ランディングギア部品製造：航空宇宙・防衛リーダーからの洞察

航空宇宙製造シリーズ第3弾として、業界最大手の航空宇宙メーカーと下請け企業と仕事をする工具メーカーの経験に着目し、ランディングギア部品製造を詳しく見ていきます。

今年これまで、航空宇宙・防衛における航空機翼とエンジンコンポーネントの製造を深掘りしてきました。今度はランディングギアコンポーネントを深掘りします。

航空機の最も重要なセクションの一つとして、ランディングギアシステムは重い荷重を支えます。文字通り、飛行機、戦闘機、ヘリコプターの全重量が、滑走、着陸、離陸時にランディングギアで支えられます。そして着陸場所によって、例えば太平洋の真ん中の空母着艦の場合、ランディングギアを構成する材料は異なります。

「現在、商用機と軍用機で一般的な引き込み式ランディングギアは、1911年にグレン・カーティスのトライアド機のために初めて開発された」と、国立航空宇宙博物館のブログ記事にあります。

飛行機のランディングギアは地上での挙動を制御するだけでなく、重量、性能、信頼性など他の領域にも影響し、空での挙動にも影響します。

業界をリードする3つの工具メーカーに、材料課題と金属切削のニュアンスについての視点を聞き、工具と加工が航空宇宙メーカーに違いをもたらした実例を議論します。

今日のランディングギアコンポーネントに使われる材料

工具サプライヤーが主に見る、今日のランディングギア大型コンポーネントの二大材料は、300M（非常に硬い低合金鋼）とTi-5553（強度と焼入れ性で知られるチタン合金）です。

商用機では、ボイングとエアバスの両方がこれら両材料を使いますが、飛行機モデルの荷重要件によって使い分けると、セコ・ツールズのアプリケーションエンジニア、Scott Causey氏は言います。

これらの材料タイプのほとんどは、トラックビーム、ブレース、トルクリンク、ストラット（メインシリンダーとも呼ばれる）など、これらのランディングギアコンポーネントのあらゆる種類に使われます。

出典：Concordesst.com

しかし、ランディングギアの他のコンポーネントには、アルミニウム、4340合金鋼、一部チタンなど他の材料も使われます。これらはランディングギアブラケット、ブレース、リンクによく見られるとCausey氏は説明します。

ランディングギアには他にも小さなコンポーネントがあり、フランジ、ポケット、リーマ穴、ボア穴、多数の接続点があると、ケナメタルの航空宇宙・防衛スタッフエンジニア、Mark Francis氏は言います。例えば、直径8〜10インチ、深さ36インチの穴が必要な場合もあります。タスクを遂行するには特定の工具とプロセスが必要です。

「空母用の非常に特定のユースケースで見られる別の材料は、AerMet 100です。機械加工が難しい高強度鋼です」とFrancis氏。「高衝撃荷重に耐えられる。短い空母甲板への着艦で必要な破壊靭性とタフネス、そして海上の塩と水に対する高い耐食性を兼ね備えています。」

AerMet 100は、空母搭載戦闘機にほぼ独占的に使用されます。

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ランディングギアコンポーネントで最も加工が難しい領域

想像通り、ランディングギアの最大コンポーネントはそのサイズゆえに加工が遅いです。メインシリンダーとトラックビーム（通称「アクスルビーム」）は約25フィート（約7.6m）の高さまであります。

他の難しい部品には、スライダー、または「インナーサイリンダー」があるとCausey氏。

「これらの部品の内径ボアは最大70インチ（約1.78m）まであります」と、セコ・ツールズの航空宇宙アプリケーションエンジニア、Atul Sharma氏。「非常に大きく長い。切削時に公差を保持するのが難しい。クランピングも課題です。」

取材したすべての工具メーカーが明確にしました：これらの大型部品はしばしば加工が遅いです。300M材料を高い表面速度で加工できると思いがちですが、現実にはこれらの大型部品は単に重すぎて大きすぎ、振動を防ぎ切削工具を最大限に活かすために特殊な治具が必要です。

しかし、多くのニッケル、ワスパロイ、レネ材料と比べれば、これらの鋼とチタン材料は信じられないほど難しいわけではないと、サンドビック・コロマントの航空宇宙グローバルエンジニアリングプロジェクトオフィスマネージャー、Bill Durow氏は説明します。

「多くの場合、問題はコンポーネントのスケールです。巨大です」とDurow氏。「そして何も均一ではありません。奇妙な形状をしていることが多いので、単純に旋盤に載せるわけにはいきません。多くの場合、航空宇宙メーカーは大型ボアミルや大型ガントリー機械を使い、これらは多くの時間を要します。」

設計から製造、完成部品までのランディングギアシステムを見る。出典：Safran Landing Systems

工具メーカーは、一部の航空宇宙メーカーがガントリー機械とボアミルからB軸加工とターンミルアプリケーションへ移行し、セットアップと治具を減らし、部品周りの4〜5軸プロファイリングを行う傾向を見ています。

しかしこの新しい手法はより多くのプログラミングを必要とし、ランディングギア生産の効率を高めるための切削ジオメトリについての新しい思考を要求します。ランディングギアが開始から完了まで数ヶ月かかるのは珍しくありません。

航空宇宙の新展開：アディティブ製造の革新。 「航空宇宙・防衛における3Dプリントの驚異的進化」をお読みください。

実世界でのランディングギア加工

ここでは、適切な工具や新しいアプローチがインパクトを与えた、実在のランディングギア部品とコンポーネント製造の3事例を紹介します。

トルションリンク

課題： セコ・ツールズの顧客が、チタン10-2-3材のトルションリンク（ランディングギアのインナーサイリンダーとアウターサイリンダーを連結する部分）の加工で苦戦。サイクルタイム60時間、6つの異なるセットアップ。納期遅れが常態化し、OEMとの契約を失う寸前だった。

解決策： セコ・ツールズがDMG MORIとのパートナーシップで顧客の加工に対応。図面、モデル、工具から白紙で新しいアプローチを見出だした。

成果： 部品製造と工具セットアップを6から2に削減。サイクルタイムを60時間から23時間へ、62%短縮。生産性向上とオンタイム納入を実現。最終的に航空宇宙メーカーの契約維持を可能にした。

材料専用設計の工具

課題： ケナメタルの顧客で、Ti-5553製400ポンド（約181kg）の鍛造ランディングギアコンポーネントが工具を食い潰していた。30分ごとに新しい工具交換をプログラミングしていた。完成時は約210ポンド（約95kg）になるが、このチタン材には突破困難なアルファケースがあった。

解決策： ケナメタルは、この特定でタフなチタングレード専用に設計された8コーナーインサートのヘリックス設計フライスカッターとドリルを使用。

成果： 荒加工時間が25時間から15時間へ。サイクルタイム40%短縮。工具寿命300%向上：工具が120分ごとに新しい切れ刃を必要とするまで持つようになった。

既存工具を新しいアプローチで活用

課題： ランディングギアコンポーネント部品で、既存工具がインサートの後ろを拾い上げ、アイロックで締めていたネジを折損させるため、多くの5軸と工具動作が発生していた。航空宇宙顧客は頻繁に生産を止めねばならず、部品に過度の手動介入とベビーシッティングが必要だった。進行が遅すぎた。

解決策： サンドビック・コロマントは、水平加工でのブレード加工用に設計されていた工具をこの垂直用途に適用し、工具をわずか2〜3度「ランピング（ヒーリング）」させて後切れを避けるよう提案。ラウンドボッシング技術も用い、非常に良好に機能した。

成果： プロセス安定性。インサートの動きが消失。インサートネジの折損なし。顧客はベビーシッティングを止め、より「ライツアウト」な生産環境へ移行できた。オペレーターが複数機械を同時に見られるようになった。

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