알루미늄 CNC 가공, 경량 산업 솔루션 발전

정밀 알루미늄 부품으로 제작된 가볍지만 튼튼한 동체가 하늘을 나는 항공기를 상상해 보세요. 연료 효율성과 성능이 가장 중요한 시대에 알루미늄 CNC 가공 기술은 점점 더 중요한 역할을 합니다. 그렇다면 이 기술이 어떻게 복잡한 부품을 빠르고 비용 효율적으로 생산하면서 산업 전반의 경량화 발전을 주도할 수 있을까요?

알루미늄 CNC(컴퓨터 수치 제어) 가공은 제조 분야에서 주류 기술이 되었습니다. 핵심적인 장점은 복잡하고 가벼운 부품을 효율적이고 경제적으로 생산하는 것입니다. 강철 및 티타늄과 같은 기존 재료에 비해 알루미늄은 더 빠르게 가공되므로 대량 생산에 이상적입니다.

알루미늄은 지구 지각에서 가장 풍부한 금속 원소입니다. 산업적으로는 주로 보크사이트 광석에서 추출하며, 보크사이트 광석에는 30%~60%의 산화알루미늄이 포함되어 있습니다. 추출 과정에는 두 가지 주요 단계가 있습니다.

• 알루미나 추출: 바이어 공정은 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 방법입니다. 보크사이트를 분쇄하여 물과 가성 소다를 혼합하고 고온에서 반응시키는 과정입니다. 가성 소다는 알루미나를 용해시키고, 이를 여과를 통해 불순물로부터 분리합니다. 수산화알루미늄 결정을 알루미나 용액에 첨가한 다음 가열하고 건조하여 순수한 알루미나를 생산합니다.
• 알루미늄 제련: 알루미나는 불화물 기반 용융 욕에 용해되어 전기 분해를 통해 금속 알루미늄과 산소로 분해됩니다. 용융 알루미늄을 수집하여 재활용 알루미늄과 혼합하고 시트, 빌릿, 로드, 튜브, 플레이트, 스트립 및 와이어와 같은 다양한 형태로 주조합니다. 이러한 반제품은 최종 부품으로 추가 가공됩니다.

CNC 가공은 기존의 제조 기술과 컴퓨터 제어 시스템을 결합합니다. 이를 통해 원자재를 수동으로 생산하는 것이 불가능하거나 시간이 많이 걸리거나 비용이 많이 드는 복잡한 부품으로 절단하고 성형할 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 뛰어난 정밀도, 일관성, 생산성, 제어, 설계 유연성 및 폐기물 감소입니다.

최초의 CNC 기계는 1940년대 후반에 기존 장비에 모터를 장착하여 등장했습니다. 1960년대에 컴퓨터가 등장하면서 현대적인 CNC 시스템의 개발이 가속화되었습니다. 일반적인 CNC 기계에는 밀링 머신, 드릴, 선반, 플라즈마 커터, 레이저 커터 및 워터 제트가 있으며, 모두 감산 제조 방식을 사용합니다.

순수 알루미늄은 우수한 연성, 내식성, 비자성 특성 및 열/전기 전도성을 제공합니다. 그러나 강도가 낮아 상업적 응용 분야가 제한됩니다. 성능을 향상시키기 위해 알루미늄은 구리, 리튬, 마그네슘, 망간, 실리콘 및 아연과 같은 원소와 합금됩니다. 이러한 합금은 알루미늄 고유의 장점을 유지하면서 강도를 향상시킵니다.

CNC 가공은 주로 세 가지 알루미늄 합금 범주를 사용합니다.

• 주조 알루미늄 합금: 용융 금속을 금형에 부어 생산하며, 비용 효율적이고 다재다능하며 가볍고 내구성이 뛰어납니다. 자동차 산업은 이들의 가장 큰 소비자이며, 차량에서 알루미늄 사용량의 2/3를 차지합니다. 그러나 일반적으로 단조 합금에 비해 인장 강도가 낮고 공구 마모가 더 큽니다.
• 알루미늄-리튬(Al-Li) 합금: 리튬의 낮은 밀도는 이 합금을 순수 알루미늄보다 훨씬 가볍게 만들어 날개 외피, 동체 및 팬 블레이드와 같은 항공우주 응용 분야에 이상적입니다. 그러나 가공성이 감소하고 파괴 인성이 낮으며, 생산량이 제한되어 비용이 더 높습니다.
• 단조 알루미늄 합금: 압연, 단조 또는 압출을 통해 고체 상태로 형성되며, 우수한 기계적 특성, 구조적 무결성, 표면 마감 및 공구 수명으로 인해 CNC 가공을 지배합니다. 주조 합금보다 가공이 더 쉽습니다.

CNC 가공용 알루미늄과 강철 중에서 선택할 때는 다음 주요 측면을 고려하십시오.

• 비용: 탄소강은 종종 알루미늄보다 저렴하지만 스테인리스강은 더 비싼 경향이 있습니다. 장기적인 내구성도 비용 계산에 포함되어야 합니다.
• 내식성: 알루미늄과 스테인리스강은 자연적으로 녹에 강하며, 다른 강철은 보호 코팅이 필요하므로 무게와 유지 관리 비용이 추가됩니다.
• 무게: 알루미늄은 강철보다 2~3배 가벼워 산업 전반에서 "경량화" 추세를 주도합니다.
• 강도: 강철은 응력, 열 또는 무게에 따른 변형에 대한 내구성과 저항력이 알루미늄보다 뛰어납니다.
• 가공성: 알루미늄의 낮은 밀도는 강철에 비해 더 빠른 가공 속도, 냉각 시간 감소 및 공구 마모 감소를 가능하게 합니다.

제조업체는 알루미늄을 가공하기 위해 다양한 CNC 기술을 사용합니다.

• CNC 밀링: 고정된 재료 블록을 성형하기 위해 회전하는 절삭 공구를 사용하는 가장 다재다능한 방법입니다. 최신 가공 센터는 복잡한 형상을 위해 3축에서 5축 구성을 갖추고 있습니다.
• CNC 터닝: 절삭 공구가 재료를 제거하는 동안 공작물을 회전시켜 드릴링 및 나사산 가공과 같은 작업이 있는 원통형 부품에 이상적입니다.
• CNC 플라즈마 절단: 과열된 압축 공기를 사용하여 두꺼운 금속 시트를 빠르고 정밀하게 녹입니다.
• CNC 레이저 절단: 고출력 레이저 빔으로 재료를 녹이거나 증발시켜 얇은 시트에 대한 뛰어난 정밀도를 제공합니다.
• CNC 워터 제트 절단: 초고압 물(경질 재료의 경우 연마재 포함)을 사용하여 열 변형 없이 절단하여 재료를 촘촘하게 중첩하고 폐기물을 최소화할 수 있습니다.