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디스크 브레이크 가공의 경쟁력은 어디에?

지난 11월 2일, 케나메탈이 국내 메이저 공작기계 제조 기업인 화천과 함께 ‘최적의 브레이크 시스템 부품 가공을 위한 세미나’를 개최했다. 디스크 브레이크 가공의 생산성을 높이는 PcBN 인서트 솔루션과 다양한 복합 툴에 대한 소개가 이루어진 이날 행사에서는 실제 디스크 가공 시연도 진행되었다.

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자동차를 감속 또는 정지시키거나 주차 상태를 유지시켜주는 브레이크. 최초의 브레이크 시스템인 슈 브레이크부터 가장 최근의 ESC(Electronic Stability Control)까지, 자동차의 고성능화 속에서도 안정적인 제어가 가능하도록 진화에 진화를 거듭하고 있다. 현재 가장 일반적으로 적용되고 있는 것은 디스크 브레이크다. 이름처럼 원반 모양을 띄고 있는 이 브레이크는 차륜과 일체로 회전하다가 제동 시 디스크 양면에 브레이크 패드가 압착되며 발생하는 마찰을 통해 제동력을 발휘한다.

자동차 업계의 고성능화, 경량화 트렌드로 디스크 브레이크 역시 중량 다이어트에 대해 상당한 요구를 받고 있다. 이에 따라 소재 변경을 통한 경량화가 활발히 이루어지고 있는 상황이다. 주철과 알루미늄을 결합한 하이브리드 소재의 적용이 대표적이며, 고성능 차종에서는 세라믹 디스크 브레이크를 적용하기도 한다. 그러나 아직까지도 대부분의 디스크 브레이크는 회주철을 소재로 하고 있다. 가장 일반적인 주철 소재로 내식성, 내마모성, 내진동성이 좋아 다양한 산업에 폭넓게 사용된다. 그러나 소재 특성상 가공 시 공구 수명이 저하되는 문제가 발생하게 되는데, 이에 공구 전문 기업인 케나메탈은 최적의 디스크 브레이크 가공을 위한 다양한 솔루션을 소개하는 자리를 마련하였다.

지난달 초, 서울 마곡지구에 위치한 화천종합연구센터에서는 ‘최적의 브레이크 시스템 부품 가공’을 주제로 케나메탈과 화천의 공동 세미나가 개최되었다. 최신 업계 동향 및 이슈, 최첨단 절삭 가공 솔루션에 대한 발표가 이어진 이번 행사의 핵심은 디스크 브레이크 가공 솔루션. 생산성 높은 디스크 브레이크 가공을 위한 솔루션 소개는 물론 해당 솔루션을 활용한 가공 시연까지 진행되었다.

경쟁력 향상을 위해 필요한 것은?

디스크 브레이크 시장의 경쟁이 심화될수록 단가 인하에 대한 압박도 증가하고 있다. 가공 측면에서 단가 문제를 해결하는 방법은 가공 조건이나 공구 수명을 향상시켜 생산성을 높임으로써 제품 하나 당 생산 비용을 낮추는 것이다. 그러나 이것이 쉽지만은 않다. 앞서서도 설명했듯이 디스크 브레이크의 소재로 가장 많이 활용되고 있는 것은 회주철, 특히 F25 계열의 회주철이다. 대부분의 주물 소재에는 주조 과정에서 발생한 응력이 잔존하는데, 회주철은 상온에서 장시간 방치해 둠으로써 잔류응력을 제거할 수 있다. 때문에 주조와 기계 가공 사이에 최소 일주일의 에이징 기간이 필요하지만 수급 문제 때문에 잔류 응력을 충분히 제거하지 못하고 소재를 공정에 투입하는 경우도 생긴다. 이 경우에는 높은 정밀도가 요구되는 제품이라면 품질에 문제가 생길 수 있을 뿐만 아니라 가공 시 공구 수명이 급격히 떨어지는 문제가 발생한다. 또 기존 F25 계열 회주철의 기계 가공에는 초경, 세라믹 공구들이 주로 사용되고 있는데, 초경 공구는 300 – 450m/min, 세라믹 공구는 760 – 800m/min 정도의 절삭 속도를 추천하는 것이 일반적이다. 그러나 단가 경쟁이 심화되면서 절삭 속도를 더 향상시키고자 하는 요구도 증가하고 있는 상황이다. 이에 케나메탈은 새로운 재종의 인서트를 대폭 선보이며 제조 현장에서 가공 조건과 공구 수명을 모두 개선할 수 있는 방안을 제시 중이다.

수명, 속도 올리는 PcBN 인서트

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화천의 수직형 터닝 센터 VT-450과 케나메탈 의 PcBN 인서트 KBK45를 활용한 가공 시연이 진행 되었다. 세미나 참가자들이 장비 내 설치된 카메라를 통해 실시간 가공 상황을 확인하고 있다.

케나메탈이 디스크 브레이크 분야에서 가장 주력하고 있는 솔루션은 솔리드 타입 PcBN 인서트다. 접착제 역할을 하는 바인더의 함량을 줄여 전체 구성의 90% 이상을 PcBN 분말로 채움으로써 공구 성능을 향상시켰다는 것이 관계자의 설명이다.

이 날 행사에서 소개된 케나메탈의 솔리드 PcBN 인서트는 황삭용으로 제공되는 KBK45 재종과 정삭용 KB1340 재종이다. 회주철 가공에서 초경 인서트의 최대 절삭 속도가 450m/min, 세라믹 인서트의 최대 절삭 속도가 800m/min 정도다. 그러나 KBK45는 기본 추천 절삭 속도가 1,000m/min이다. 이송의 경우에도 절입량 0.25mm를 기준으로 회전 당 0.4mm에서 0.5mm까지 적용할 수 있다.

케나메탈 솔리드 PcBN 인서트를 통한 가공 성능 향상은 사례를 통해 더 자세히 확인할 수있다. 일본 완성차 기업인 닛산의 스페인 공장에서는 타사의 세라믹 인서트를 활용해 제품을가공했었다. 이 때 최대 절삭 속도는 595m/min, 코너 당 가공 가능한 워크 개수가 40개 정도였다. 그러나 케나메탈의 KBK45를 활용해 최대 절삭 속도를 1,000m/min까지 올리고, 코너 당 200개의 워크 가공이 가능해졌다. 공장 관계자는 “인서트 비용이 높아지긴 했지만, 절삭 속도와 공구 수명 향상으로 기계 정지 시간을 줄여 시간 당 생산량이 늘어났기 때문에 PcBN 인서트를 사용하는 것이 장기적으로는 이득”이라고 설명했다.

복합 툴로 더 효율적인 가공을

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(사진 1) 디스크 가공 시연을 위해 KBK45 인서트를 체결한 모습(사진 제공 – 화천)   (사진 2)가공 결과물과 그를 살피고 있는 참가자

사실상 시간 내에 얼마나 많은 제품을 생산하는지가 디스크 브레이크 시장의 경쟁력을 결정하는 요인이 되면서, 공구 업계는 단순히 인서트 자체의 공구 수명을 높이는 것 외에도 다양한 방식으로 비가공 시간을 줄일 수 있는 솔루션을 제공 중이다. 한 번의 세팅으로 다양한 가공이 가능한 복합 툴이나, 빠르게 툴 체인지가 가능한 퀵 커플링 방식 등이 그 예다. 케나메탈은 세미나를 통해 디스크 브레이크는 물론, 캘리퍼, 너클, 마스터 실린더 등의 부품 생산성을 높여주는 다양한 복합 툴 및 퀵 체인지 솔루션 역시 소개했다.

세미나 이후 곧바로 이어진 가공 시연에서는 화천의 수직형 터닝센터 VT-450과 케나메탈의 KBK45 인서트를 활용한 디스크 가공이 진행되어 참가자들의 눈길을 모았다. 화천의 VT-450 은 열 변형을 최소화한 일체형 베드 구조를 통해 우수한 진동 흡수 능력으로 고속 절삭 시에도 높은 정밀도와 표면 조도를 보여 주었다. VT-450의 신속한 칩 처리 및 친환경 유수 분리형 구조는 고객에게 편리한 작업 환경을 제공하며 또한, 최대 가공경 내에 간섭이 발생하지 않는 우수한 구조 설계로 대형 공작물의 가공이 가능한 것이 특징이다.

 

About 김솔 기자

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