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[소재별 절삭 가공 팁②] 이 문제에는 이렇게 대응해보세요

“두산 Mynx 550 기종으로 임가공을 하고 있는 업체입니다. 평소 알루미늄이나 황동 등의 소재를 주로 가공하는데, 가끔 나크나 인코넬 등 난삭재의 형상 가공 주문이 들어와서 애를 먹고 있습니다. 난삭재 가공 시 공구 수명을 늘릴 수 있는 방법을 알고 싶습니다.”

 

임가공 업체를 운영하고 있는 질문자는 최근 난삭재 가공 때문에 골머리를 앓고 있다. 가공비는 정해져 있는데, 공구 수명 문제 때문에 가격을 맞추기가 쉽지 않은 탓이다. 그렇다고 절삭 조건을 낮춰서 가공하자니 그 방법은 그 방법대로 가공 시간이 길어져 결국 손해를 보면서납품을 할 수밖에 없다는 것이다. 여건상 추가적인 설비 투자는 어렵고, 보다 간단한 공구 수명 개선 방법을 찾고 있다는 질문자의 문제 해결을 위해 샌드빅 코로만트와 한국발터에 도움을 요청했다. 이후의 문제들도 마찬가지지만, 문제 설정이 구체적이지 않아 정확한 답변은 어려웠다. 하지만 조금 원론적인 이야기라 하더라도 설명된 가공 팁이 문제 해결의 실마리 정도는 제공할 수 있을 것이라 생각된다. 공구 업체들은 소재별로 적절한 공구 선택과 적합한 가공 전략을 사용할 것을 추천했다.

샌드빅 코로만트의 답변  알루미늄과 황동 같은 소재를 가공하는 경우와 내열강 소재를 가공하는 공구 재질에는 많은 차이가 있습니다. 각 소재의 비절삭저항이 다르기 때문이죠. 반드시 알맞은 재종의 공구, 내마모성이 더 좋은 공구를 사용하셔야 합니다. 가공 조건도 많은 차이가 있고요. 공구 재종 선정이 끝났다면 가공 방법을 달리하여 시간을 절약하면서도 공구 수명을 늘릴 수 있는 방법이 있습니다. 그림과 같이 기존 사용하던 풀슬롯 방법이 아닌 고이송 사이드 엔드 밀링(trocoidal 또는 slicing milling) 가공법을 사용하시는 것이 좋습니다. 이는 가공 폭을 줄여 칩 두께를 얇게 하고, 그에 따른 가공 부하와 열을 줄일 수 있기 때문에 전체 가공 시간 및 공구 수명을 늘릴 수 있습니다.

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고이송 사이드 엔드밀링 방식으로 공구 수명을 늘릴 수 있다.

한국발터의 답변  내열합금강은 그 물리적 특성으로 인해 가공 속도가 떨어질 수밖에 없습니다. 이에 대한 대책으로는 각 소재별로 적합한 절삭날 형상을 갖는 공구 형상과 코팅, 그리고 절삭유 선정 및 정확하고 풍부한 양의 절삭유 공급 등이 이루어져야 합니다. 절삭 부하가 높은 상황이라면 장비 및 지그의 안정성 또한 높여야 문제를 해결하고 안정적인 가공이 가능해집니다. 발터의 경우에는 각 소재별로 맞춤 코팅 절삭 재종을 다양하게 제공하고 있고, 터닝의 경우 Precision Coolant 시리즈를 통해 정확한 절삭유 공급 시스템 구축을 지원합니다. 또 내열합금강의 가공성 향상을 위해 세라믹 엔드밀 개발 표준품으로 대응하고 있습니다.

 

“FCD 500 소재를 가공하고 있는데, 홀이 많이 뚫려 있는 소재 면을 가공하느라 단속 가공을 하다보니 팁 수명이 많이 떨어집니다. 표면조도 관리도 힘이 들고요. cBN 공구로 건식 가공을 하다가 열 때문에 공구 수명이 떨어지는 것 같아 습식 가공으로 rpm을 낮추고 가공을 했더니 문제가 약간 개선되긴 했지만 개선 정도가 너무 미미합니다.”

중장비 부품 생산 기업에서 근무하고 있는 질문자가 단속 가공 시 페이스 커터 인서트의 수명 문제 개선에 대한 가공 팁 공유를 요청했다. 샌드빅 코로만트와 발터는 이 경우 역시 적절한 공구 재종을 선택했는지 확인하는 것이 중요하다고 설명했다.

샌드빅 코로만트의 답변  해당 문제에는 복합적 요인이 작용했을 것으로 생각합니다만, 공구 측면에서 개선하려면 적합한 공구 선택이 중요합니다. 우선 cBN의 재종부터 체크하시길 바랍니다. 세라믹 함량이 높은 cBN 재종은 높은 내마모성을 제공하지만 인성이 낮아 파손의 여지가 있습니다. 주물 밀링(단속) 가공에 맞춰 높은 인성을 제공하는 cBN 재종을 사용하시길 바랍니다. 또, 밀링 가공은 원래 단속 가공이기 때문에 건식 가공을 추천합니다. 습식 가공으로 rpm을 낮추어 미미하게 수명이 개선되었다면 그것은 습식 가공으로 개선된 것이 아니라 낮아진 절삭 속도 때문이라 생각합니다.

한국발터의 답변  가공 소재인 FCD500의 경우, 주철임에도 불구하고 인장 강도가 높아 강의 특성을 가지고 있습니다. 때문에 일반적인 주철용 커터를 사용해 조도를 내면 칩 처리에 문제가 있어 조도 관리가 힘든 경우가 많습니다. cBN도 한 가지 대안이 될 수 있지만, 발터는 Walter Blaxx 커터인 M3024와 Tigertec Gold WKP35G 재종을 조합해 작업할 것을 추천드립니다. 이것은 발터의 공구 및 절삭 조건 가이드 플랫폼 GPS에 장비 30kW/120 Nm, 절입 깊이 3mm, 가로세로 500mm×500mm 소재에 단속 비율 20%를 조건으로 설정하고 최종 표면조도를 Ra2로 잡아 공구를 검색한 결과입니다. 정확한 절삭 조건을 입력하면 더 정확한 공구 추천이 가능하므로 온라인에서 GPS를 활용해보시길 권장합 니다. 밀링 작업의 경우 장비의 특성이 커터 선정에 절대적인 영향을 미치기 때문에 현장의 상황을 정확히 확인하는 것이 더 중요합니다.

공정에 따른 최적의 공구와 절삭 조건을 추천하는 발터의 GPS
공정에 따른 최적의 공구와 절삭 조건을 추천하는 발터의 GPS

 

“6mm짜리 M2탭 가공을 하고 있습니다. 알루미늄 가공에서는 별 문제가 없는데, SUS를 가공 할 때 공구가 잘 부러집니다. 주축 12,000rpm의 탭핑기를 사용하고 있으며, 기초 드릴 가공 후 에 조건을 300, 400 정도로 놓고 작업하고 있습니다.”

 

직경이 작은 탭 가공에서 SUS 가공 시 공구 파손 문제 개선 방법을 요청한 질문자. 알루미늄과 SUS를 하나의 공구로 가공하면서도 문제를 개선할 수 있는 방식까지 제시되었다.

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역회전 부하 문제 개선을 위한 홀더 CoroChuck 970

샌드빅 코로만트의 답변  당연히 알루미늄 가공 때와 스테인리스 스틸 가공 때 공구를 구분하여 사용하실 것으로 생각합니다. 소재마다 비절삭 저항이 다르기 때문에 가공성이 다른 것은 당연합니다. 때문에 가공 조건이 달라야 하지만, M2로 탭 크기가 작은 경우 가공 조건이 미치는 영향은 적을 것입니다. 그렇다면 탭이 부러지는 원인을 크게 두 가지로 좁혀볼 수 있습니다. 하나는 칩 끼임 현상으로, 이는 사용 중인 애플리케이션에 대해 알 수 없으므로 답변을 드리기가 어렵습니다. 다른 하나는 역회전 부하 문제로, 탭 가공은 탭이 진입하면서 가공한 후에 멈췄다가 역회전을 하면서 탭을 후퇴시킵니다. 탭이 역회전할 때생기는부하가, 특히 SUS와 같은 재질 가공 시에 탭을 부러뜨리는 경우가 종종 있습니다. 이는 탭의 문제일 수도 있지만 홀더에 문제가 있는 경우도 있습니다. 때문에 역회전 시 발생하는 부하를 줄여줄 수 있는 적절한 홀더가 필요할 수도 있습니다.

한국발터의 답변  탭의 경우, 구경이 작고 구경 대비 가공하는 길이가 길어질수록 탭 파손의 확률이 높아집니다. 그럼에도 문제 개선을 위해선 소재의 물성에 따라 적합한 공구 선정이 우선되어야 하는데, 스테인리스 가공용 탭의 경우에는 날끝이 날카로우면 좋지만 강성을 충분히 가져야하기 때문에 날 끝을 보호하도록 이중 형상으로 공구를 설계합니다. 하지만 알루미늄 가공용 탭은 여유각을 크게 하여 스프링백 현상이 발생해도 여유가 있도록 설계합니다. 이처럼 소재별 공구가 완전히 다른 특성을 가지고 있기 때문에 탭을 알루미늄용과 SUS 가공용으로 분리해서 사용해야 합니다. 하지만 탭핑기가 고속 기동이 가능하기 때문에 쓰레드밀 방식으로 나사를 가공한다면 큰 문제 없이 다양한 소재에서 한 가지 공구로 탭 작업이 가능합니다.

 

About 김솔 기자

다양한 취재 경험을 살려 여러분께 읽고 싶은 기사, 재미있는 기사 보여 드리겠습니다:)