미국 내 Tier-1 공급업체를 위한 항공우주 분야 단조 프로젝트

프로젝트 개요

본 사례는 상용 및 국방용 항공기 추진 시스템을 전문으로 하는 미국 기반 주요 Tier-1 항공우주 부품 공급업체와의 전략적 항공우주 단조 협업을 보여준다. 프로젝트는 극한의 열적·기계적 하중 조건에서 작동하는 고신뢰성 티타늄 합금 터빈 디스크(핵심 회전 부품)의 설계, 재료 적격성 검증, 양산을 포함하였다. 총 18개월에 걸친 이 이니셔티브는 엔지니어링 협업, ASTM/AMS 규격을 준수하는 공정 개발, AS9100 인증을 획득한 제조를 통해 총 3개의 양산 로트(472개 정밀 단조 부품)를 완료하였다. 범위에는 전체 추적성 확보(열처리 로트 번호, 다이 ID, 비파괴 검사 기록), NAS970 기준 치수 검증, 그리고 오하이오주 및 캘리포니아주에 위치한 ITAR 관리 시설로의 납품이 포함되었다.

문제 분석

고객사는 공급망의 불확실성과 미국 국방부의 조달 규정 강화라는 압박 속에서 핵심 단조 능력을 현지화해야 할 점점 커지는 압력을 받고 있었다. 기존 해외 협력사의 경우, 입자 흐름 균일성 부족, 초음파 검사(AMS 2631 기준) 시 간헐적으로 발견된 내부 불연속 결함, 그리고 요구되는 티타늄 합금 Ti-6Al-4V ELI(초저불순물) 화학 성분 허용 오차(특히 산소 및 철 함량) 미준수 등의 문제를 겪고 있었다. 또한 납기 기간이 24주를 초과하여 차세대 트러보팬 엔진 프로그램의 엔진 조립 일정에 심각한 위협이 되고 있었다. Tier-1 협력사는 항공우주 등급 티타늄 단조 분야에서 검증된 전문 역량, 엄격한 공정 관리 능력, 그리고 인증 무결성을 훼손하지 않으면서도 공학 변경 명령(ECO)에 신속히 대응할 수 있는 국내 기반 파트너를 긴급히 필요로 했다.

제공된 솔루션

우리는 전용 항공우주 단조 셀을 구축하였으며, 이 셀에는 5,000톤 유압 프레스, 진공 분위기 가열 용광로, 그리고 ±1°C 정확도로 보정된 실시간 열 프로파일링 시스템이 장착되어 있습니다. 고객사의 금속학 팀과 긴밀히 협력하여 다단계 폐쇄형 다이 단조 공정(프리폼 설계, 제어된 변형률 속도에 의한 소성변형, 후단조 공기 냉각 램프 프로파일 포함)을 최적화함으로써 균일한 등축 미세조직(ASTM E112 등급 5–6)을 달성하고 유동선 중단 현상을 제거하였습니다. 모든 빌릿은 AMS 4911 요구사항을 충족하는 인증된 미국 제강소 원재료에서 조달되었으며, 완전한 제강소 시험 보고서 및 PMI 검증 자료가 첨부되었습니다. 각 단조 부품은 AMS 2631 Class A 기준에 따라 100% 자동 초음파 검사, AMS 2644 기준에 따른 침투 검사(Dye Penetrant Inspection), 그리고 GD&T 제어 CAD 모델 대비 치수 CMM 검사를 모두 통과하였습니다. 또한 고객사의 MRP 플랫폼과 연동된 디지털 배치 기록 시스템을 도입하여 실시간 상태 업데이트와 PPAP 문서(FAI 보고서 및 공정 능력 분석 보고서 포함, 주요 치수에 대한 Cpk ≥ 1.67)에 대한 즉시 접근을 가능하게 하였습니다.

프로젝트 결과

이 프로젝트는 총 472개의 단조 부품 전반에 걸쳐 99.4%의 1차 합격률을 달성했으며, 금속 조직적 완전성 또는 치수 적합성과 관련된 부적합 사례는 전혀 발생하지 않았다. 평균 납기 기간은 11.2주로 단축되어 이전 실적 대비 53% 개선되었고, 이를 통해 1차 협력사(Tier-1 공급사)는 시제 엔진 제작 일정을 실제 달력 기준으로 2분기 앞당길 수 있었다. 초음파 검사 결과, 기준 감도를 초과하는 불연속 지시 신호(indication) 비율은 0.1% 미만으로, 계약상 허용 한계치인 1.5%를 훨씬 하회하였다. 특히, 납품된 모든 터빈 디스크는 고객사의 후속 열처리, 가공 및 최종 스핀 테스트를 모두 무사히 통과하여 반려되지 않았다. 이러한 성과를 바탕으로, 티타늄 및 니켈 기반 초내열합금으로 제작되는 추가 5개 부품을 포함한 3년간의 프레임워크 계약이 체결되어 당사의 미국 항공우주 시장 내 입지가 확대되었다.

고객 피드백 및 전략적 영향

공급업체의 첨단 제조 부문 이사는 ‘그들의 티타늄 단조 물리학에 대한 심층적 이해 — 단순한 장비 조작이 아니라 — 가 차이를 만들었다’고 밝혔다. ‘그들은 우리 엔지니어링 제약 조건을 생산상의 장애물이 아니라 절대 타협할 수 없는 설계 입력 요소로 간주했다. 이 파트너십은 우리 Tier-1 공급망의 탄력성을 강화했으며, 미국 국방부(DOD) 신뢰 공급업체 지위 달성이라는 우리의 약속을 뒷받침한다.’ 이 항공우주 단조 프로젝트는 미국 내 고도로 규제된 항공우주 시장에서, 임무 수행에 필수적인 부품을 요구하는 엄격한 Tier-1 항공우주 공급업체에 대한 당사의 역량을 입증한다 — 이는 금속학적 엄격성, 규제 준수 체계, 그리고 신속한 실행 능력을 결합한 결과이다.