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[연재] 공구 전문가로 부터 듣는다 – 알루미늄 가공 동향 ④ – 늘어나는 항공 분야 알루미늄 가공 수요에 대응하는 법

향후 알루미늄 가공공구 시장은 연간 4.5~6%의 성장률을 기록하며 시장규모가 점차 확대될 것으로 전망된다. 자동차와 항공 산업을 중심으로 알루미늄 사용량이 크게 늘어나면서 해당 공구시장 역시 크게 확대될 것으로 예상되기 때문이다.
자동차산업에서는 CO2 배출 감축 규제로 인해 경량소재 사용이 확대되는 가운데 전기 자동차가 확산되면서 e-하우징과 커버, 스크롤, 배터리 트레이 등의 부품에서 새로운 알루미늄 수요가 발생하고, 항공산업에서는 2038년까지 항공기 25,000대가 새로 추가되고 노후화된 항공기 14,210대가 교체되면서 알루미늄 사용량은 크게 증가할 것으로 보인다.
발터는 이런 시장 변화에 발맞춰 자동차와 항공 분야의 알루미늄 소재 부품들을 최적으로 가공할 수 있는 공구와 솔루션을 개발하고 기술지원 역량을 갖춰 해당시장을 지원에 나선다.
지난 해 10월호 부터 계속되는 연재 기사를 통해 자동차와 항공 산업을 중심으로 알루미늄 가공 시장동향과 함께 발터가 개발, 공급 중인 알루미늄 가공 공구와 솔루션을 소개하고 있다.

항공기 수요↑, 알루미늄 수요↑
맥킨지(McKinsey)의 자료에 따르면, 항공산업에서 2030년까지 전체 경량소재 사용비중은 78%에서 85%로 증가하고, 일반 알루미늄 사용량은 49%에서 42%로 줄어들지만 알루미늄합금이나 강화된 알루미늄의 사용은 11%에서 16%로 늘어 전체적으로 알루미늄 사용량은 증가할 전망이다. 

항공산업이 성장하는 것은 도시화와 부의 성장에 기인한다. 향후 전 세계적으로 이동성은 향상되고 더 많은 새로운 경로가 생겨날 것이다. 이런 사실은 에어버스 자료를 통해서도 확인할 수 있다. 자료에 의하면 2000년 47%에서 2018년 55%까지 도시화기 진행 되었고, 여행비용은 27억 달러에서 90억 달러로 약 3배 이상 늘어났으며 700개의 새로운 경로가 개발됐다. 

항공기산업은 2019년 22,680대에서 2038년 47,680대로 약 25,000대의 신규 여객기가 취항하며 2배 이상 성장할 것으로 예상된다. 게다가 항공기의 노후화로 교체가 필요한 항공기 수도 14,210대에 이를 전망이다. 2038년까지 총 39,210대의 새로운 항공기 수요가 발생한다는 의미다. 

2038년까지 필요한 신규 항공기 39,210대를 크기별로 구분해보면 소형항공기는 29,720대(76%), 중형 항공기는 5,370대(14%), 대형 항공기는 4,120대(10%)로, 중․단거리용 소형 항공기가 크게 늘어날 전망이다. 

 2038년까지 필요한 신규 항공기 39,210대를 크기별로 구분해보면 소형항공기는 29,720대(76%), 중형 항공기는 5,370대(14%), 대형 항공기는 4,120대(10%)로, 중․단거리용 소형 항공기가 크게 늘어날 전망이다.
2038년까지 필요한 신규 항공기 39,210대를 크기별로 구분해보면 소형항공기는 29,720대(76%), 중형 항공기는 5,370대(14%), 대형 항공기는 4,120대(10%)로, 중․단거리용 소형 항공기가 크게 늘어날 전망이다.

에어버스의 대표적인 소형 항공기인 A320NEO에 사용된 소재와 공구를 보면, 해당 항공기에는 알루미늄/리튬알루미늄합금 60%, 티타늄 14%, 복합소재 12%, 기타 소재 7%가 사용됐다. 알루미늄 사용량이 절반 이상을 차지했는데, 자동차산업과 달리 리튬이 첨가된 알루미늄합금 많이 사용됐고 티타늄, 복합소재 등과 같은 다른 경량 소재도 상당량 사용됐음을 확인할 수 있다. 이는 항공기 동체와 구조물뿐 아니라 엔진 하우징, 터빈 디스크, 블레이드, 랜딩기어 빔, 스트럿 등의 부품들은 대체적으로 가공이 쉽지 않다는 것을 뜻하기도 한다. 

알루미늄 소재를 가공하는 데는 솔리드 초경 엔드밀 45%, 인덱스 밀링 26%, 솔리드 초경 드릴 12%, HSS 드릴링과 밀링이 각각 5%, 3%, PCD공구 3%가 사용됐다. 이런 사실에 비춰볼 때 향후 항공기산업에서 초경 엔드밀과 인덱스 밀링 등과 같은 밀링 공구에 대한 수요가 많이 발생할 것으로 짐작된다. 

알루미늄은 가공과정에서 소재의 많은 양이 제거되다 보니 가공시간이 중요하다. 알루미늄을 사용하는 대표적인 항공기부품인 윙 립의 경우 솔리드 초경 공구를 이용한 황삭과 세미 피니싱에 전체 가공시간의 74%를, 인덱싱 밀링을 사용한 중삭에 26%를 소요하는 것으로 나타났다. 

 에어버스 항공기의 소재와 공구를 확인해 본 결과, 알루미늄 사용량이 절반 이상을 차지했다. 이는 항공기 동체와 구조물의 부품들은 대체적으로 가공이 쉽지 않다는 것을 뜻하기도 한다.
에어버스 항공기의 소재와 공구를 확인해 본 결과, 알루미늄 사용량이 절반 이상을 차지했다. 이는 항공기 동체와 구조물의 부품들은 대체적으로 가공이 쉽지 않다는 것을 뜻하기도 한다.

스페셜한 요구에 대응하는 Walter Xpress
알루미늄 가공에서는 생산별 맞춤 공구 설계와 여러 단계의 복합공정을 하나의 공구로 작업할 수 있는 스페셜 공구가 많이 사용된다. 생산성을 저해하는 공구 교환시간이나 전체 가공공정의 흐름을 최적화하는데 도움을 주기 때문이다. 

발터는 Walter Xpress를 통해 범용 공구는 물론 스페셜 공구를 고객의 주문부터 납품까지의 과정을 2~3주 이내에 모두 완료한다. 고객은 여러 가공공정을 하나의 공구로 집약하는 스페셜 공구를 통해 가공공정을 최적화하고 가공효율을 최대화할 수 있으며 가공시간을 단축할 수 있다. 게다가 고객의 입장에서는 짧은 납기로 인해 공구 재고 수준을 낮출 수 있기 때문에 불필요한 낭비를 줄일 수 있다는 이점을 누릴 수 있다. 

Walter Xpress에는 황삭, 정삭, 범용 가공과 5축 가공을 위해 특별히 맞춤 설계된 공구들이 있으며 항공산업은 물론 자동차, 일반엔지니어링 가공에서도 활용이 가능하다. 

항공부품 가공에 특화된 공구들
Walter Xpress를 통해 공급되는 알루미늄 소재의 항공기부품을 가공하기 위한 제품으로는 T-slot Cutter, 포켓 바닥 정삭용 Walter Prototype HPC Al30 엔드밀, 얇은 벽 가공 전용 Walter Prototype HPC Al35 엔드밀, 높은 벽 정삭용 Walter Prototype HPC Al38 엔드밀, Walter Prototype Al30 테이퍼 정삭 엔드밀, 가공이 어려운 코너용 황삭 및 정삭용 HPC Al40 엔드밀, Walter Prototype HPC Al45 엔드밀, Walter Prototype Supreme MB 264/MB265/MB266 엔드밀, Walter Prototype Supreme MB464 등이 있다.

 Walter Xpress를 통해 공급되는 알루미늄 소재의 항공기 부품인 윙립을 가공하기 위한 제품들
Walter Xpress를 통해 공급되는 알루미늄 소재의 항공기 부품인 윙립을 가공하기 위한 제품들

이중 스페셜 공구로 공급되고 있는 솔리드 초경 엔드밀의 특징과 용도를 정리해보면 다음과 같다. 

– MB265 : 황삭, 플 슬롯 깊이 1.5×Dc, 내부 쿨런트
– MB266 : 황삭․정삭, 범용엔드밀, 플 슬롯 깊이 1×Dc, 내부 쿨런트
– MB264 : 황삭․정삭, 불안정한 조건, 코너 부위 특화, 풀 슬롯 깊이 1.5~2×Dc, 내부 쿨런트
– Al45 : 황삭․정삭, 범용엔드밀, 플 슬롯 깊이 1.5×Dc, 외부 쿨런트
– MB464 : 황삭․정삭, 커피밀링, 내부 쿨런트
– Al30 Conical : 5축가공 카피밀링, 카피 정삭을 위한 특수 형상 보유
– Al30 : 얇은 포켓 바닥 정삭
– Al35 : 긴 옆날 정삭 작업, 5×Dc 깊이 까지, 얇은 벽면 가공, 엔드밀 코어 두께 키움. 센터 날 없음.
– Al38 : 긴 벽부위 정삭, 얇은 벽 가공
– Al40 : 황삭․정삭, 코너 부위 특화, 긴 날장 정삭, 플 슬롯 깊이 1×Dc, 내부 쿨런트 

M2131/M2331는 고속 밀링작업을 위해 개발된 범용 직각 램핑 커터로 고속가공에 추천되는 특성을 두루 갖췄다. 구체적으로 높은 동심 정밀도와 정밀하게 밸런싱된 바디를 갖췄고, 코너 직경이 서로 다른 2가지 크기의 인서트가 사용되며, 인서트는 포켓 밀링용으로 특수 설계된 형상으로 되어 있어 고속가공 시 원심력으로 인한 접촉률 저하를 최소로 줄여준다. M2131에는 WNN15 재종이, M2331에는 WMG40 초경 재종이 각각 사용된다. 

M2131은 고속 밀링작업을 위해 개발된 범용 직각 램핑 커터이다.
M2131은 고속 밀링작업을 위해 개발된 범용 직각 램핑 커터이다.
발터의 ISO N 인서트. ZDGT 타입이다.
발터의 ISO N 인서트. ZDGT 타입이다.

알루미늄합금과 알루미늄-리튬합금 소재의 항공기 구조물 부품 가공용으로 적합하며, 칩 배출능력이 뛰어나므로 특히 포켓 황삭 가공과 예비정삭 가공용으로 최적이다. 

M2331 커터는 예를 들어 Dc 50mm, 33,000rpm과 같은 극단적인 고속가공을 실현하며 마키노 장비 전용이라는 점에서 M2131과 차이가 있다. 따라서 M2131 커터는 HSK․Screw Fit․평형 생크 또는 실린더 보어 등의 다양한 인터페이스가 가능하지만, M2331 커터는 마키노 장비 전용 HSK, Screw Fit 인터페이스만 가능하다.

M2331 커터는 예를 들어 Dc 50mm, 33,000rpm과 같은 극단적인 고속가공을 실현하며 마키노 장비 전용이라는 점에서 M2131과 차이가 있다.
M2331 커터는 예를 들어 Dc 50mm, 33,000rpm과 같은 극단적인 고속가공을 실현하며 마키노 장비 전용이라는 점에서 M2131과 차이가 있다.

M2131 커터의 최대 절입깊이는 15mm 또는 20mm이고 직경은 25~80mm 또는 1~3″이며, M2331 커터의 최대 절입깊이는 15mm 또는 20mm이고 직경은 32~50mm 또는 1.5~2″이다. 

M2131/M2331 커터를 사용하면 고객은 고속가공에서도 높은 공정안전성과 가공효율 향상으로 인한 가공시간 단축, 구성인선 억제로 공구수명 연장이라는 혜택을 누릴 수 있다. 

한국발터 마케팅팀 강희성 부장
한국발터 마케팅팀 강희성 부장

이번 호를 마지막으로 알루미늄 가공 동향 연재를 마칩니다.

[연재] 공구 전문가로 부터 듣는다. 알루미늄 가공 동향 관련 기사 

[알루미늄 가공동향] ① 우리가 알루미늄에 주목하는 이유

[알루미늄 가공동향] ② 급변하는 자동차 시장과 알루미늄 가공

[알루미늄 가공동향] ③ 자동차 부품을 위한 알루미늄 공구

[알루미늄 가공동향] ④  늘어나는 항공 분야 알루미늄 가공 수요에 대응하는 법

About 이상준 기자

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