航空宇宙燃料供給鍛造部品の加工

航空宇宙燃料供給鍛造部品の加工とは、航空機エンジン、ロケット推進システム、または衛星燃料供給システムの重要な部品に対して、鍛造プロセスと精密加工を組み合わせて製造される金属部品のことです。これらの部品は主に、航空燃料、液体水素／液体酸素などの燃料を輸送するために使用され、高高度、高速、極端な温度（-200°C～+500°C）および高圧（>10 MPa）環境下での信頼性と安全性を確保します。鍛造プロセス（型鍛造や精密鍛造など）は、優れた結晶粒微細化、強度、および欠陥のない構造を提供し、鋳造や機械加工と比較して、鍛造部品の疲労寿命を2～5倍向上させ、航空宇宙の高い信頼性要件（AS9100規格に準拠）に適しています。典型的な部品には、燃料ポンプケーシング、バルブ本体、ノズル接続部品、および配管フランジが含まれます。

1. 材料特性

航空宇宙燃料供給鍛造部品には、耐腐食性、耐高温性、および軽量化を確保するために、高性能合金が一般的に使用されます。

• チタン合金（Ti-6Al-4V）：軽量（密度4.5 g/cm³）、高強度（>900 MPa）、耐燃料腐食性があり、低温液体水素システムに適しています。
• ニッケル基超合金（Inconel 718、Hastelloy X）：耐高温性（>1000°C）、耐酸化性があり、高温ガスタービン燃料輸送に適しています。
• ステンレス鋼（17-4PH、15-5PH）：析出硬化型で、硬度HRC>40、耐疲労性があり、中温航空燃料システムに適しています。
• その他：アルミニウム合金（7075-T6）は軽荷重部品に使用され、コバルト基合金は極端な耐摩耗用途に使用されます。

2. 加工方法

鍛造部品の加工は、粗鍛造、熱処理、および精密仕上げを組み合わせて、精度（公差±0.02mm）と表面品質（Ra≤0.8μm）を確保します。重要なステップは次のとおりです。

• 精密型鍛造（Closed-Die Forging）：高温金型（800～1200°C）を使用して素材を鍛造し、ニアネットシェイプ部品を形成します。利点：材料利用率>90％で、機械加工量を削減します。ポンプ本体の内部キャビティなどの複雑な形状に適しています。
• 等温鍛造（Isothermal Forging）：真空または不活性ガス環境で恒温鍛造し、チタン／ニッケル合金に適しており、酸化や変形を回避します。精度が高く、結晶粒が均一です。
• 熱処理：真空焼入れ+時効硬化により、強度を向上させます（例：Inconel 718の硬度をHRC 30から45に向上）。
• 精密仕上げ：
  • 5軸CNC加工：余分な材料を除去し、曲面や穴系を加工します。高剛性工作機械（DMG Moriなど）を使用し、CAMソフトウェアと組み合わせて経路を最適化し、振動を<5μmに制御します。
  • 電解加工（ECM）またはレーザー加工：非接触で内部キャビティを精密仕上げし、熱応力を回避し、表面粗さRa<0.4μmを実現します。
  • 研削／研磨：最終的な表面処理で、耐腐食性を向上させます。
• 補助プロセス：非破壊検査（超音波／X線）により、亀裂がないことを確認します。表面コーティング（DLCまたはセラミックコーティングなど）により、耐摩耗性を向上させます。