2024년 최고의 기계 엔지니어링 소프트웨어 10가지
자신의 분야에서 두각을 나타내고 싶은 기계 엔지니어 지망생이신가요? 이 블로그 게시물에서는 여러분의 역량을 향상시킬 수 있는 꼭 알아야 할 기계 엔지니어링 설계 소프트웨어 10가지를 살펴봅니다.
항공 및 모바일 분야에서 티타늄 합금을 선호하는 이유는 무엇일까요? 놀라운 무게 대비 강도와 열 및 부식에 대한 저항성으로 유명한 이 첨단 소재는 항공기와 스마트폰 디자인에 혁신을 불러일으켰습니다. 항공 분야에서 티타늄 합금은 무게를 줄이고 극한 조건에서 성능을 향상시킵니다. 한편 모바일 제조업체는 티타늄을 사용하여 내구성과 매끄러움을 향상시켜 가젯을 더욱 탄력 있고 매력적으로 만듭니다. 이러한 첨단 산업에서 티타늄 합금의 장점과 구체적인 응용 분야를 알아보세요.
1948년 미국 기업 듀폰은 마그네슘 공정을 사용하여 스펀지 티타늄을 대량 생산하기 시작했고, 이는 산업화된 티타늄 생산의 서막을 알렸습니다.
높은 비강도, 우수한 내식성, 뛰어난 내열성을 갖춘 티타늄 합금은 현재 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
티타늄 합금은 반세기 이상 항공 산업에서 활용되어 왔으며, 소비자 가전 부문에서는 Huawei, Apple, Xiaomi, Honor와 같은 브랜드가 여러 스마트폰 모델에 티타늄 소재를 채택하고 있으며 점점 더 많은 전자 제품 제조업체가 티타늄 합금을 채택할 것으로 예상됩니다. 하지만 티타늄 합금이 그렇게 보편적으로 선호되는 이유는 무엇일까요?
1. 높은 비강도:
알루미늄 합금의 1.3배, 마그네슘 합금의 1.6배, 스테인리스 스틸의 3.5배에 달하며, 그 중에서도 챔피언입니다. 금속 소재.
2. 높은 열 강도:
알루미늄 합금보다 수백도 높은 온도, 특히 450~500°C에서 장기간 작동할 수 있습니다.
3. 우수한 내식성:
산, 알칼리 및 대기 부식에 잘 견디며 특히 피팅 및 응력 부식에 대한 내성이 강합니다.
4. 저온 성능이 우수합니다:
간질적으로 낮은 TA7과 같은 특정 티타늄 합금은 -253°C에서도 약간의 가소성을 유지합니다.
5. 높은 화학 반응성:
티타늄은 고온에서 반응성이 높고 공기 중의 수소 및 산소와 같은 기체와 쉽게 결합하여 경화된 층을 형성합니다.
6. 낮은 열전도율과 탄성 계수:
열전도율은 니켈의 약 4분의 1, 철의 5분의 1, 알루미늄의 14분의 1에 불과합니다. 다양한 티타늄 합금의 열전도율은 순수 티타늄보다 약 50% 낮습니다. 티타늄 합금의 탄성 계수는 강철의 약 절반입니다.
티타늄 합금은 내열 합금, 고강도 합금, 내식성 합금(티타늄-몰리브덴, 티타늄-팔라듐 등), 저온 합금, 특수 목적 합금(티타늄-철 수소 저장 재료, 티타늄-니켈 형상 기억 합금 등)으로 분류할 수 있습니다.
비교적 짧은 적용 역사에도 불구하고 뛰어난 특성으로 인해 티타늄과 그 합금은 여러 가지 권위 있는 타이틀을 얻었으며, 그 중 첫 번째 타이틀은 "우주의 금속"입니다.
가벼운 무게, 높은 비강도, 고온 저항성으로 항공기 및 다양한 우주선 제조에 특히 적합합니다.
전 세계 티타늄 및 티타늄 합금 생산량의 약 4분의 3이 항공우주 산업에서 사용되고 있으며, 원래 알루미늄 합금으로 제작되던 많은 부품이 티타늄 합금으로 대체되고 있습니다.
티타늄 합금은 주로 단조 티타늄 팬 블레이드, 컴프레서 디스크 및 블레이드, 엔진 커버, 배기 시스템, 항공기 스파 파티션과 같은 구조 프레임 등 항공기 및 엔진 부품 제조에 사용됩니다.
우주선에서는 티타늄 합금의 높은 비강도, 내식성, 저온 성능을 활용하여 다양한 압력 용기, 연료 탱크, 패스너, 계기 스트랩, 프레임, 로켓 케이스를 제조합니다.
인공위성, 달 모듈, 유인 우주선 및 우주 왕복선도 티타늄 합금 시트로 만든 용접 부품을 사용합니다.
1950년 미국은 F-84 전투기에 후방 동체의 방열판, 윈드 디플렉터, 테일 커버와 같은 비하중 부품에 티타늄 합금을 처음 사용했습니다.
1960년대부터 티타늄 합금의 적용 범위가 동체 후방에서 동체 중앙으로 이동하면서 프레임, 빔, 플랩 트랙을 제조하는 데 사용되는 구조용 강철을 중요한 하중 지지 부품으로 부분적으로 대체했습니다.
1970년대 이후 민간 항공기는 티타늄 합금을 광범위하게 사용하기 시작했으며, 보잉 747 제트 여객기는 항공기 무게의 28%를 차지하는 3,640kg 이상의 티타늄을 통합했습니다.
가공 기술의 발전으로 로켓, 인공위성, 우주 왕복선에도 상당한 양의 티타늄 합금이 사용되고 있습니다. 항공기가 첨단일수록 티타늄의 사용량도 늘어납니다.
미국의 F-14A 전투기는 무게의 약 25%를 티타늄 합금으로 제작하고, F-15A는 25.8%, 4세대 전투기는 최대 41%의 티타늄을 사용하며, F119 엔진에만 39%의 티타늄이 사용되어 지금까지의 항공기 중 가장 많은 양을 차지합니다.
항공 운송용 항공기에 티타늄 합금을 사용해야 하는 이유는 무엇인가요? 최신 항공기는 음속의 최대 2.7배에 달하는 속도를 낼 수 있습니다. 이렇게 빠른 초음속에서는 공기와의 마찰로 인해 상당한 양의 열이 발생합니다.
비행 속도가 음속의 2배를 초과하면 알루미늄 합금은 더 이상 그 조건을 견딜 수 없기 때문에 고온에 강한 티타늄 합금을 사용해야 합니다.
항공 엔진의 추력 대 중량비가 4-6에서 8-10으로 증가하고 압축기 출구 온도가 200-300°C에서 500-600°C로 상승함에 따라 알루미늄으로 제작되던 저압 압축기 디스크와 블레이드는 티타늄 합금으로 교체해야 했습니다.
최근 티타늄 합금 특성에 대한 연구가 크게 발전하면서 상당한 진전이 있었습니다.
최대 작동 온도가 550°C~600°C인 티타늄, 알루미늄, 바나듐으로 구성된 기존의 티타늄 합금은 최대 작동 온도가 1040°C까지 올라가는 새로 개발된 티타늄 알루미나이드(TiAl) 합금으로 대체되었습니다.
스테인리스 스틸을 티타늄 합금으로 대체하여 고압 컴프레서 디스크와 블레이드를 제조하면 구조적 무게를 줄일 수 있습니다. 항공기 중량을 10% 줄이면 4%의 연료를 절약할 수 있습니다. 로켓의 경우, 무게를 1kg 줄이면 사거리를 15km 늘릴 수 있습니다.
휴대폰으로 대표되는 경쟁이 치열한 소비자 가전 산업에서 선도적인 제조업체들은 제품 프리미엄화를 위해 티타늄 합금을 사용하는 데 열중하고 있습니다.
화웨이, 애플, 샤오미, 명예와 같은 브랜드는 이미 다양한 제품에 이 소재를 적용하고 있습니다. Apple은 울트라 시리즈 시계에 티타늄 케이스를 기본으로 장착했으며, 최신 iPhone 15에는 완전히 새로운 티타늄 바디를 갖춘 프로 모델이 포함되어 애플 휴대폰 최초로 항공 등급 티타늄을 채택했습니다.
2022년 화웨이는 폴더블 스크린폰인 메이트Xs2의 구조 부품에 티타늄 합금을 활용하고, 워치4프로에 티타늄 프레임을 통합했습니다.
10월 12일, Honor는 루반 티타늄 힌지 같은 혁신적인 소재를 사용한 새로운 플래그십 폴더블 스마트폰인 Honor MagicVs2를 출시했습니다. Xiaomi의 새로운 라인업에서 가장 가격이 높은 모델은 14 Pro 티타늄 버전입니다.
삼성은 곧 출시될 갤럭시 S24 울트라에 아이폰 15 프로의 원래 티타늄 색상과 유사한 티타늄 합금 프레임을 사용할 것으로 알려졌습니다.
전반적으로 높은 비강도와 가벼운 특성의 조합은 소비자 가전제품의 휴대성을 높이고 보다 편안한 사용자 경험을 제공하는 티타늄 합금이 널리 홍보되는 주요 이유입니다.
첫째, 티타늄 합금은 열전도율이 강철의 4분의 1, 알루미늄의 13분의 1, 구리의 25분의 1에 불과할 정도로 열전도율이 낮습니다. 절단 부위의 열 발산이 느리기 때문에 열 평형에 도움이 되지 않습니다.
가공 과정에서 열 방출 및 냉각 효과가 좋지 않으면 고온, 심각한 변형 및 심각한 변형이 발생할 수 있습니다. 스프링백 가공된 부품에서 절삭 공구 토크가 증가하고 공구가 빠르게 마모되어 공구 내구성이 저하됩니다.
둘째, 티타늄 합금의 낮은 열전도율로 인해 절삭 공구 근처의 작은 영역에 절삭 열이 축적되어 발산하기 어렵습니다. 이로 인해 레이크 면의 마찰이 증가하고 칩 배출이 어려워지며 공구 마모가 가속화됩니다.
마지막으로, 티타늄 합금의 높은 화학 반응성은 공구와 반응하는 경향이 있다는 것을 의미합니다. 고온의 재료 가공 중 납땜과 확산으로 인해 공구가 달라붙거나 공구가 타거나 심지어 파손될 수 있습니다.
머시닝 센터는 여러 부품을 동시에 가공할 수 있어 생산 효율성이 향상됩니다. 또한 가공 정밀도를 향상시켜 제품의 일관성을 보장합니다.
이러한 센터의 특징은 다음과 같습니다. 도구 보상 기계 자체의 고유한 정밀도를 달성할 수 있는 기능을 제공합니다. 머시닝 센터는 광범위한 적응성과 상당한 유연성을 갖추고 있어 다기능 작업이 가능합니다.
부품의 아크 가공, 모따기, 라운딩 전환과 같은 작업이 모두 가능합니다. 밀링도 가능합니다, 드릴링, 리밍 및 탭핑 작업을 수행합니다.
정확한 비용 계산과 생산 일정 관리도 용이해집니다. 특수 픽스처가 필요하지 않으므로 상당한 비용을 절감하고 생산 주기를 단축하는 동시에 작업자의 노동 강도를 크게 줄일 수 있습니다. UG와 같은 소프트웨어로 다축 가공도 가능합니다.
도구 재료는 티타늄 합금의 경도를 훨씬 뛰어넘는 경도를 가져야 합니다.
티타늄 합금 가공 시 발생하는 큰 토크와 절삭력을 견딜 수 있는 충분한 강도와 인성을 갖춰야 합니다.
티타늄 합금은 질기고 작업 경화를 최소화하기 위해 날카로운 절삭 날이 필요하기 때문에 높은 내마모성이 매우 중요합니다. 이는 티타늄 합금 가공용 공구를 선택할 때 가장 중요한 파라미터입니다.
공구 재료는 티타늄 합금과의 친화력이 낮아야 용해 및 확산을 통한 합금을 방지하여 공구가 달라붙거나 연소되는 것을 방지할 수 있습니다. 국내외 도구 재료에 대한 테스트 결과 고코발트 도구가 이상적으로 작동하는 것으로 나타났습니다.
코발트는 2차 경화를 강화하고 적색 경도와 열처리 후 경도를 개선하는 동시에 높은 인성, 내마모성, 우수한 방열성을 제공합니다.
티타늄 합금의 고유한 가공 특성으로 인해 공구의 기하학적 파라미터가 표준 공구의 기하학적 파라미터와 크게 다릅니다. 칩 제거가 용이하고 열 방출이 빠르며 가공 중 절삭 저항을 줄이기 위해 나선 각도 β가 작아집니다.
양의 경사각 γ는 날카로운 절삭날을 보장하여 가볍고 신속한 절삭을 가능하게 하고 과도한 절삭 열과 그에 따른 작업물 경화를 방지합니다. 더 작은 이격각 α는 공구 마모를 늦추고 열 방출 및 공구 내구성을 향상시킵니다.
티타늄 합금 가공에는 낮은 절삭 속도, 적절하게 큰 이송 속도, 합리적인 절삭 깊이 및 정삭 여유가 필요하며 충분한 냉각이 필요합니다. 황삭 가공에는 더 큰 이송 속도를, 정삭 및 반정삭 가공에는 적당한 이송 속도를 사용하는 절삭 속도 vc=30-50m/min이 최적입니다.
절삭 깊이는 ap=1/3d가 적당하며, 깊이가 크면 티타늄 합금의 친화력이 좋고 칩 제거가 어려워 공구가 달라붙거나 타거나 파손될 수 있습니다.
적절한 마무리 수당이 필요합니다. 표면 경화 티타늄 합금의 층은 약 0.1-0.15mm이며, 허용치가 너무 작으면 경화 층의 절삭으로 인해 공구 마모가 발생할 수 있지만 이 문제를 방지하려면 허용치가 지나치게 크지 않아야 합니다.
티타늄 합금을 가공할 때는 독성 물질을 방지하기 위해 염소 함유 절삭유를 피하는 것이 가장 좋습니다. 수소 취성고온 응력 부식 균열로부터 보호합니다.
합성 수용성 에멀젼을 선호하거나 맞춤형 절삭유 혼합물을 사용할 수 있습니다. 절단 작업 중에는 빠른 순환, 높은 유량 및 압력으로 절삭유가 충분한지 확인합니다.
머시닝 센터에는 전용 냉각 노즐이 장착되어 있어 적절히 조정하면 원하는 효과를 얻을 수 있습니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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