航空宇宙用精密インペラ加工

航空宇宙用精密インペラとは、エンジン、ポンプ、またはタービンシステムで使用される回転部品であり、主に航空エンジン、ロケット推進器、または衛星推進システムに適用されます。これらのインペラは複雑な形状（多くは薄肉一体構造）で、材料は耐高温高強度（チタン合金、ニッケル基超合金など）であり、加工精度が非常に高く（公差±0.01-0.05mm、表面粗さRa≤0.4μm）、高速回転（>10,000 rpm）での空気力学的性能と耐久性を確保します。
 

1. 材料特性

航空宇宙インペラは、高温、高圧、および腐食環境下での信頼性を確保するために、高性能合金をよく使用します。

• チタン合金（Ti-6Al-4V）：軽量、高強度、耐腐食性があり、タービンインペラに適しています。
• ニッケル基超合金（Inconel 718）：耐高温性（>1000°C）、耐酸化性があり、エンジン一体型インペラに適しています。
• その他：アルミニウム合金またはセラミック複合材料は、特定の軽負荷用途に使用されます。

2. 加工方法

精密インペラ加工は、複雑な幾何学的形状（ブレード曲面、薄肉内部キャビティなど）を実現するために、高精度、多軸連動、および非従来型加工の組み合わせを重視します。一般的な方法には以下が含まれます。

• 5軸CNC加工（CNC）：複雑な曲面ブレードに適した5軸連動工作機械（DMG MoriやMazakなど）を使用します。課題：切削力が大きく振動が発生するため、対策：高剛性工具とCAMソフトウェアによる経路の最適化。加工時間を30〜50％短縮できます。
• 電解加工（ECM）：工具接触なし、非熱加工で、耐高温合金の薄肉構造に適しています。高い表面品質（Ra<0.2μm）、残留応力なしで、航空宇宙の複雑な幾何学的形状に特に適しています。
• フレキシブルマニュファクチャリングシステム（FMS）：複数のCNC工作機械を統合し、一体型インペラの自動化された大量生産を実現し、精度を±0.02mmに制御します。
• その他：精密鋳造+後加工（ロストワックス鋳造など）、またはレーザー加工を微細なR角波紋に使用します。薄肉一体型遠心インペラには、特許取得済みの方法を使用できます。最初に内部キャビティを粗加工し、次にブレードを精密加工して、超薄型ブレード（厚さ<1mm）の変形を防ぎます。