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[소재 특집 ③] 난삭재 가공, 더 이상 어렵지 않다

최근 경량화를 위해 타이타늄 소재에 대한 연구가 활발해지고, 항공·우주나 에너지 등 고부가가치 산업이 성장함에 따라 강도는 물론 내열성과 내식성, 내마모성 등이 뛰어난 신소재에 대한 관심이 증가하고 있다. 문제는 이러한 소재들이 대부분 난삭재의 범주에 포함된다는 사실이다. 난삭재라고 하면 강도(strength)가 높은 소재만을 떠올리기 쉽지만, 높은 인성(toughness)이나 취성(brittleness) 역시 난삭성의 요인이 된다. 가공경화나 구성인선이 발생하기 쉬워도 가공에 애를 먹을 수 있다.

이처럼 난삭성에 영향을 미치는 요인이 다양한 만큼, 난삭재에 대처하는 방법 또한 여러가지가 있다. 다이아몬드와 같은 소재로 만든 공구를 활용하거나 강성이 뛰어난 공작기계를 도입할 수 있으며, 윤활 시스템을 최적화하는 것도 하나의 방법이다.

난삭재 가공에 특화된 5축 머시닝센터, M3-5AX와 M4-5AX – 화천

화천의 M3-5AX와 M4-5AX는 난삭재를 포함한 다양한 소재 가공에 특화된 5축 수직형 머시닝센터다. 특히 M4-5AX는 항공기 부품에 흔히 쓰이는 타이타늄(Ti6Al4V)과 인코넬(Inconel 718), SUS316L 등 난삭재의 황삭 가공에도 대응할 수 있어 주목을 모으고 있다. 실제로 쉘엔드밀(Φ50)을 장착한 M4-5AX로 타이타늄 소재를 분당 400cc 가량 제거할 수 있었다. 인코넬 718 소재를 황삭 가공할 경우, 초경 공구도 활용 가능하지만 세라믹 공구(Φ63)를 이용하면 최대 20배 빠른 속도(분당 500cc)로 가공할 수 있다.

화천의 5축 가공기 M3-5AX
화천의 5축 가공기 M3-5AX

이유는 바로 화천 내에서 자체적으로 제작한 로터리 테이블 및 고강성 스핀들에 있다. 정밀도와 강성이 뛰어난 프레임 구조는 타이타늄이나 인코넬 등의 난삭재를 가공하더라도 높은 생산성과 정밀도를 얻을 수 있다. 그리고 5축 가공기의 특성 상, 한 번의 세팅만으로도 복잡한 형상을 가공할 수 있어 부품 가공뿐 아니라 금형 가공의 효율성 또한 향상된다.

M3-5AX의 가공 장면
M3-5AX의 가공 장면

또 다른 요인으로는 ‘화천의 5축 소프트웨어 기술’이 있다. M3-5AX와 M4-5AX에 탑재된 회전축 중심 최적화 시스템(HRCC V2)은 회전축 중심뿐만 아니라 회전축선의 틀어진 양도 최적화할 수 있어 5축 가공의 정밀도를 40% 이상 향상시킨다. 화천에서 독자적으로 개발한 로터리 테이블은 가공물의 높이에 따라 제한된 공구 길이 문제를 해결하고 가공 영역 내의 간섭을 최소화하는 구조로 제작되었다. 이외에도 M3-5AX와 M4-5AX는 원활한 칩 처리를 위한 샤워 절삭유 장치, 정밀도 유지를 위한 로터리 테이블 냉각 시스템, 무거운 소재 세팅을 간편하게 하는 자동 천정 개폐 시스템 등을 갖추고 있다.

고경도 부품의 선삭 가공을 위한 인서트, CB7105와 CB7115 – 샌드빅 코로만트

샌드빅 코로만트의 선삭 가공을 위한 인서트 CB7105와 CB7115는 CBN(Cubic boron nitride) 재질로 만들어져 있어 경도가 높은 표피경화강이나 고주파 열처리강 등의 소재를 빠른 속도로 가공하더라도 상면 마모나 파손이 잘 일어나지 않는다. 또 표면조도가 뛰어난 TiN-PVD 코팅 및 노란 색상으로 인해 절삭날의 사용 및 마모 정도를 손쉽게 확인할 수 있다. CB7105와 CB7115의 공통적인 장점으로는 높은 표면조도와 안정적인 인선을 통한 일관된 공구 수명 등이 있다.

샌드빅 코로만트의 CB7105
샌드빅 코로만트의 CB7105

그렇다면 CB7105와 CB7115 간에는 어떤 차이점이 있을까. 우선 CB7105는 빠른 속도로 연속 절삭하거나, 절입 깊이와 칩 부하가 작은 경우에 최적화되어 있다. CB7115는 중속 및 고속에서 연속 또는 경단속 절삭을하거나 칩 부하가 큰 경우에 적당하다. 특히 CB7115는 우수한 표면 품질과 치수 공차를 위한 한 번에 가공 전략을 활용할 수 있어 부품 가공 당 비용이 절감된다.

안전하고 정밀한 타이타늄 가공을 위한 열박음 iLock™ 치공구 시스템 – 샌드빅 코로만트

타이타늄은 인체친화성과 내식성이 뛰어나 인공관절이나 임플란트, 항공기 부품 등 다양한 분야에 활용된다. 하지만 경도가 높아 가공하는 데 있어 많은 애로사항이 발생한다. 과도한 축 방향 부하로 인해 홀더로부터 엔드밀이 이탈하는 경우가 그중 하나다. 이에 샌드빅 코로만트는 열박음(shrinkage fitting)을 통해 클램핑의 안정성과 정밀성을 높인 iLock 치공구 시스템과 해당 시스템이 적용된 엔드밀 제품군 CoroMillⓇ Plura를 선보였다.

샌드빅코로만트의 열박음 iLock™ 치공구 시스템
샌드빅코로만트의 열박음 iLock™ 치공구 시스템

iLock 치공구 시스템의 장점으로는 런아웃 정밀도를 저해하지 않으면서도 엔드밀을 단단히 고정할 수 있어 안전성과 정밀도를 모두 보장할 수 있다는 점을 들 수 있다. 또 기존 솔루션에 비해 3배 더 깊이 절삭할 수 있어 생산 시간이 대폭 줄어든다. 런아웃 정밀도에 대한 요구가 높은 타이타늄 밀링은 물론 강이나 스테인리스강 밀링에서도 보완적으로 사용할 수 있다. 또한 풀 슬롯 황삭부터 사상 밀링까지 다양한 가공에 범용적으로 적용 가능하다.

[제조업과 소재 특집] 연결기사 보기
①제조업의 근간, 소재산업의 현주소
②경량화, 선택 아닌 필수
③난삭재 가공, 더 이상 어렵지 않다
④더 나은 소재를 찾기 위한 여정

About 송해영 기자

제조업이 꼭 어려울 필요 있나요? 쉽지만 깊은 기사를 쓰기 위해 노력하고 있습니다:)