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발터의 혁신 설계 TC620 Supreme, 더 적은 날수와 더 빠른 이송속도로 깊은 인상을 남기다

솔리드 초경 스레드 밀링 커터를 사용하면 생산성 한계에 부딪히게 된다. 날 당 이송속도가 더 높을수록 더 높은 절삭 압력이 가해지고, 그 결과로 밀링 커터의 밴딩 현상이 발생한다. 이로 인해 나사산 간격이 점점 좁아지거나 심지어는 파손까지 초래한다. 날당 이송을 낮추고 반복 가공 횟수를 늘리면, 공정 안정성과 품질은 보장되지만, 가공시간이 길어지고 결과적으로 나사 가공 비용의 상승을 초래하게 된다. 이러한 이유로, 가공 탭 또는 쓰레드 포밍이 여전히 다양한 나사가공 중에서 첫 번째 선택이 되고 있는 것이다.

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평범하지 않은 솔루션
여러 스레드 밀링 공구업체들은 이러한 문제에 대해 획기적인 솔루션을 고객에게 제공하려고 노력하고 있다. 전형적인 방법은 스레드 밀링의 날수를 증가시키고 부등분할 헬릭스 각도를 사용하는 것과 공구의 모재와 코팅의 최적화를 통한 공구 수명 및 가공 시간을 개선하는 것이다. 실제로 많은 스레드 밀링 커터 제조업체들이 이러한 개선을 통해 최적화를 했음에도 제공되는 추천 가공 정보를 보면 권장 이송속도가 여전히 비교적 낮은 것을 확인 할 수 있다.

발터의 스레드 밀링 프로덕트 매니저인 마틴 헬스턴(Martin Hellstern)은 “기존의 성능 개선 접근법에 의한 성능 향상은 우리에게 실망스럽게 작았다. 따라서 우리는 완전히 다른 방식으로 이 문제에 접근해 보기로 결정했다. 가공소재의 접촉되는 날수를 증가시키는 대신 우리는 발터의 TC620 Supreme의 접촉 날수는 줄이고 대신 다중배열 방식으로 날을 배치하였다. 이를 통해 공구에 작용하는 절삭부하가 크게 줄어든다. 그 결과 이 새로운 공구는 높은 이송속도로 작업이 가능했다.”라고 말했다.

발터는 날 수를 줄인 다열식 스레드 밀링 커터를 사용하여 다른 길을 택했다.
발터는 날 수를 줄인 다열식 스레드 밀링 커터를 사용하여 다른 길을 택했다.

발상의 전환 – 인덱서블 인서트 타입 스레드 밀링커터에서 초경 스레드 밀링 커터로
발터는 이미 이 혁신적인 스레드 밀링 커터 형상의 효과를 경험해보았다. 시장에서 이미 성공적으로 적용되어 있는 발터의 T2711 인덱서블 인서트 스레드밀링 커터는 적은 날수를 다중으로 배열해서 가공하는 공구다. T2711은 현재 최소 직경 20mm 이상의 대형 나사가공용으로 개발되었다. 발터의 개발 엔지니어들은 더 작은 나사 직경에도 이 스레드 밀링 가공 방식을 적용시키기 위해 초경 공구로 개발을 했다. 발터의 TC620 Supreme을 사용하면, 절삭부하가 낮아져서 날 당 높은 이송속도를 적용할 수 있고 이로 인해 공정 안정성이 극대화된다. 공구의 돌발 파손과 나사산이 좁아지는 불량이 더 이상 발생되지 않는다. 

이 혁신적인 디자인의 스레드 밀링커터는 심지어 더 많은 장점을 갖고 있다. 날 당 높은 이송속도 덕분에 공구의 마모현상이 크게 줄어든다. 이 새로운 가공 방식으로는 나사산의 치수가 안정적으로 공구 수명이 다할 때까지 거의 변화되지 않는다. 이로 인해 반경 보정이 거의 필요하지 않으며 공구 수명이 거의 다했을 경우에만 보정이 필요하다.

발터 TC620 Supreme 가공 모습. 개선된 공구 수명과 공정 안정성에 의해 발터 TC620 Supreme 스레드 밀링 커터가 구별된다.
발터 TC620 Supreme 가공 모습. 개선된 공구 수명과 공정 안정성에 의해 발터 TC620 Supreme 스레드 밀링 커터가 구별된다.

다양한 가공 범위에서 공정 안정성
발터 TC620 Supreme이 가장 이상적으로 적용될 수 있는 분야는 공정 안정성 및 나사산의 정밀도가 매우 엄격하게 요구되며 생산성이 요구되는 나사 가공이다. 다시 말해 이 혁신적인 형상의 스레드 밀링커터는 보편적인 사용에도 적합하다는 것이다. 현재는 고강도강, 듀플렉스 소재 또는 인코넬과 같은 까다로운 소재를 가공해야 하는 작업에 특히 자주 활용된다. 여기서 항공우주산업뿐만이 아니라 일반기계공학용 가공소재 기업들도 점점 탭 가공에서 스레드 밀링으로 교체해 가고 있다. 

마틴 헬스턴은 “많은 사용자들이 얼마 전부터 이미 탭 가공보다는 스레드 밀링에 더 관심이 있다. 그 이유는 무엇보다도 공정 안정성이다. 우리는 TC620 Supreme과 함께 획기적인 발전을 이루었다. 스레드 밀링은 또한 가공시간에 있어서 탭 가공 및 스레드 포밍과 함께 경쟁할 수 있다. 따라서 발터 TC620 Supreme은 사용자를 위한 새로운 기회를 열어준 것이다.”라고 말했다.

공구와 기계 비용의 관점에서 상당한 절감효과를 가져다주는 전환
발터 TC620 Supreme을 사용하는 탭 가공에서 스레드 밀링으로의 전환이 효율성과 나사산 당 비용에 미치는 영향은 사용자의 특정 상황에 따라 다르다. 하지만 공구와 기계 비용 영역에서 30%의 비용 절감은 드문 일이 아니다. 일반적인 기계 공학에서 사용자는 예를 들어 새로운 발터의 스레드 밀링커터의 사용을 통해서 나사크기 M4인 6mm 깊이의 막힌 홀 나사를 생산할 때 비용을 35% 절감할 수 있었다. 

물론 스레드 밀링커터 자체가 기존에 사용 중인 HSS-E 탭보다 훨씬 비싼 것이 사실이다. 하지만 결론적으로, 발터의 TC620 Supreme은 탭의 공구수명이 약 3배 정도 늘어 1,200개의 가공이 가능해졌으며, 공정 안정성이 크게 향상되었다. 17-4 PH 스테인리스 소재나, 마텐자이트, 고경도 강은 나사 가공 시 매우 까다로운 특징을 갖는다. 왜냐면, 공구의 돌발 파손과 그에 따른 추가적인 비용 지출로 탭 가공 자체가 비용 증가와 가공 품질 목표 달성에 있어 커다란 위험에 빠뜨리게 되었기 때문이며, 이에 사용자는 발터의 전문가에게 문의하였다.

탭 전 드릴 작업 이후 스레드의 밀링 가공이 이루어진다. 다열행별 간격이 중첩되는 곳에서 나사산 가공이 완료된다.
탭 전 드릴 작업 이후 스레드의 밀링 가공이 이루어진다. 다열행별 간격이 중첩되는 곳에서 나사산 가공이 완료된다.

나사당 가공시간을 4초안으로 만들고 공구 수명이 1,200개의 나사산까지 가능한 품질을 보여준 발터 TC620 Supreme은 그 기대치를 뛰어 넘었다. 석유와 가스 분야에서 많은 프로젝트를 감독하고 있는 노르웨이의 한 채널 파트너는 공정 안정성과 속도에 있어서 뚜렷한 개선점을 확인했다. 특히 316L 또는 인코넬 718과 같은 까다로운 난삭 소재에서 공구의 수명이 두 배 이상 증가되어 나사산의 품질이 크게 향상되었다. 진동도 거의 발생하지 않았다. 이 새로운 공정의 유일한 문제는 프로그래머가 나사 가공 프로그래밍에 대한 접근방식을 다시 생각해봐야 한다는 것이다. 하지만 이는 단지 연습의 문제일 뿐이다.

발터의 스레드 밀링 프로덕트 매니저 마틴 헬스턴(Martin Hellstern)
발터의 스레드 밀링 프로덕트 매니저 마틴 헬스턴(Martin Hellstern)

About 이상준 기자

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

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