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알루미늄 가공의 효율성 향상 – 샌드빅 코로만트의 M5C90 알루미늄 커터

자동차 산업은 무게라는 딜레마에 직면해 있다. 예를 들어, 2017년에 미국에서 제조된 경량 차량의 무게는 이름에 걸맞지 않게 평균 4,044파운드(lbs)에 달했다. 새로운 부품과 기술로 인해 차량의 무게는 증가하고 있지만, 환경적인 우려 사항들은 제조업체들이 차량을 경량화할 것을 요구한다. 경량 소재인 알루미늄은 이 문제를 해결할 수 있지만, 밀링과 가공에서 문제가 발생한다. 금속절삭분야의 글로벌리더 샌드빅 코로만트의 글로벌 자동차 부문 매니저 에두아르도 디본(Eduardo Debone)이 단일 밀링 커터가 어떻게 해결책이 될 수 있는지에 대해 소개한다.

알루미늄은 언제나 항공기에 사용되는 소재로 여겨진다. 항공 분야에서 알루미늄의 사용은 최초의 비행기 이전으로 거슬러 올라가 1800년대 후반 페르디난드 제플린(Ferdinand Zeppelin) 백작이 알루미늄을 사용해 자신의 이름을 딴 유명한 비행선의 프레임을 만든 데서 찾아볼 수 있다. 알루미늄의 경량성은 오늘날에도 여전히 유효하다. 예를 들어, 자동차 엔진 블록에서 알루미늄을 사용하여 무게를 크게 줄이고 연비를 개선할 수 있다.

또한 유럽 승용차의 파워 트레인에 보통 약 80 kg의 알루미늄이 포함되어 있다는 사실에서 알 수 있듯이 엔진이나 기어 박스 같은 부품들은 경량화를 위한 주요 관심 대상이다. 알루미늄이 점점 더 선호되는 금속이 되면서 가공 기계 제조업체들에게는 알루미늄을 더욱 바람직한 가공 소재로 만드는 전용 공구 솔루션이 필요하다.

복잡한 가공물
실린더 블록은 차량 엔진의 핵심 구조로, 차량을 움직이기 위해 동력을 발생시키는 여러 구동 부품으로 구성되어 있다. 수년 동안 실린더 블록은 주철 합금으로 제조되었지만, 오늘날의 승용차는 무게를 줄이기 위해 알루미늄 합금이 일반적으로 사용된다.

실린더 블록의 제조는 복잡하고 엄격한 공차가 요구되는 공정으로, 자동차 부품 생산에서 가장 많은 수의 기계가 사용된다. 실린더 블록 같이 중요하고 복잡한 자동차 부품의 황삭 및 정삭은 비용이 많이 들고 시간 걸리는 공정이다. 이 공정에는 여러 가지 공구가 필요한데, 이는 마찰 수준이 높아짐에 따라 열을 감소시키기 위해 셋업과 절삭유가 증가한다는 것을 의미한다.

엔진의 실린더 헤드도 종종 알루미늄으로 제조되는 중요한 부품이다. 실린더 블록의 상단에 위치하는 실린더 헤드는 연소실로 공기와 연료를 운반하고 밸브, 점화 플러그, 연료 인젝터 등 여러 부품으로 구성된다. 실린더 블록과 마찬가지로 실린더 헤드에도 정밀하고 안정적인 가공이 필요하다.

알루미늄은 주철보다 가벼울 뿐만 아니라 훨씬 연성이다. 따라서 표면 조도 불량, 버 발생, 불규칙한 공구 마모 등이 흔히 발생한다. 그렇다면 자동차 제조업체들은 어떻게 이러한 과제를 극복하여 사이클 시간 단축, 표면 조도 개선, 절감 효과 증대 등의 목표를 달성할 수 있을까?

단일 솔루션
금속 절삭 전문 기업 샌드빅 코로만트는 혁신이 단순성에 있다는 사실을 알아냈다. 제조업체들은 단면 밀링 가공에 여러 공구를 사용하는 대신 단일 솔루션을 구현함으로써 알루미늄 가공의 여러 과제를 해결할 수 있다. 단일 밀링 커터는 하나의 공구로 황삭 기능과 정삭 기능을 모두 제공하기 때문에 알루미늄에 가해지는 변형을 줄여 결과물의 품질을 높일 수 있다.

샌드빅 코로만트의 알루미늄 가공 솔루션에는 문제점이 없이 정확하며 버가 발생하지 않는 밀링 가공을 위한 혁신적이고 특허 받은 커터 설계가 다수 포함되어 있다. 여기에는 얇은 박판 부품 외에 실린더 헤드, 실린더 블록 및 커터 맞물림이 넓은 전체가 알루미늄인 부품의 황삭 및 정삭 단면 밀링 가공을 위해 설계된 M5 제품군의 M5C90 알루미늄 커터가 포함된다. 이 공구는 한 번에 황삭에서 정삭에 이르는 전체 공정을 완성할 수 있다.

여러 공구를 사용하는 대신 하나의 밀링 커터를 사용하여 알루미늄 가공을 개선하는 M5C90 커터
여러 공구를 사용하는 대신 하나의 밀링 커터를 사용하여 알루미늄 가공을 개선하는 M5C90 커터

특히 이 공구는 최대 6 mm의 축 방향 깊이에서 한 번의 패스로 황삭 및 정삭 밀링 가공을 수행할 수 있다. 그 결과 공구 수명이 5배 증가하고 사이클 시간이 200% 단축된다.

M5 커터 제품군의 핵심은 스텝 기술이다. 일련의 정교하고 수명이 긴 PCD(다결정 다이아몬드) 팁이 원형으로 배열되어 축 방향과 반경 방향 모두에서 가공물로부터 좀 더 많은 소재를 점진적으로 제거한다. 또한 공구의 마지막 날은 뛰어난 표면 조도와 평탄도를 제공하는 와이퍼 설계이다. 와이퍼와 날의 위치가 고정되어 있어 복잡하고 시간이 걸리는 사전 세팅 과정이 필요하지 않다. 자동차 알루미늄 부품을 완전히 완성하려면 여러 공구가 필요하지만, 이 다기능 솔루션은 가공 중에 변형 알루미늄 면의 대부분을 제거한다.

더욱 친환경적인 성능을 구현하기 위한 자동차 산업의 지속적인 노력의 일환으로 올바른 소재를 선택하는 것은 차량의 경량화에 필수적이다. 이와 동시에 M5C90 알루미늄 커터 같은 공구가 제공하는 더욱 간단한 가공법을 통해 제조업체들은 알루미늄 가공의 여러 과제와 복잡성을 극복할 수 있다. 결과적으로 알루미늄은 자동차 산업의 무게 딜레마에 대한 합당한 해결책으로 인정받을 것이다.

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.