고 있습니다. 특히 5축 구성의 CNC 가공은 이러한 요구 사항을 충족하는 지배적인 접근 방식이 되었습니다. 이 연구의 목적은 공정 방법론을 평가하고, 가공 결과를 정량화하며, 산업 및 연구 환경 모두에서 사용할 수 있는 재현 가능한 데이터를 확립하는 것입니다.

2 연구 방법론

2.1 설계 접근 방식

이 연구는 표준 항공우주 터빈 블레이드의 매개변수 모델을 사용했습니다. 공구 경로 전략은 Siemens NX를 사용하여 생성되었으며, 적응형 스텝오버 알고리즘과 가변 이송 속도를 통합했습니다. 설계 고려 사항에는 공구 처짐 최소화 및 복잡한 곡면 형상 전체에서 균일한 표면 거칠기 보장이 포함되었습니다.

2.2 데이터 소스

기준 공차 및 표면 무결성 벤치마크는 이전 항공우주 가공 표준 [1]에서 얻었습니다. 비교 참조 데이터는 문서화된 산업 사례 연구 및 동료 검토를 거친 가공 실험에서 가져왔습니다.

2.3 실험 도구 및 모델

모든 시험에 DMG MORI DMU 75 monoBLOCK 5축 가공 센터가 사용되었습니다. 절삭 공구는 TiAlN 코팅이 된 솔리드 초경 엔드밀로 구성되었으며, 직경은 6mm에서 12mm까지 다양했습니다. 공작물은 터빈 제조에 널리 사용되는 니켈 기반 초합금인 Inconel 718로 제작되었습니다. 데이터 수집은 공정 중 다이나모미터 측정 및 치수 검증을 위한 3D 광학 스캔으로 지원되었습니다.

3 결과 및 분석

3.1 가공 정확도

실험 결과, 치수 편차는 에어포일 표면 전체에서 ±8 μm을 초과하지 않았습니다(표 1). 기존 3축 마무리와 비교하여 제안된 방법은 기하학적 변동을 약 27% 감소시켰습니다.

표 1. Inconel 718 터빈 블레이드 샘플의 치수 정확도 결과

3.2 표면 무결성

표면 스캔은 0.45 μm 미만의 Ra 값으로 일관된 거칠기를 확인했습니다(그림 1). 벤치마크 데이터 세트 [2]와 비교하여 이러한 값은 균일성에서 15% 개선을 나타내며, 이는 효과적인 공구 경로 제어를 나타냅니다.

그림 1. 가공된 터빈 블레이드 표면 프로파일의 광학 스캔

3.3 비교 평가

기존 문헌 [3]과 비교했을 때, 이 공정은 적응형 이송 최적화로 인해 낮은 잔류 응력을 나타냈습니다. 이러한 결과는 직렬 생산 환경에서 해당 방법의 적용 가능성을 확인합니다.

4 고찰

정확도 및 표면 품질 개선은 적응형 공구 경로 알고리즘과 최적화된 절삭 속도의 통합에 기인할 수 있습니다. 그러나 처리 시간에는 제한이 남아 있습니다. 치수 정확도는 향상되었지만 가공 사이클 시간은 약 8% 증가했습니다. 추가 연구에서는 하이브리드 가공 기술 또는 예측 AI 기반 매개변수 조정을 사용하여 정밀도와 처리량을 균형 있게 유지하는 데 중점을 둘 수 있습니다. 산업적 의미는 터빈 블레이드 제조의 수율 증가 및 재작업 요구 사항 감소를 포함하며, 이는 비용 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.

5 결론

이 연구는 최적화된 5축 CNC 가공이 터빈 블레이드 생산, 특히 치수 정확도 및 표면 일관성에서 측정 가능한 이점을 제공한다는 것을 보여줍니다. 결과는 적응형 공구 경로 및 절삭 매개변수 통합의 신뢰성을 확인합니다. 향후 연구에서는 항공우주 부품 제조의 추가 발전을 위해 하이브리드 부가-제거 방식과 실시간 공정 모니터링을 조사할 수 있습니다.