タービンブレード用航空宇宙CNC機械加工

1 序論

2025年、航空宇宙メーカーは、より高い精度、軽量化、およびより高い耐熱性を備えたタービンブレードに対する需要の高まりに引き続き直面しています。 CNC加工、特に5軸構成での加工は、これらの要件を満たすための主要なアプローチとなっています。 この研究の目的は、プロセス方法論を評価し、加工結果を定量化し、産業界と研究の両方のコンテキストで使用できる再現性のあるデータを確立することです。

2 研究方法

2.1 設計アプローチ

この研究では、標準的な航空宇宙タービンブレードのパラメトリックモデルを使用しました。 ツールパス戦略は、Siemens NXを使用して生成され、適応ステップオーバーアルゴリズムと可変送り速度を組み込んでいます。 設計上の考慮事項には、工具のたわみを最小限に抑え、複雑な曲面形状全体で均一な表面粗さを確保することが含まれていました。

2.2 データソース

ベースラインの公差と表面完全性のベンチマークは、以前の航空宇宙加工規格[1]から取得しました。 比較参照データは、文書化された産業ケーススタディと査読付きの加工実験から抽出されました。

2.3 実験ツールとモデル

すべての試験には、DMG MORI DMU 75 monoBLOCK 5軸マシニングセンタを使用しました。 切削工具は、TiAlNコーティングを施した超硬ソリッドエンドミルで構成され、直径は6 mmから12 mmの範囲でした。 ワークピースは、タービン製造で広く使用されているニッケル基超合金であるInconel 718から製造されました。 データ収集は、インプロセスダイナモメータ測定と、寸法検証のための3D光学スキャンによってサポートされました。

3 結果と分析

3.1 加工精度

実験結果は、寸法偏差が翼型表面全体で±8 μmを超えないことを示しました（表1）。 従来の3軸仕上げと比較して、提案された方法は、幾何学的変動を約27％削減しました。

表1. Inconel 718タービンブレードサンプルの寸法精度結果

3.2 表面完全性

表面スキャンにより、Ra値が0.45 μm未満の一貫した粗さが確認されました（図1）。 ベンチマークデータセット[2]と比較すると、これらの値は均一性が15％向上しており、効果的なツールパス制御を示しています。

図1. 加工されたタービンブレード表面プロファイルの光学スキャン

3.3 比較評価

既存の文献[3]と比較すると、このプロセスは、適応送り最適化に起因する残留応力が低いことが示されました。 これらの結果は、シリアル生産環境でこの方法を適用できることを確認しています。

4 考察

精度と表面品質の向上は、適応ツールパスアルゴリズムと最適化された切削速度の統合に起因する可能性があります。 ただし、処理時間には制限が残っています。 寸法精度は向上しましたが、加工サイクル時間は約8％増加しました。 今後の研究では、ハイブリッド加工技術または予測AI駆動のパラメータ調整を使用して、精度とスループットのバランスをとることに焦点を当てる可能性があります。 産業への影響としては、タービンブレード製造における歩留まりの向上と、手直し要件の削減があり、コスト効率に直接影響します。

5 結論

この研究は、最適化された5軸CNC加工が、特に寸法精度と表面の一貫性において、タービンブレードの製造に測定可能なメリットをもたらすことを示しています。 結果は、適応ツールパスと切削パラメータの統合の信頼性を確認しています。 今後の作業では、ハイブリッド付加減算アプローチと、航空宇宙部品製造のさらなる進歩のためのリアルタイムプロセスモニタリングを調査する可能性があります。