터빈 블레이드 루트 연삭의 장점

한때 비효율적인 생산 프로세스로 인해 항공우주 부품에 대한 특수 주문을 이행하는 데 필요한 리드 타임이 늘어났습니다. 가공 공장은 밀링에 의존하여 내열 초합금(HRSA) 및 복합 재료와 같은 최첨단 재료를 성형했습니다. 밀링에는 다음을 포함하여 개별 구성 요소를 형성하는 다양한 프로세스가 포함됩니다.

• 황삭 단계

• 중간 단계

• 마무리 단계

작업자는 터빈 및 기타 부품을 만들기 위해 브로칭, 래핑 또는 호닝과 같은 제조 전략 간에 전환해야 할 수 있습니다. 고장이나 마모를 방지하기 위해 기계를 면밀히 관찰해야 하는 경우가 많습니다. 또한 높은 열과 속도로 인해 소성 변형 및 기타 결함이 발생할 수 있습니다.

그러나 터빈 블레이드 연삭의 최근 발전으로 작업장에서 요구 사항을 보다 쉽게 ​​충족할 수 있게 되었습니다. 그라인딩 시스템은 더 효과적이고 효율적인 것으로 입증되어 HRSA에서 터빈을 더 정밀하게 제작합니다. 결과적으로 제조 회사는 민첩한 통합 연삭 시스템의 이점을 수용하기 시작했습니다.

연삭 터빈 블레이드로의 복귀

몇 년 전, 항공우주 제조업체들은 연삭을 고속 생산 공정으로 대체하기 시작했습니다. 어느 정도 성공을 거두긴 했지만 비효율적인 작업, 높은 비용, 증가된 도구 마모가 작업 흐름에 영향을 미쳤습니다. 또한 HRSA를 사용하려면 많은 기계가 처리할 수 없는 극도의 강도, 열 및 전력이 필요했습니다.

 

즉, 티타늄, 철 및 니켈 합금과 같은 HRSA는 다음과 같이 까다로운 산업에 수많은 이점을 제공합니다.

• 내열성 및 내식성

• 향상된 표면 무결성

• 높은 강도 대 중량 비율

• 낮은 전도성

그러나 항공우주 개발자를 매료시킨 동일한 특성으로 인해 가공하기가 어렵습니다. 결과적으로 공구 수명이 단축되고 적절한 시스템 없이 리드 타임, 비용 및 비효율성이 크게 증가할 수 있습니다.

 

다행스럽게도 연삭 시스템에 대한 새로운 연구가 HRSA 제조 공정에 혁명을 일으켰습니다. 연삭기를 사용하여 초합금을 성형하면 작업자가 치수 공차에 더 빠르게 접근할 수 있습니다. 그라인딩 휠은 보다 안정적인 마무리를 제공하고 사이클 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 테스트 결과 그라인딩 시스템을 사용하면 설정 시간을 95%까지 줄일 수 있는 반면 사이클 시간은 최대 66%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다.

 

제조업체는 항상 보다 효율적인 가공 주기를 목표로 하지만 연삭 시스템 사용의 주요 이점은 완제품의 신뢰성입니다. Turbine Root Form Grinding은 잔류 응력을 적게 적용하여 제트 엔진 터빈 블레이드의 표면 무결성을 향상시킵니다. 응력이 감소하면 피로 수명이 연장되어 지상 터빈 부품이 밀링 또는 브로칭 제품보다 더 빠르고 더 오래 작동할 수 있습니다.

 

아마도 연삭기 시스템을 제조 공정에 다시 도입하는 가장 흥미로운 측면은 광범위한 영향일 것입니다. 항공우주 산업과 함께 자동차, 의료, 에너지, 공구 및 기어 산업의 제조업체는 보다 효율적이고 신뢰할 수 있으며 규정을 준수하는 구성 요소를 위해 연삭 휠 팩으로 전환했습니다.

문제의 근본 해결

제조업체가 밀링 및 브로칭 기술을 사용하여 제작할 때 제트 엔진 터빈 블레이드는 거의 일정한 모니터링이 필요합니다. "전나무" 뿌리 형태의 불규칙한 모양 때문에 작업장 운영자는 잠재적인 고장이나 공작물 결함을 방지하기 위해 각 주기를 주의 깊게 감독해야 했습니다.

 

기계 공장은 최근 공급업체와 협력하여 다음을 포함하여 터빈 블레이드 제조에 영향을 미치는 몇 가지 핵심 요소에 대한 솔루션을 결정했습니다.

초합금의 사용

내열 초합금은 항공기 터빈 제조 공정에 상당한 변화를 가져왔습니다. 1940년대에 시장에 출시된 이후로 가스 터빈 블레이드는 강도, 내구성 및 내부식성에 의존해 왔습니다.

초합금은 터빈 블레이드의 수명을 늘렸지만 더 많은 기계 가공 능력이 필요합니다. 결과적으로 표준 도구는 더 빨리 고장나고 도구 비용은 치솟습니다.

노화 기계

제조업체가 터빈 블레이드를 제작할 때 사용하는 주요 가공 공정 중 하나인 브로칭에는 특수 도구가 필요합니다. 연삭 시스템으로 전환하지 않는 한 많은 제조 회사는 고성능 절단 도구를 수용하기 위해 현재의 브로칭 기계를 교체하거나 재건해야 합니다.

제조 시스템의 다양한 요구 사항

항공우주 공학이 계속해서 발전함에 따라 추력 대비 중량비 개선과 연료 성능 향상에 대한 요구도 증가하고 있습니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 제조업체는 초합금으로 만든 복잡하고 매우 민감한 터빈 블레이드를 제작해야 합니다. 위에서 언급한 것처럼 이를 제작하려면 최첨단 도구가 필요합니다.

고급 도구의 비용

최신 터빈 블레이드 생산 비용은 위에서 논의한 세 가지 요소를 직접적으로 반영합니다. 노후화된 기계는 가스 터빈용 블레이드를 효율적으로 제작할 수 있도록 적응할 수 없습니다. 그 결과 최신 브로칭 도구에 대한 수요가 증가했습니다. 복잡하고 찾기 힘든 도구도 수명이 제한되어 있습니다.

이러한 요소를 염두에 두고 제조업체는 터빈 블레이드의 루트 형태 슬롯 절단을 표준화하는 새로운 방법을 개발했습니다. 전통적으로 회사는 브로칭 기계가 블레이드를 더 쉽게 고정할 수 있도록 부드러운 합금으로 터빈 블레이드를 코팅했습니다. 그러나 코팅 공정은 상당한 시간이 소요되며 작업자가 관리해야 합니다.

 

대조적으로, 엔지니어들은 최근 블레이드의 전나무 뿌리 형태를 고정하는 고정 장치를 만들었습니다. 고정 장치는 블레이드를 자동으로 로드하고 필요할 때 연삭 휠을 변경하는 로봇 메커니즘도 갖추고 있습니다.

많은 제조업체는 특히 항공우주 제조업체가 일반적으로 사용하는 니켈 합금으로 작업할 때 전기도금된 입방정 질화붕소(CBN) 연삭 휠을 선택합니다. CBN은 내열성 및 내식성이 높기 때문에 HRSA를 연삭하는 동안 마모가 적습니다.

회사는 CBN 그라인더와 함께 작동하도록 시스템을 업그레이드해야 하지만 추가된 강도, 내구성 및 속도는 궁극적으로 회사의 평균 블레이드 생산 수준을 기준으로 매년 수백만 달러를 절약할 수 있습니다.

터빈 블레이드 루트 형태 연삭 공정

터빈 블레이드의 연삭에는 까다로운 공정이 필요합니다. 각 블레이드는 특정 치수를 충족해야 합니다. 또한 터빈 로터의 루트 형태 슬롯은 신중한 윤곽 형성이 필요합니다. 아주 작은 실수는 로터를 완전히 쓸모없게 만들 수 있습니다.

이를 염두에 두고 제조업체는 여러 가지 루트 형태 연삭 공정을 개발했으며 일부는 다른 것보다 더 효율적입니다. 아래에서는 제조업체가 루트 형태 및 기타 항공 우주 부품을 연마하는 데 사용하는 보다 일반적인 제조 공정 중 일부를 살펴보겠습니다.

크리프 피드 연삭

제조업체는 일반적으로 20mm 이하의 깊이로 작업할 때 크리프 피드 방법을 사용합니다. 더 깊은 절삭은 방법의 더 낮은 속도에도 불구하고 더 높은 재료 제거율과 장비 효율성을 가져옵니다. 또한 크리프 피딩은 일반적으로 다른 방법에 비해 단일 패스에서 밀링을 마무리할 수 있습니다.

강력하고 효율적인 방법은 대량 생산에 적합합니다. 느린 속도에도 불구하고 크립 이송은 분당 최대 1미터의 공작물 속도로 몇 초 만에 최대 80mm3(입방 밀리미터)의 재료를 제거할 수 있습니다. 또한 크리프 피딩은 일반적으로 공구 마모 및 소성 변형이 적습니다. 일부 크립 피드 그라인더는 뿌리 형태를 절단하는 동안 그라인더를 날카롭게 다듬거나 다듬는 연속 드레싱 메커니즘을 갖추고 있습니다.

수직 연삭

많은 사람들이 상상하는 것처럼 수직 연삭에는 위아래 및 좌우 움직임이 포함됩니다. 첫째, 수직 기계는 공작물을 똑바로 세웁니다. 그런 다음 바퀴가 머리 위에서 떨어지고 조각 모양을 만들기 시작합니다.

이 방법을 사용하면 왜곡이 적고 모양이 개선되는 경우가 많습니다. 또한 수직 그라인더는 일반적으로 단일 패스로 작업을 완료하여 생산 주기를 최소화할 수 있습니다.

바이퍼 프로세스

"Very Impressive Performance Extreme Removal"이라고도 알려진 VIPER 방법은 1990년대에 도입된 이후 빠르게 크리프 피딩을 추월했습니다. VIPER 방식은 고압의 냉각수를 그라인더 휠에 분사합니다. 휠의 힘은 냉각수를 앞으로 이동시켜 휠을 청소하는 동시에 그라인더 표면을 냉각시킵니다.

VIPER 방법은 특히 HRSA의 도입과 함께 인기가 계속 높아지고 있습니다. 절단 영역을 시원하게 유지함으로써 VIPER 방법은 생산 공정을 지연시키지 않으면서 손상이나 변형의 위험을 줄입니다.

Blade Root Grinding 공정을 통한 생산 효율성 향상

항공우주 기계 가공의 발전으로 많은 공장의 생산 판도가 바뀌었습니다. 그러나 운영자와 엔지니어가 동의하듯이 여전히 개선할 여지가 있습니다.

그렇더라도 고급 연삭 시스템과 최첨단 기술을 활용하면 터빈 루트 형태의 생산 주기를 크게 줄일 수 있습니다. 또한 노후화된 시스템을 업그레이드하거나 교체함으로써 제조업체는 다음과 같은 특수 연삭 공구를 통합할 수 있습니다.

• 재료 표면 품질 향상

• 결함으로 인한 낭비 제거

• 몇 분 안에 치수 공차가 있는 HRSA 터빈 부품 제작