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Aug 29, 2023

열간 성형 티타늄

매년 생산되는 전체 티타늄의 약 2/3가 항공기 엔진과 프레임에 사용됩니다. 사진 제공: Airbus Beckwood는 주요 기업을 위해 400톤 유압식 열간 성형 프레스를 제작했습니다.

매년 생산되는 전체 티타늄의 약 2/3가 항공기 엔진과 프레임에 사용됩니다. 사진 제공 에어버스

Beckwood는 티타늄 항공우주 구조 부품의 주요 공급업체를 위해 이 400톤 유압 열간 성형 프레스를 제작했습니다. 이 프레스는 최대 1,800F의 온도에 도달할 수 있는 48 x 96인치 압반을 갖추고 있습니다. 사진 제공 Beckwood Corp.

자동화된 단열 도어 시스템은 성형 챔버 내에 열을 가두는 동시에 부품 로딩 및 언로딩을 위한 접근을 허용합니다. 작업자에게는 내열 장갑, 팔 덮개, 보안경 등 개인 보호 장비가 필요합니다. 사진 제공: Beckwood Corp.

이 열간 성형 프레스에는 건드릴 통로에 설치된 다중 구역 전기 카트리지 히터가 장착되어 있습니다. 이는 온도를 ±10F 이내로 제어합니다. 사진 제공 Beckwood Corp.

열간 성형으로 인해 발생하는 강렬한 열은 종종 다이 뒤틀림을 유발합니다. 이러한 효과에 대응하기 위해 Beckwood는 ALC(액티브 레벨링 제어) 기술을 개발했습니다. ALC는 폐쇄 루프 모니터링 시스템을 사용하여 베드-램 평행도를 ±0.004인치로 유지합니다. 사진 제공: Beckwood Corp.

이러한 티타늄 항공우주 부품을 제작하기 위해 열간 성형이 사용되었습니다. 사진 제공 MSM Aerospace Fabricators

티타늄은 모든 금속 중에서 무게 대비 강도 비율이 가장 높습니다. 일부 강철만큼 강하면서도 45% 더 가볍습니다. 티타늄은 또한 내식성, 피로 저항성, 균열 저항성, 크리핑 없이 적당한 고온을 견딜 수 있는 능력으로도 높이 평가됩니다.

결과적으로 티타늄은 구조 부품, 리브, 방화벽, 랜딩 기어 등 다양한 항공우주 부품을 만드는 데 사용됩니다. 제트 엔진에서 티타늄은 로터, 압축기 블레이드, 유압 부품 및 나셀에 사용됩니다. 실제로 매년 생산되는 전체 티타늄의 약 2/3가 항공기 엔진과 프레임에 사용됩니다. 보잉 777에는 약 59톤의 티타늄이 포함되어 있고, 에어버스 A340에는 32톤의 금속이 포함되어 있습니다.

티타늄을 항공우주 부품에 적합하게 만드는 특성으로 인해 형성이 어려워집니다. 표준 냉간 성형 기술을 사용하여 많은 티타늄 합금을 형성할 수 있습니다. 그러나 스프링백이 문제가 될 수 있으며 굽힘 반경에 균열이 생기는 것이 일반적입니다.

공정에 열을 추가하면 이러한 문제가 해결됩니다. 열간 성형은 티타늄 및 기타 고강도 합금을 극한의 온도까지 가열하여 부드럽고 가단성 있는 상태로 프레스에서 성형할 수 있게 하는 공정입니다. 열간 성형 공정에서는 가열된 플래튼을 사용하여 프레스 사이클 동안 차갑거나 약간 따뜻해진 블랭크를 가열합니다. 프레스 내부에 열이 도입되면 파손, 스프링백 또는 잔류 응력에 대한 걱정 없이 더 낮은 톤수에서 복잡한 형상을 형성하는 능력이 향상됩니다. 재료의 가단성이 증가하기 때문에 열간 성형 프레스는 일반적으로 동일한 기능을 수행하는 냉간 성형 프레스보다 톤수가 훨씬 낮습니다.

주기 시간은 10~30분입니다. 부품은 차가워지고 뜨거워지며 처음과 유사한 미세 구조로 끝납니다.

자동화된 단열 도어 시스템은 성형 챔버 내에 열을 가두는 동시에 부품 로딩 및 언로딩을 위한 접근을 허용합니다. 작업자에게는 내열 장갑, 팔 덮개, 보안경 등 개인 보호 장비가 필요합니다. 사진 제공: Beckwood Corp.

완성된 부분은 부드럽지 않습니다. 일반적으로 엔지니어는 프레스에서 부품을 제거할 때 부품에 재료 처리 기능을 각인시키는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 기계와 생산 현장 사이의 온도 변화가 매우 크기 때문에 도어가 열리자마자 부품이 부드러워지지 않은 상태로 냉각됩니다.

유사한 공정이 초소성성형(SPF)입니다. 열간 성형에서는 공구와 블랭크가 900F에서 1,600F까지 가열됩니다. SPF는 아르곤 가스와 함께 더 높은 온도(최대 2,000F)를 사용하여 금속을 형성합니다. 사이클 동안 가열된 재료는 다이와 플레이트 사이에 고정됩니다. 그런 다음 아르곤 가스가 성형 챔버에 주입되어 블랭크를 다이 안으로 밀어 넣습니다. 사이클 시간은 20~40분 이상입니다.