自分の車輪を知る

May 06, 2023

航空機の着陸装置コンポーネントに発生する摩耗や腐食に対処するために、コンポーネントには何十年もの間ハードコーティングが施されてきました。 これらの部品はもともと六価クロムでコーティングされていましたが、その後、ルビーベースの酸化アルミニウムまたは炭化ケイ素ベースの研磨材を使用して研磨されました。

この電解硬質クロム (EHC) メッキプロセスは、60 年以上前から存在するコーティング技術です。 これは、オリジナルの機器の製造作業でさまざまな航空機コンポーネントにハードコーティングを適用したり、オーバーホール中に航空機から取り外した磨耗または腐食したコンポーネントの一般的な再構築に使用される重要なプロセスです。 特にクロムメッキは、車軸、油圧シリンダー、ピン、ジャーナルなどの着陸装置コンポーネントに広く使用されています。

一般に研磨は必要ありませんが、重要なシーリング用途に研磨面が十分に滑らかでない場合には、テープ、ペースト、または石を使用した超仕上げ技術によってコーティングを研磨することがありました。

米国環境保護庁や、大気中への六価クロムの放出と有害な液体および固体廃棄物の処分を管理するその他の世界的な環境規制の強化により、民間航空機および軍用航空機の部品の硬質クロムめっきは、経済的、環境的、政治的に持続不可能になっています。

コーティングの高速酸素燃料 (HVOF) スプレーは、超硬質で耐食性のコーティングを鋼基材に塗布するために開発されました。 炭化タングステン粉末は、燃料と酸素の高速流に噴射されて霧化され、コーティングされる部品の表面に超音波で衝突します。 このプロセスを使用すると、数ミルから 0.5 mm のコーティング厚が迅速に構築されます。

これらのコーティングは非常に硬く、厚いため、ダイヤモンド砥石を使用して研削する必要があります。 Jon Devereaux は NASA でこの研究の先駆者となり、HVOF コーティングの研削を管理する最初の仕様を後援しました。 この仕様は AMS2449 として知られるようになりました。

開発は、当時主流だったホイールボンディングシステムであるフェノール樹脂を使用して行われました。 それ以来、高張力鋼製着陸装置部品の製造業者は規制され、これらの部品の研削には、多少の困難はあるものの、フェノール樹脂ボンドで保持されたダイヤモンド含浸研削砥石の使用に制限されました。

レジンボンドホイールはその性質上、密閉構造の工具であり、ガラスが付着したり、研磨材が付着したりする傾向があります。 ホイールは通常、ダイヤモンド工具または炭化ケイ素 (SiC) ホイールを使用したブレーキ制御のツルーイング装置でツルーイングされていました。 次に、酸化アルミニウム研磨棒を手で突き刺して砥石面を研削用に開きました。 これは、別のマシンでオフラインで実行される場合もありました。

この方法は時間がかかり面倒であるだけでなく、ホイールをグラインダーから取り外して再度取り付けるときにエラーが発生する可能性がありました。

新しい安全規制では、オペレーターが走行中の機械のドアを開けたり、高速で走行する砥石車と接触したりすることも禁止されています。 これは、メーカーがより優れたシステムを求め始めたもう 1 つの理由です。

コーティングの高速酸素燃料 (HVOF) スプレーは、超硬質で耐食性のコーティングを鋼基材に塗布するために開発されました。 コーティングの硬さと厚さにより、研削が困難になります。 写真提供：ヒテムコ。

ビトリファイド ダイヤモンド技術は 1980 年代から存在しており、主にセラミックと超硬工具を研削するために開発されました。 レジンダイヤモンドホイールに対する「vit」ダイヤモンドの主な利点は、ホイール構造に自然な多孔性があり、より低温での研削が可能になることです。 切り粉の除去が向上します。 そしてさらに重要なのは、ホイールのドレス性です。

高速回転ダイヤモンドドレッシングスピンドルとダイヤモンド含浸ディスクによりツルーイングとドレッシングを同時に行います。 ホイールは、接触点でホイールとともに一方向に回転するディスクを使用してツルーリングを行うことができ、より良い仕上げを得るために反対方向または逆方向に回転してドレッシングを行うことができます。

高精度のスピンドルとダイヤモンド ドレッシング ディスクは、高い剛性、スムーズな動作、2 ミクロン以上の軸方向および半径方向の振れ値を備えたこの作業に適しています。

新しい技術の価値を証明するために、SL Munson & Co. は計装されたブロームグラインダーで砥石車の研究を実施しました。 既知の品質の 120 グリットおよび 400 グリット ダイヤモンドのレジンボンド砥石を、Krebs & Riedel GmbH が供給するビトリファイドボンド ダイヤモンド砥石と比較しました。 スピンドル出力、除去された材料の体積、グラインダーの設定値に対する除去された材料の測定値、および表面仕上げが測定されました。

新しい樹脂ホイールは簡単に切断できましたが、スピンドル出力はすぐに直線的に上昇し、計測機器のハードウェアとソフトウェアで測定した場合に 8 HP で安定しました。 ビトリファイドホイールは 4 馬力で始まり、最高 5 馬力、つまり樹脂ホイールの 62 パーセントまで上昇しました。 レジンホイールの電力需要は 2 倍になりましたが、ビットホイールの電力需要は 25% しか増加しませんでした。

これは、切断能力または切断の容易さを示します。 これは部品とコーティングにとって良く、グラインダーの長期寿命にとっても良いことです。 結果は再現性があり、120 グリット ホイールと 400 グリット ホイールの両方でさまざまな切込み深さに対して当てはまりました。

ビトリファイドホイールは、ガラスを付着させたり、荷重を加えたり、そらせたりすることなく材料を除去します。 製造現場のオペレーターは、樹脂ホイールを使用する場合、最終的なサイズに近づく傾向があり、グラインダーが除去するようにプログラムされているほど多くの材料を除去しません。

樹脂ホイールは、アルミニウム、ベークライト、場合によってはカーボンファイバーコアを使用して製造される傾向がありますが、最初の 2 つの材料は、特にホイールが自由に切断できない場合、機械の切り込みの一部をそらせて吸収する可能性があります。 これが発生すると、ホイールが跳ね返ってしまい、オペレーターがオーバーシュートして非常に高価な部品をサイズ不足で研削してしまうことがあり、再作業や塗装ブースでの再スプレーのために出張することになります。

研削試験後に測定された部品により、ガラス化ホイールがより多くの材料を除去し、除去するためにグラインダーにプログラムされたサイズに非常に近いサイズが達成されたことが確認されました。 予想通り、表面仕上げはビトリファイドボンドホイールの方が高く、同じ研削パラメータの下で約 50% 高くなりました。 これらのホイールは多孔質で快削性があるため、これは予想通りでした。

樹脂ホイールは、新品のときも、スティックドレッシングをしたばかりのときも、より良い表面仕上げを実現しますが、使用して光沢が出るにつれて、研磨するよりも摩擦が多くなります。 ビトリファイドホイールは、粗研削後に良好な仕上げを達成するために、ゆっくりと軽くドレッシングできるだけでなく、より細かい粒径のダイヤモンドも使用できます。 240 グリットのビトリファイドホイールは、120 グリットのレジンボンドホイールとほぼ同じ速度で研削でき、同じ仕上がりが得られます。

研削後のテストホイールにはTCコーティングが施された樹脂ホイールが見られます。 写真提供：SL Munson & Co.

高強度鋼に適用された HVOF 溶射タングステン カーバイド コーティングの研削である AMS2449 は、20 年以上にわたって航空宇宙産業に貢献しました。しかし、人生のあらゆるものと同様に、物事は変化し、できれば新しい技術が古い技術に取って代わり、より良い方向に向かうでしょう。

新しい AMS2449A により、これらの部品のメーカーは、快適さのレベルと装置の状態に応じてレジンボンドホイールを引き続き使用できるようになりますが、より優れた生産を行うために、現在利用可能な最新のビトリファイドボンディング技術と回転ダイヤモンドドレッシング技術を使用することもできます。部品は、より短時間で、より効率的に、より低コストで最初に渡され、業界の利益になります。

Lou Padmos は、SL Munson & Co.、1404 Old Dairy Dr.、Columbia、SC 29201、803-252-3211、www.slmunson.com のアプリケーションおよびセールス エンジニアです。