航空宇宙CNC機械加工：軽量チタン部品など
世界の航空宇宙産業は、設計と製造の革新の温床であり、毎年何百万もの複雑な金属部品が生産されています。
航空宇宙産業が自由に使える重要なツールはCNC機械加工です。航空宇宙機械加工は、チタンやアルミニウムなどの軽量金属で作られた高度な航空機部品につながりますが、機械加工は航空宇宙研究開発部門にとって貴重なプロトタイピングツールでもあります。
航空宇宙加工は、さまざまな用途にも対応しています。民間航空機、軍用車両、さらには宇宙旅行のいずれであっても、CNC機械加工は、精密航空宇宙部品の開発と製造において大きな役割を果たします。
この記事は、航空宇宙産業でCNC機械加工がどのように使用されているかについての概要を説明しています。航空宇宙CNC機械加工アプリケーション、航空宇宙機械加工材料などを調べます。
航空宇宙とは何ですか？
航空宇宙は、商用航空から宇宙探査まですべてをカバーする、多くのサブセクターで構成される非常に多様な産業です。世界の産業としてのその価値は約8000億ドルと推定されています。
航空宇宙製造には、商業、産業、および軍事のクライアント向けの部品の製造が含まれ、政府は業界で最大の請負業者の一部です。たとえば、米国では、航空宇宙製品の2つの最大の購入者は、国防総省と、国の航空宇宙研究機関であるNASAです。
航空宇宙サブセクターの数が非常に多く、それらのサブセクター内のアプリケーションと製品の数が非常に多いため、航空宇宙には、鋳造や溶接などの従来の技術から金属添加剤製造などの最先端技術まで、幅広い製造技術が必要です。航空宇宙CNC機械加工は、これら2つの両極端の中間に位置し、最先端の設計と材料の可能性を提供する、高度に確立された技術です。
航空宇宙機械加工とは何ですか？
機械加工は、機械操作の切削工具を使用してワークピースから材料の一部を除去する製造プロセスです。また、CNC機械加工は、機械加工のデジタルバージョンです。コンピューターは、電動切削工具を制御して、新しい部品を迅速かつ正確に形成します。
航空宇宙CNC機械加工は、1942年にCNC機械加工自体が発明されたことにほぼ遡ります。航空宇宙CNC機械加工の最も初期の用途のひとつは、バルクヘッドとウィングスキンの製造でした。今日では、トランスミッション、着陸装置コンポーネント、電気コンポーネントなど、多くの航空宇宙部品を機械加工できます。機械加工は、既存の部品の修理や変更、詳細な機能の追加、またはシリアル番号などの刻印されたテキスト情報の追加にも使用される場合があります。
多くの航空宇宙加工の仕事には重要な最終用途の部品の製造が含まれるため、高品質の5軸マシニングセンターでは精密な加工が必要です。特定の部品（ジェットエンジンコンポーネントなど）では、4ミクロンの公差が必要になる場合があります。これは、CNC機械加工で通常許容される公差よりもはるかに厳しいものです。
航空宇宙機械加工も、研究開発中のプロトタイピングの重要な形式です。 CNCマシンは、後で鋳造やその他の技術を使用して製造される金属製の航空宇宙部品のプロトタイプを作成するのに適しています。
航空宇宙機械加工部品
航空宇宙機械加工は、重要なチタンジェットエンジンコンポーネントから軽量のプラスチック製インテリアキャビンパーツまで、多くの航空宇宙パーツを担当しています。
航空宇宙CNC機械加工に適した部品は、通常、高強度と優れた機能を必要とする少量の部品です。このような部品は通常、CNCマシニングセンターのサイズによってサイズが制限されますが、いくつかの異なる材料を使用できます。通常はチタンまたはアルミニウム合金ですが、エンジニアリングプラスチックや複合材料などの他のオプションも利用できます。一部の部品は、鋳造または押し出し後にのみ後加工することができます。
航空宇宙加工は、プロトタイプや最終用途の部品に使用できます。ただし、最終用途の部品は、厳格な安全基準、基準、および認証を満たしている必要があります。
機械加工可能な航空宇宙部品には、次のものが含まれます（ただし、これらに限定されません）。
- 座席、肘掛け、トレイ
航空宇宙機械加工認証
航空宇宙CNC機械加工は、エラーの余地を残さない重要な手順です。一部の業界では許容誤差と材料のばらつきが緩いため、航空宇宙では人間の安全を保証するために完全な精度と一貫性が求められます。
さまざまなアプリケーションと部品がさまざまな規格と認証を満たす必要があり、国固有の規格と国際規格があります。ただし、多くのアプリケーションに適用できる特に重要な認定の1つは、 AS9100です。 認定、航空宇宙における「設計、開発、製造、設置、およびサービスにおける品質保証のモデル」として説明されている、サプライヤーに授与されるSAE国際規格。
ISO 9001の拡張 、AS9100認定はすべての航空宇宙部品の製造に必要なわけではありませんが、顧客は品質を保証するために認定を受けたサプライヤーを探すことができます。
航空宇宙機械加工のその他の重要な認証には、 ITARが含まれます。 （国際武器取引規則）、米国国務省による、米国軍需品リストでの技術の販売および生産に関する米国の要件の概要を示す一連のガイドライン、およびAS9102の最初の記事の検査レポート 、検証要件の航空宇宙部品への準拠を示します。
プロトタイプはアクティブな航空機では使用されないため、このような認定は必ずしも航空宇宙プロトタイピングに必要なわけではありません。
航空宇宙機械加工材料
CNC機械加工は、金属とプラスチックの両方からコンポーネントを作成するために使用できる用途の広いプロセスです。しかし、航空宇宙では、チタンとアルミニウムという2つの特定の金属が最高の地位を占めています。これは、材料の強度が高く（特にチタン）、軽量（特にアルミニウム）であるためです。
チタン合金
航空宇宙よりも多くのチタン合金を使用している業界は世界中にありません。これがなぜそうなのかは簡単にわかります。金属は優れた強度対重量比を持ち、腐食に強く、極端な温度で高水準の性能を発揮します。チタンは航空宇宙生産の主要な材料になり、その使用は次の世紀にわたってさらに増加するでしょう。
さまざまなコンポーネントに大量のチタンを使用する航空機には、エアバスA380やボーイングB787などの民間航空機のほか、F-22、F / A-18、UH-60ブラックホークヘリコプターなどの軍用機が含まれます。
>チタンの航空宇宙部品には、ディスク、ブレード、シャフト、ケーシングなどの機体およびジェットエンジンのコンポーネントが含まれます。これらの多くは機械加工できます。
チタンはアルミニウムよりも硬いため、CNC加工には扱いにくく、工具の摩耗や熱の蓄積を引き起こす可能性があります。これは、チタンの航空宇宙加工では、機械のRPMを下げ、チップの負荷を大きくする必要があることを意味します。 （詳細については、チタンの機械加工ガイドを参照してください。）ただし、航空宇宙機械加工には通常、入手可能な最先端のハイエンド機械加工装置が含まれるため、これが問題になることはめったにありません。
アルミニウム合金
航空宇宙機械加工で広く使用されているもう1つの金属、およびチタンや最新の複合材料よりも長い間使用されてきた金属は、アルミニウムです。
アルミニウム合金は軽量で引張強度が高い。アルミニウムは、空気にさらされると酸化物コーティングを形成するため、耐食性があります。また、成形性が高く（チタンよりも優れている）、CNC加工が容易です。
航空宇宙CNC機械加工では、最も一般的なアルミニウム合金はアルミニウム7075であり、その主な合金元素は亜鉛です。他の合金ほど機械加工はできませんが、7075は優れた疲労強度を備えています。多くの翼、胴体、および支持構造のコンポーネントは、この材料で作られています。
他の機械加工可能な航空宇宙アルミニウム合金には、4047（クラッディング/フィラー）、6951（フィン）、および6063（構造）が含まれます。 6000シリーズの合金は、一般的に他の合金よりも機械加工性が高いと考えられています。
インコネル超合金
Special Metals Corporationは、インコネルと呼ばれる一連のオーステナイト系ニッケルクロムベースの超合金を開発しました。
材料の特定のグレードであるインコネル718は、航空宇宙用途向けに特別に開発されました。その最初の注目を集めた用途の1つは、ロッキードSR-71ブラックバードなどの車両で使用されていたプラットアンドホイットニーJ58エンジンのジェットエンジンディフューザーケース（コンプレッサーを燃焼器に接続する非常に高圧の部品）でした。 。
Inconel 718は、最近、Elon MuskのSpaceXによって、Merlinエンジンのエンジンマニホールドで使用され、Falcon9ロケットに動力を供給しています。また、タービンブレード、ダクトシステム、エンジン排気システムなどの他の航空宇宙コンポーネントにも見られます。
加工硬化金属として、インコネル718は可能な限り少ないパスを使用して機械加工する必要があります。機械工は通常、ハードカッティングツールを使用してアグレッシブでスローカットを展開します。ただし、超合金の溶接性は良好です。
エンジニアリングプラスチック
チタンやアルミニウムなどの金属に加えて、航空宇宙加工では、PEEK、ポリカーボネート、Ultemなどの高性能プラスチックを使用することができます。
プラスチックは、非常に軽量で、優れた耐衝撃性と耐振動性、シール性、および耐薬品性を備えているため、金属の代替として有用です。また、金属よりも優れた電気絶縁を提供します。
エンジニアリングプラスチックの航空宇宙CNC機械加工は、キャビンインテリア、トレイテーブル、アームレスト、ハウジング、ウェアパッド、断熱材、チューブ、バルブコンポーネント、バックライト付きインストルメントパネルなどの航空宇宙部品を製造できます。
重要な考慮事項は、航空宇宙プラスチックは特定の炎、煙、および毒性の要件を満たさなければならないということです。適切な材料には、ナイロン（ナイロン6を含む特定のグレード）、PEEK、Ultem、およびPPSが含まれます。
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