초고강도 합금강 300M은 어떻게 항공기 랜딩기어로 가공되나요?

초고강도강 300M은 우수한 재료 특성으로 인해 점점 더 많이 사용되고 있지만 이 소재는 가공의 어려움이 높습니다. 이 소재의 거칠고 미세한 가공 기술을 연구하고 과학적이고 합리적인 가공 매개 변수와 방법을 숙지함으로써 이 소재의 제품을 안정적으로 생산할 수 있습니다. 한편, 이 소재의 가공 기술은 다른 유사한 소재에서 참조하고 사용할 수 있어 홍보에 의미가 있습니다.
항공 산업은 "현대 산업의 꽃"으로 묘사되며, 이는 국가의 기술, 경제, 국방력, 산업화 수준을 나타내는 중요한 지표입니다. 한편으로는 국가 방위 안보의 기초이며, 다른 한편으로는 국가의 경제 발전을 이끄는 중요한 기둥이기도 합니다. 국가 보물인 항공 제조 산업은 하이테크 산업과 첨단 제조 산업의 전형적인 특성을 결합하여 전 세계 국가에서 높은 관심과 우선 개발을 받았습니다.

국내외 첨단 민간 항공기의 구조 설계에서 항공기의 장수명, 쉬운 유지관리, 경량화라는 요구 사항을 충족하기 위해 기본 부품의 구조는 통합, 복잡성, 박벽화로 발전하고 있습니다. 따라서 점점 더 통합된 구조 설계가 채택되고 있으며, 항공기의 구조적 강도를 개선하기 위해 새로운 재료가 사용되고 있습니다.
재료 기술, 단조 기술, 가공 기술의 지속적인 발전으로 대형 항공기 랜딩 기어의 주요 하중 지지 구성 요소를 제조하는 데 초고강도 합금강을 사용하는 것은 불가피한 선택이 되었습니다. 현재 해외에서 가장 널리 사용되는 랜딩 기어 재료는 프랑스의 35NCD16, 러시아의 30XCH-2A, 미국의 300M과 같은 초고강도 합금강입니다. 높은 재료 강도는 랜딩 기어를 가볍게 만들 수 있으며, 중량 감소는 항상 랜딩 기어 설계에서 추구하는 중요한 지표였습니다. 동시에 재료는 랜딩 기어 작동의 신뢰성을 보장하기 위해 우수한 종합 성능을 가져야 합니다.

(1) 금속적 성질을 지닌 300M 초고강도 합금강은 미국 항공산업에서 중요한 중탄소 니켈크롬 몰리브덴강으로서 그 금속성분은 Table 1과 같다.

표 1 재료의 화학성분(질량분율) (%)

다른 금속과 비교해 볼 때, 이 금속의 화학적, 물리적, 기계적 성질은 고유한 특성을 가지고 있으며, 이를 요약하면 다음과 같습니다.
① 초고강도. 초고강도강은 탄소 함량이 낮고 합금 함량이 낮은 강종입니다. 비합금강과 비교했을 때 강도가 더 높고 본질적으로 저합금 초고강도강으로 알려져 있습니다.
② 높은 항복 강도. 저합금강은 비합금강에 비해 항복점이 높아 동일 하중에서 부품 중량을 20~30%까지 줄일 수 있다.
③ 가소성, 인성이 좋다. 저합금강의 합금원소 비율은 비교적 낮고 가소성, 인성이 좋다.
④ 높은 경화성. 합금 재료에는 Ni, Cr, Mo 등의 원소가 포함되어 있어 강의 과냉각 오스테나이트를 상당히 안정시킵니다. 공기 담금질 후 마르텐사이트 및 베이나이트 구조를 얻을 수 있습니다.

(2) 재료 가공 성능 분석: 이 재료는 일반적으로 정규화+템퍼링과 담금질+템퍼링의 두 가지 열처리 상태를 갖습니다. 이 두 상태의 해당 경도는 표 2에 나와 있습니다.

T가능 2 재료 경도

표 2에서 볼 수 있듯이, 이 소재는 경도가 좋고 인장 강도 값도 매우 높습니다. 바로 이러한 이유로 가공이 매우 어렵고 가공하기 어려운 소재 범주에 속하며, 주로 다음과 같은 측면에서 나타납니다.
① 높은 절삭력. 재료의 경도와 강도가 높고, 원자 밀도와 결합력이 높고, 파괴 인성이 높고, 지속적인 가소성을 가지고 있기 때문에 절삭 과정에서 절삭력이 크고 절삭력의 변동도 비교적 크다.
② 높은 절삭 온도. 절삭 과정에서 합금은 대량의 절삭 변형 전력을 소모하고, 많은 열을 발생시키며, 절삭 구역에 대량의 절삭 열을 집중시켜 높은 절삭 온도를 형성합니다.
③ 가공 경화 경향이 강하다. 합금은 높은 가소성, 인성, 높은 강화 계수의 특성을 가지고 있어 절삭력과 절삭 열의 작용 하에서 거대한 소성 변형을 일으켜 가공 경화를 초래한다. 절삭 열의 작용 하에서 재료는 주변 매질의 수소, 산소, 질소와 같은 원소의 원자를 흡수하여 단단하고 취성 있는 표면을 형성하여 절삭에 큰 어려움을 가져온다.
④ 과도한 공구 마모. 절삭 시 절삭력이 높고 절삭 열이 높으며 공구와 칩 사이의 직접 마찰이 심화됩니다. 공구 재료는 공작물 재료와 친화력이 있습니다. 또한 재료에 경점이 존재하고 작업 경화 현상이 심하여 절삭 공정 중에 공구가 접착 마모, 확산 마모, 연삭 마모, 편리 마모 및 홈 마모가 발생하기 쉬워 공구가 절삭 능력을 잃게 됩니다.
⑤ 칩은 취급하기 어렵다. 재료는 강도, 가소성, 인성이 높고 절단 중 발생하는 칩은 리본으로 싸여 있어 안전하지 않을 뿐만 아니라 절단 공정의 원활한 진행에 영향을 미치고 취급하기 쉽지 않다.
⑥ 절삭 변형이 크다. 합금 소재 가공 시 절삭 온도가 높고, 가소성이 높으며, 가공 시 열 변형이 발생하기 쉬워 일부 정밀한 치수와 형상을 확보하기 어렵다.

쓰촨 후이타이 특수 금속 주식회사는 초고강도강 300M을 오랫동안 가공하는 데 전념해 왔습니다. 이 소재의 인장 강도 수준은 1900-2100MPa에 이릅니다. 특정 가공 도구를 사용하여 지속적인 테스트와 절단을 거친 후 안정적인 가공 계획을 요약하여 안정적이고 효율적인 제품 생산을 보장합니다. 이 소재의 가공 기술은 300M의 거친 가공, 선삭 가공 및 밀링 가공의 세 가지 측면에서 소개합니다. 그 중 300M의 선삭 및 밀링 가공은 정밀 가공 범주에 속합니다.

300M의 거친 가공은 일반적으로 최종 열처리 전에 발생합니다. 이때 재료는 정상화+템퍼링 상태이며 최대 경도 값은 31HRC입니다. 경도는 낮고 일정한 점도를 가지고 있으며 칩을 깨기 쉽지 않습니다. 정밀 가공을 위한 절삭 여유를 줄이기 위해 거친 가공 중에 가능한 한 많은 재료가 제거됩니다.
(1) 일반적으로 거친 선삭에 사용되는 공구는 그림 1a와 같이 WIDIA의 CNMP120408이며, 거친 가공에 적합합니다. 원자재의 부드러움으로 인해 칩을 더 잘 부수고 높은 가공 효율을 보장하기 위해 일반적으로 가공 매개 변수가 더 큽니다. 절삭 속도는 175~200m/min, 절삭 깊이는 1.5~2mm, 이송 속도는 0.2~0.4mm/r입니다. 가공 후 생성된 철분은 작고 칩 파손이 좋습니다.

a) 외측선삭공구

b) 칩

그림 1 외부 선삭 공구 및 칩

(2) 심공 가공은 U형 드릴링과 심공 가공 중에서 선택할 수 있는 빠른 소재 제거 가공 방법으로 두 가지 방법 간에 약간의 차이가 있습니다.
1) 가공에는 U-드릴을 사용합니다. U-드릴을 사용하는 데 필요한 높은 전력과 가공된 구멍의 비교적 큰 직경으로 인해 일반적으로 수평 가공 센터가 선택됩니다. 드릴링을 사용할 때 도구의 절삭 속도는 40-60m/min 사이이고 도구의 단일 이빨 절삭량은 0.15-0.3mm 사이입니다. 이러한 가공 매개변수에서 생성된 칩은 약간 더 얇지만 더 나은 칩 분쇄 상태도 달성할 수 있습니다. 그림 2는 수평 가공 센터에서 사용된 U-드릴 가공과 생성된 칩을 보여줍니다.

a) U 드릴

b) 칩
그림 2 U 드릴 및 칩

2) 심공 드릴링 가공. 심공 드릴을 사용하여 가공할 때는 칩의 파단 모드에 특별히 주의해야 합니다. 길고 얇은 칩은 특히 심공 드릴 도구의 절삭 튜브를 막기 쉽고, 칩이 배출되지 않습니다. 일반적인 가공에서는 이빨당 절삭량이 0.2-0.4mm입니다. 충분한 도구 강도와 기계 부하를 확보하면서 이빨당 절삭량을 0.3mm 이상으로 제어해 보세요. 이렇게 하면 철칩이 깨지기 쉽고 이상적인 칩이 생성됩니다. 가공 도구와 칩은 그림 3에 나와 있습니다.

a) 심공 드릴링 도구

b) 치아당 0.3mm의 절삭량으로 칩 발생
그림 3 심공 드릴링 도구 및 칩

터닝은 일반적으로 외원형 터닝과 내공 보링으로 나뉜다. 터닝의 난이도는 보링보다 낮고 터닝 중 공구 강도가 보링보다 좋아 칩 제거가 더 쉽고 냉각이 더 충분하다. 부품의 가공 품질을 보장하기 위해 일반적으로 거친 가공과 미세 가공으로 나뉜다.

그림 4 터닝 블레이드의 정밀 가공

(1) 외부 선삭으로 외부 원을 거친 가공할 때 선형 속도는 90-120m/min이고 절삭 깊이는 0.3-0.8mm이며 이송 속도는 0.1-0.2mm/r입니다. 이 공구를 가공에 사용할 때 부품의 외부 원과 접촉하는 공구 팁 포인트가 하나만 있도록 보장할 수 있어 절삭력과 절삭 열을 줄일 수 있습니다. 외부 원을 가공하는 데 사용된 공구와 칩은 그림 5에 나와 있습니다.

a) 외측선삭공구

b) 칩
그림 5 외부 선삭 공구 및 칩

그림 5에서 생성된 칩은 색상이 더 어둡고 길이가 더 길어서 곱슬 모양을 형성하는 것을 볼 수 있습니다. 이는 최종 열처리 후 재료의 인장 강도가 크게 향상되고 가공 과정에서 많은 양의 절삭 열이 발생하여 칩을 깨기 쉽지 않기 때문입니다.
외원 정밀 가공 시 선형 속도는 {{0}}m/min이고 절삭 깊이는 0.05-0.1mm이며 이송 속도는 0.05-0.1mm/r입니다. 이러한 가공 매개변수는 정밀 선삭 외원 표면이 매우 매끄럽고 생성된 칩이 그림 6에 표시되어 있음을 보장할 수 있습니다.

그림 6 미세선삭 칩

(2) 내부 구멍을 가공할 때 주의해야 할 사항은 세 가지입니다. 첫째, 냉각이 양호하고 냉각수가 충분하며 냉각수의 농도가 보장되어야 합니다. 둘째, 칩 제거가 양호하고 칩 압착 및 절삭이 발생하지 않도록 보장해야 합니다. 셋째, 절삭 공구의 강성이 양호하도록 보장해야 합니다.
양호한 칩 제거를 달성하기 위해, 거친 가공은 일반적으로 내부 구멍을 보링할 때 세그먼트 보링 방법을 채택하는데, 이는 부품의 내부 구멍의 총 길이를 기준으로 여러 세그먼트로 나뉩니다. 세그먼트 보링 중에 생성된 칩은 적시에 배출될 수 있어 내부 구멍에 많은 양의 칩이 축적되어 공구가 벗어나는 것을 방지할 수 있습니다. 보링 방법은 그림 7에 나와 있습니다. 내부 구멍을 보링할 때는 충격 흡수 공구 홀더와 대구경 공구를 사용해야 합니다. 공구의 길이는 부품의 길이와 일치해야 하며 공구는 부품보다 약간 길어야 합니다. 이렇게 하면 공구의 강성을 극대화하고 진동과 절삭을 방지하며 내부 구멍의 표면을 더 매끄럽게 만들 수 있습니다. 그림 8은 구멍을 뚫는 데 사용된 공구를 보여줍니다. 거친 가공 중 선형 속도는 90~120m/min이고 절삭 깊이는 0.2~0.5mm이며 이송 속도는 0.1~0.2mm/r입니다. 생성된 칩은 그림 9에 나와 있습니다.

그림 7 보링 방법

그림 8 진동방지 칼바

그림 9 거친 보링 칩

보링으로 생성된 칩은 자동차의 외원에서 나온 칩보다 더 길다. 절삭 깊이가 자동차의 외원보다 작기 때문에 깨지기 어렵고 더 곱슬곱슬하다. 정밀 보링 내부 구멍의 가공 매개변수는 정밀 터닝 외원과 유사하며 생성된 칩도 기본적으로 비슷하다.

가공 공정을 설계할 때 전체 가공 공정의 원활함을 보장하기 위해 부품의 최종 형상 밀링이 선택되며, 선택하는 가공 특징, 절삭 공구, 가공 방법도 달라집니다.

(1) 거친 가공은 일반적으로 가공 효율이 높고 비용이 저렴한 기계 카드 유형 절삭 공구를 사용합니다. 표준 블레이드는 거친 가공 치수의 안정성을 보장할 수 있습니다. 이 소재를 가공할 때 Shante에서 생산한 공구를 선택하면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 공구 모델은 R390-020A20-11M이고 블레이드 모델은 R390-11 T3 31M-KM입니다(그림 10 참조). 이 공구를 가공에 사용할 때 절삭 속도는 100-150m/min, 절삭 깊이는 0.5mm, 이송 속도는 400-800mm/min입니다. 너무 큰 절삭 깊이를 선택하면 블레이드가 파손되는 등 비정상적인 손상이 발생할 수 있습니다. 가공 후 칩은 그림 11에 나와 있습니다.

그림 10 거친 가공 도구 및 블레이드

그림 11 거친 밀링 칩

(2) 소형 부품의 특징 크기가 작은 경우 더 큰 직경의 공구를 사용할 수 없습니다. 공구의 수명을 늘리고 부품의 가공 품질을 보장하기 위해 일부 가공 기술이 필요합니다. 300M을 가공할 때는 소형 특징에 대해 계층 밀링 대신 사이클로이드 밀링을 사용하는 것이 가장 좋습니다.

사이클로이드 밀링은 ​​높은 가공 효율, 낮은 반경 절삭력, 진동에 대한 무감각, 깊은 홈 가공 시 편차가 작은 등 많은 장점이 있습니다. 칩 제거 성능이 좋고 열 발생이 적습니다. 경질 재료와 진동에 민감한 상태를 가공하는 데 사용하는 것이 좋습니다. 가공 모드는 그림 12에 나와 있습니다. 사이클로이드 밀링을 사용할 때 절삭 속도는 150-200m/min에 도달할 수 있습니다.

그림 12 사이클로이드 밀링

(3) 정밀 가공 시에는 가공치수에 가능한 한 가까운 절삭공구를 선택하여 강성을 확보하는 것이 좋으며, 그림 13과 같이 코팅 절삭공구를 선택하여야 한다. 공구의 절삭날은 날카로워야 하며, 그림 14와 같이 표면조도가 요구 사항을 충족시킬 수 있어야 한다.

그림 13 사이클로이드 밀링

그림 14 정밀 가공 후 표면 품질

300M 초고강도강의 우수한 재료 특성으로 인해 적용 범위가 점점 넓어졌지만 동시에 가공의 어려움도 커졌습니다. 생산 공정에서는 특정 절삭 공구와 합리적인 가공 매개변수를 선택하여 부품의 재작업이나 폐기를 방지해야 합니다. 새로운 가공 기술의 발전으로 이러한 소재의 가공이 비교적 간단하고 쉬워질 수밖에 없지만 가공 경험의 지속적인 요약과 축적이 필요합니다.
항공 부품은 혹독한 환경에서 작동할 수 있으므로 제품 품질에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 기계적 가공의 사소한 결함은 후속 특수 공정에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 잠재적 위험을 피하기 위해 가공 중에 품질 관리를 엄격하게 시행해야 합니다.

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