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‘다음 블랙 스완 현상에 대비하기’ – 제조 기업이 위험에 대비하는 방법

금속 절삭은 각 소재에서 최상의 결과를 얻기 위해 공정을 미묘하게 변화시켜야 하는 정밀 과학이다. 그러나 우리는 정확한 시대와는 거리가 먼 시대에 살고 있으며, 분석가들은 산업계가 현재 진행 중인 코로나 19 팬데믹으로 인해 야기되는 시장의 예측 불가능성 또는 ‘뉴노멀’에 대비해야 한다고 예측한다. 샌드빅 코로만트의 제품 매니저 롤프 올로프손(Rolf Olofsson)이 선삭 가공 공정이 재료에 따라 어떻게 달라지는지와 이를 통해 제조업체들이 어떻게 앞으로의 불확실한 시기에 완전히 대비할 수 있는지를 설명했다.  

코로나 19로 인해 산업계는 우리 모두를 충격에 빠뜨리는 예측 불가능하고 중요한 사건을 가리키는 용어인 ‘블랙 스완’을 경험하고 있다고 해도 과언이 아니다. 

제조업체들은 뉴노멀의 시대에 두 가지 시나리오에 직면할 수 있다. 일부 제조업체들은 오히려 높은 수요에 직면했으며, 식품 생산, 의약품 등 일부 필수 산업들은 봉쇄 중에도 수요가 증가했다. 이 경우에는 금속 제거율을 높이고 사이클 시간을 단축하며 생산 배치 간의 빠른 전환을 지원하는 툴링 솔루션이 필요하다. 

SAC192 - ST - Sandvik Coromant's new steel turning grade series - HN (2)

반면 다른 제조업체들은 낮은 수요에 직면했다. 이러한 업체들은 생산 중단을 줄이고 자동화 생산을 지원하여 날당 가공물 수를 높이는 동시에 공정 안정성을 보장하는 공구가 필요하다. 예를 들어, 일부 대량 제조 부문은 생산이 거의 중단되었다.

어떤 경우든 수익성 있는 강 선삭 가공의 열쇠는 기계에서 절삭날에 이르기까지 최상의 공구 셋업을 구현하는 동시에 올바르게 적용하는 지식을 갖추는 것이다.

또한 제조업체들은 장기적으로 이러한 목표를 유지해야 한다. 아무도 이 블랙 스완 현상이 얼마나 지속될지 확신할 수 없기 때문이다. 최근의 코로나 19 브리핑 노트에서 맥킨지앤드컴퍼니(McKinsey & Company)는 앞으로의 제조 환경을 제조업체들이 고객 시장에서 예측 불가능하고 오래 지속되는 변화를 예상할 수 있는 ‘넥스트 노멀’로 설명한다.

이 보고서에 따르면 제조업체들이 사회 경제적으로 생존하기 위한 경로를 찾으려면 회복력이 필요하다. 또한 PwC는 또 다른 보고서에서 기업들이 사라진 시장으로 인해 어쩔 수 없이 또는 단순히 기회를 포착했기 때문에 새로운 산업으로 확장하고 새로운 수익원을 활용해야 한다고 권고했다. 

결정적으로 제조업체와 생산 현장은 전 세계적인 유행병의 지속적인 영향뿐만 아니라 다음 블랙 스완 현상에도 대처할 수 있을 만큼 충분히 유연해야 한다.

생산 유연성
하지만 제조업체들에게 유연성은 무엇을 의미할까? 유연성은 배치 간의 빠른 전환, 재고 최적화 또는 감소, 마모된 인서트의 교체에 필요한 생산 중단 횟수의 최소화 등 다양한 요인으로 구성된다. 

이러한 유연성을 실현하기 위해 제조업체들은 인서트의 툴링을 포함한 올바른 강 선삭 솔루션을 선택하여 생산 효율성을 높여야 한다. 현재 대부분의 제조업체들은 인서트를 위해 선택한 재종의 중요성을 인식하고 있다. 그러나 상당수는 인서트 재종, 공구 홀더, 클램핑 등을 아우르는 전체적인 툴링 개념을 고려함으로써 생산성을 높이고 비용을 줄이며 공정 안정성을 향상시킬 수 있다는 사실을 깨닫지 못하고 있다. 

이는 샌드빅 코로만트 고객들이 조언을 필요로 하는 까다로운 소재를 가공할 때도 적용되어야 한다. 이러한 소재로는 특히 GC4415 및 GC4425와 관련이 있는 비합금강과 저합금강을 포함한 ISO P 하위 소재 그룹이 있다. 최적의 결과를 얻으려면 각 소재의 차이를 이해해야 한다. 

일반적으로 모든 제조업체들은 다음 목표 중 적어도 세 가지를 달성하려고 한다. 금속 제거율 증가, 날당 가공물 수 증가, 사이클 시간 단축, 낭비 최소화, 재고 사용 최적화가 이러한 목표이다. 이는 또한 제조업체들에게 동일한 재종으로 여러 강 가공물을 가공하는 능력을 의미하기도 한다.

목표는 간단하지만 ISO P 그룹은 그렇지 않다. ISO P 금속은 단일 재료로는 관리하기 어려울 수 있는 여러 가지 특성을 보인다. 반대로 S 그룹에 속한 HRSA를 가공하는 경우 낮은 열전도도 때문에 절삭 영역에 열이 집중되어 절삭 공구가 변형되는 상황에 직면할 수 있다. 이 특성 하나만 있으면 상대적으로 대응하기가 쉽지만, ISO P 그룹 재료처럼 여러 가지 특성이 존재할 경우 더욱 까다로울 수 있다.

예를 들어, 재료 전문가 테레세 맥칼리스터(Therese McAllister)의 설명 처럼 한 소재가 저합금강의 점착성에 특수한 열전도도를 갖고 있다면 어떨까? 하나의 공구로는 두 특성에 모두 대응할 수 없고 과도한 마모가 발생할 것이다. 

핵심 문제는 금속 절삭이 저저항 재료의 절삭과 같지 않기 때문에 절삭 공구에 의해 둘로 절단되는 것이 아니라 재료가 칩 형태로 제거될 때까지 압력이 가해진다는 점이다. 이 과정에서 엄청난 열과 마찰 그리고 화학 반응이 발생해 확산과 크레이터링을 초래할 수 있다. 또한 압력 자체도 손상을 줄 수 있다. 

따라서 대부분의 고객은 앞서 이야기한 다섯 가지 목표 중 적어도 세 가지를 달성하고 싶어 하지만, 단순히 절삭 매개 변수를 조정해 속도를 높이는 것만으로는 단 하나의 목표도 달성할 수 없을 것이다. 우주 항공 및 베어링 산업용 고정밀 부품을 제조하는 가공 현장이나 에너지 및 탄소 감축 목표를 달성하고자 하는 제조업체에게 물어보면 알 수 있다.

신약성서의 고린도전서에 나오는 유명한 구절 ‘내가 여러 사람에게 여러 모습이 되는 것’, 즉 팔방미인이 되는 것은 불가능하지만, 우리는 여전히 다음의 블랙 스완 현상이 유연성의 문제가 되는 상황에 직면하고 있는 것이다. 

수익성 있는 유연한 강 선삭 가공
샌드빅 코로만트는 이러한 과제를 해결하기 위한 연구 및 개발에 엄청난 노력을 기울였고, 이러한 노력의 결과로 GC4415와 GC4425라는 이름의 새로운 P 선삭 초경 재종을 출시했다. 이 과정은 2세대 Inveio® 기술을 중심으로 진행되었다. 1세대 Inveio는 알루미나 코팅 층에 새로운 차원의 내마모성 및 공구 수명을 보장하는 단방향 결정 구조의 최신 기술이었다.

2세대 Inveio 기술은 결정 방향이 더욱 개선되어 내마모성, 품질 일관성 그리고 성능이 더욱 향상되었다. 이러한 특징으로 인해 내열성과 인성도 높아져 적용 범위가 넓어졌을 뿐만 아니라 가공 현장이나 제조업체에서 ISO P 선삭의 문제에 대응하는 동시에 다섯 가지 핵심 목표를 달성할 수 있게 되었다. 또한 대량 생산과 배치 생산 모두에서 독보적인 수준의 유연성을 제공한다.

 샌드빅 코로만트의 새로운 ISO-P 강 가공용 선삭 인서트 제품군인 GC4415와 GC4425

샌드빅 코로만트의 새로운 ISO-P 강 가공용 선삭 인서트 제품군인 GC4415와 GC4425

자동차, 발전, 우주 항공, 베어링, 석유 및 가스 등 다양한 산업 부문이 이러한 혁신의 수혜자가 될 것으로 기대된다. 일부 2세대 파트너들은 외경 및 내경 가공, 황삭 및 정삭, 연속 절삭 및 경단속 절삭 등 다양한 작업에서 이미 새로운 P 선삭 초경 재종을 사용하고 있다. 

샌드빅 코로만트의 한 일반 엔지니어링 산업 고객이 샌드빅 코로만트의 GC4425 초경 인서트를 사용해 압력 롤러를 제조하여 제품을 테스트했다. GC4425는 내마모성, 내열성 및 인성이 향상되도록 설계되었다. 또한 더 높은 절삭 조건에서도 사용할 수 있다. 평균 205 HB의 브리넬 경도에 복잡하고 가공하기 어려운 비합금에서 고합금에 이르는 재료를 일컫는 ISO P 재료에 인서트를 사용했다.   

가공물에는 연속 외경 축 방향 선삭 가공 및 준정삭 가공을 수행했다. 절삭 속도(vc)는 200m/min였고, 이송률(fn)은 0.4 mm/rev였으며, 깊이(ap)는 4.0mm였다. 경쟁사의 인서트는 소성 변형으로 인해 마모 전에 12개의 가공물을 가공하는 데 그쳤다. GC4425 재종 인서트는 안정적이고 예측 가능한 마모로 수명이 50% 증가했다. 

넥스트 노멀이 무엇일지, 글로벌 팬데믹 이후가 어떻게 될지 아직 아무도 정확하게 모른다. 그러나 샌드빅 코로만트는 고객의 목표와 금속 절삭이라는 정밀 과학을 완벽하게 이해한다. 즉, 블랙 스완 현상이 진행 중인 동안에도 금속 절삭의 잠재력을 극대화하여 미래에 수익성 있는 강 선삭을 지원하는 데 필요한 공구를 제공할 수 있다.

About 이상준 기자

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