벽이 얇은 티타늄 합금 부품의 가공 변형 제어 기술 분석-

얇은-벽 티타늄 합금 부품은 일반적으로 벽 두께가 0.5mm~3mm이고 구조적 강성이 약하며 윤곽 정확도 요구 사항이 높은 정밀 구조 부품을 의미합니다. 하지만,티타늄 합금낮은 열전도율, 낮은 탄성률, 높은 절단저항을 특징으로 합니다. 힘을 가하면 변형되기 쉬운 얇은-벽 구조의 강성이 낮고 탄성 스프링백, 뒤틀림, 뒤틀림 및 공차를 벗어난 치수-와 같은 문제가 CNC 밀링 및 터닝 중에 쉽게 발생합니다. 이러한 문제는 낮은 가공 정확도 보장, 낮은 완제품 수율 및 불안정한 배치 일관성으로 인해 오랫동안 업계를 괴롭혀 왔습니다.

 

 

1.재료와 구조의 가공난이도

티타늄 합금은 열 전도율이 낮고 탄성률이 낮으며 고온에서 구성인선 경향이 심하여 가공 중에 절삭 진동과 공작물 스프링백이 발생합니다. 벽이 얇은- 구성요소는 강성이 낮고 절단 부하 시 미세-변형에 취약합니다. 단조 및 압연 블랭크의 잔류 응력은 재료가 제거됨에 따라 재분배되어 부품 뒤틀림을 초래하고 정밀 가공에 큰 어려움을 초래합니다.

 

2.코어 변형 메커니즘의 분류

• 절삭력으로 인한 기계적 변형: 얇은 벽은 절삭 하중을 받으면 구부러지고, 하중 제거 후 스프링백은 얇은 판과 측벽에서 흔히 볼 수 있는 치수 오류를 유발합니다.
• 절단 열로 인한 열 변형: 고르지 못한 국지적 열 팽창 및 수축으로 인해 열 응력이 발생하여 전체적인 구조적 왜곡이 발생합니다.
• 잔류 응력 해제로 인한 변형: 초기 블랭크 응력과 가공 응력의 중첩으로 인해 재료가 절단되면서 응력 평형이 깨지고 전체 부품 변형이 발생합니다.
• 클램핑 응력 변형: 클램핑 위치가 부적절하거나 클램핑력이 너무 높으면 작업물이 압박되고 클램핑 해제 후 스프링백이 발생합니다.

 

 

• 블랭크 응력의 균질화: 응력 완화를 위해 티타늄 합금 블랭크에 고온 노화가 적용됩니다. 고정밀-항공우주 부품의 경우 저온 노화와 진동 노화의 복합 처리가-채택됩니다.
• 균일하지 않은{0}}가공 여유 규제: Rayleigh-Ritz 모델을 기반으로 한 차별화된 여유 분포는 절삭 부하의 균형을 맞추고 얇은 벽 변형을 억제합니다.{2}}
• 블랭크 성형 전처리: 블랭크를 수평화하고 연마하여 표면 결함을 제거하고 데이텀 정확도를 보장하며 가공 변형을 줄입니다.

 

 

1.절단 매개변수 최적화

벽이 얇은 티타늄 합금 부품에는 층상 절단이-채용됩니다. 정삭에는 작은 절삭 깊이와 높은 스핀들 속도가 선택됩니다. 반경 방향 절삭 깊이는 공구 직경의 5%를 넘지 않으며 단일 축 절삭 깊이 범위는 0.1mm ~ 0.3mm입니다. 중간 스핀들 속도는 재료 제거를 위한 황삭에 사용되는 반면 정삭에는 높은 스핀들 속도와 낮은 이송 속도가 적용됩니다. 가공 경화 및 변형을 줄이기 위해 공정 전반에 걸쳐 클라임 밀링이 채택되었습니다.

 

2.절삭 공구 및 공구 경로 최적화

경사각이 크고 나선각이 가변적인 초경합금 절삭 공구가 선택됩니다. 트로코이드 밀링 및 헬리컬 플런지 절단이 사용되며 내부에서 외부로 가공된 대칭형 레이어 공구 경로가 사용됩니다. 이는 응력 방출의 균형을 맞추고 부품 뒤틀림을 방지하며 절삭력을 안정화시킵니다.

 

3.냉각 및 윤활 기술 업그레이드

MQL(Minimum Quantity Lubrication)은 플러드 냉각을 대체하여 절삭 온도를 효과적으로 낮추고 열 변형을 억제합니다. 초정밀 부품의 경우-극저온 냉기 냉각을 사용하여 열 응력을 더욱 효과적으로 제어할 수 있습니다.

 

 

• 클램핑 방식 최적화: 균등하게 분산된 다중 지점 클램핑 및 낮은 클램핑력 원칙을 따릅니다. 클램핑력은 시뮬레이션 테스트를 통해 결정됩니다. 클램핑 포인트는 얇은- 벽 영역을 피하고 압출 변형을 방지하기 위해 견고한 영역에 배열됩니다.
• 보조 지지대 추가: 강성을 높이고 굽힘 진동을 억제하기 위해 매다는 얇은{0}}구조물에 충진 공구 또는 맨드릴을 적용합니다. 스프링백을 방지하기 위해 공작물이 냉각되고 응력이 안정화된 후에만 지지대와 클램프를 풀 수 있습니다.
• 고정 정밀도 향상: 공구와 공작물 사이에 꼭 맞는 위치를 지정하는 표면의 높은 정확도를 보장하고 틈으로 인한 고르지 못한 응력을 제거합니다.

 

 

1.작업간 스트레스 해소 프로세스-

세분화된 공정을 채택합니다: 황삭 가공 → 응력 제거 → 준-마무리 → 2차 응력 제거 → 마무리. 저온 응력 완화를 위해 황삭 가공 후 0.3~0.5mm의 가공 여유를 확보하고-준정삭 후에 2차 시효를 수행하여 응력을 균질화하고 정삭 변형을 줄입니다.

 

2.동적 변형 예측 및 보상 기술

가공 변형을 예측하기 위해 시뮬레이션 모델을 사용하고, 탄성 및 열 변형을 보상하기 위한 공구 경로를 최적화하기 위해 유전 알고리즘을 적용합니다. 실시간-프로세스 조절은 좌표 측정기(CMM) 검사를 통한 지속적인 반복과 온라인 모니터링을 통해 실현됩니다. 치수 변형은 0.005mm 이내에서 제어할 수 있으며, 공정 능력 지수 CPK는 임계 치수의 경우 1.33 이상입니다.

 

 

티타늄 제품의 직접 제조업체인 Ruihang은 정밀 부품 생산을 위한 최적의 품질 원자재를 공급합니다. 구매가 필요한 경우 이메일을 통해 언제든지 문의해 주세요.Sam.Rui@bjrh-titanium.com