메탈닥터로 금형 수명 연장+제품 품질 업!
금형 분해 및 미세 용접 시 열 입력 없이 뚝딱
2015년 11월호 지면기사  /  글│ 한 상 민 기자_ han@autoelectronics.co.kr


룩테크 강 신 만 대표
마찰, 압력 등과 같은 높은 스트레스 하에 작동하는 자동차에 이용되는 기계 부품이나 다양한 제품 생산에 활용되는 금형에서 내열, 내마모, 내식성이 우수한 전극재를 “금형 분해 없이, 용접시 열 입력 없이 방전경화 원리를 이용해 코팅하거나 육성할 수 있게 하는” 획기적인 툴이 국내 한 소기업에 의해 본격 보급될 전망이다. 메탈닥터란 툴을 사용하면 금형 등의 수명을 늘려 비용 효율화에 기여하고 제품 품질을 높일 수 있다. 분당에 위치한 룩테크를 찾아 강신만 대표에게 메탈닥터 툴에 대해 들었다.
 
 
“사실 방전경화기술(electro-spark deposition and hardening)이나 메탈닥터(Metal Doctor)란 툴이 완전히 새로운 것은 아니지만, 2000년대 중반에 처음 출시된 1세대 제품에 비해 최근의 3세대 툴의 기술, 성능, 용도가 크게 높아지면서 자동차 등 글로벌 시장에 대한 기대가 매우 커졌다.”
룩테크(Looktech)의 강신만 대표의 말이다. 마찰, 압력 등과 같은 높은 스트레스 하에서 작동하는 자동차 등에 사용되는 다양한 부품, 이들 제품 생산에 이용되는 금형에 대해 내열, 내마모, 내식성이 우수한 전극재를 “금형 분해 없이, 또 용접 시 열 입력 없이 방전경화 원리를 이용해 코팅하거나 육성할 수 있게 하는” 룩테크의 메탈닥터 툴은 그 성능이 획기적으로 향상되면서 본격적인 보급을 앞두고 있다. 메탈닥터를 이용하면 금형의 수명을 늘릴 수 있어 유지보수 측면의 비용 효율화를 달성할 수 있고 제품 품질 또한 높일 수 있다.

열 입력 없는 용접
메탈닥터의 기본 원리는 러시아에서 시작된 방전경화다. 방전경화란 전압을 통과시켜 충전한 후 방전 주파수를 설정해, 분주기에 의해 충전된 전하가 애플리케이터의 전극을 통해 대상물에 방전돼 스파크가 발생할 때의 고열을 이용해 전극재를 모재에 용착시키는 것이다.
강 대표는 직접 작업대 위의 소형 금형 표면의 크랙(crack)에 스파크를 튀기면서 보수해 크랙을 메꿔 보였다. 또 전극봉을 바꿔 철판 위에 스파크를 일으키며 텅스텐 카바이드(WC) 코팅을 해 보였다. 강 대표의 말처럼 크랙은 감쪽같이 메꿔져 보수됐고, 코팅된 표면 또한 바로 만져봐도 전혀 뜨겁지 않았다. 게다가 용접에 의한 그을림 같은 것도 전혀 없었다. 금형은 새것 같고 제품은 미끈했다.
강 대표는 “일반적인 접합을 위한 레이저나 티그 용접 등은 열 입력으로 주변을 검게 만들고, 열로 인해 소재의 수명을 단축시킨다”며 “레이저 용접뿐만 아니라 업계의 저온용접기라는 것들 모두가 열 입력이 거의 없다고 말하지만 실제로 뜨겁고 이로 인해 핀홀(pin-hole) 등 다양한 품질 이슈가 발생한다”고 설명했다.
열 입력 없이 이온화해 육성하는 유일한 기술, 툴이 바로 메탈닥터다. 이 메탈닥터의 용도는 매우 다양하다.
▶기계부품에 내열, 내마모, 내식성이 우수한 전극재를 코팅 또는 육성해 이를 예방하고 보수 ▶용손, 침식, 소착(뜯김) 방지, 이형성, 가스 배출 및 탕류성 향상 ▶금형류 및 절삭공구의 수명 연장 ▶열 입력의 영향으로 표면처리가 어려운 캠 등과 같은 부품에 적용 ▶취약 부분 및 초기의 미세한 크랙, 핀홀 등의 간단한 보수 ▶전극재료의 우수한 내마모, 내열 및 내식성을 모재에 적용할 수 있다.


사출: 버, 크랙의 제거
강 대표는 “다이캐스팅이나 플라스틱 사출을 지속적으로 하다보면 파팅라인이 마모되면서 틈새가 생기고, 생산품에 버(burr)가 발생하는데, 이때 버가 일어나는 원인인 금형 부분을 육성해 새 것처럼 보수할 수 있다”며 “이 경우 금형을 분해할 필요가 없다”고 말했다.
메탈닥터는 사출공정에서 유용하게 쓰인다. 파팅라인(Parting Line)의 선 마모나 핀홀 문제와 관련해 전극봉(LT01)을 이용해 상, 하측 금형의 반복적인 작업에 의한 마모, 작업자의 실수로 발생하는 눌림이나 찍힘 현상 등을 미세 육성으로 보수할 수 있다. 용접선 가장자리에 모재가 패어서 홈과 같은 골이 생긴 상태, 용접 주변 부위에 열 입력으로 발생되는 언더컷(under cut) 부분도 열 입력없이 미세 육성할 수 있다. 버, 크랙, 핀홀과 같은 문제에 대해 일반 용접으로는 할 수 없는 미세 부분에 열 입력 없이 3 mm까지 육성할 수 있다. 물론 작업시간을 고려하면 그 이상의 두께도 충분히 육성할 수 있다.
강 대표는 “생산 후 버 커팅 작업을 할수 없는 제품이라면 기계를 멈추고 금형을 분해해 용접실에 보내 금형을 예열하고 용접해야 하는데, 용접을 한다는 것은 열 입력으로 금형 수명이 더욱 단축되기 때문에 대부분이 가능하면 용접을 안 하려 하고 버가 많아질 때까지 기다렸다가 금형을 교체해버린다”며 “메탈닥터는 이런 문제를 쉽게 해결토록 한다”고 말했다.


주조: 뜯김 현상 제거
강 대표는 “예를 들어 알루미늄 합금 의 경 우 금형에 달라붙어 분리할 때 이형제를 넣음에도 불구하고 뜯김 현상이 일어나는데, 메탈닥터로 WC 코딩을 한다면 제품을 매끈하게 빼낼 수 있다”며 “대개 공장에는 금형부가 있고 코팅실이 따로 있는데, 이런 코팅실에 메탈닥터 2~3대가 기본으로 들어가 마모가 많이 되는 일부분에 WC 코팅을 한다”고 설명했다.
메탈닥터는 주조공정에서 알루미늄 용탕으로 인한 금형 소착을 내마모성, 내열성, 내소부성을 향상시키는 WC 코팅 표면처리로 방지해 금형의 육성 보수를 줄임으로써 금형 수명을 향상시킨다. WC 처리면에 도형제 코팅을 하게 되면 도형제의 밀착성이 향상돼 수명이 2~3배 증대된다. 도형제 코팅 작업이 곤란한 부분의 경우 WC 층으로 인해 금형 표면이 보호된다. 도형제의 마모가 심한 습동면이나 코어 부위의 특정 면만 WC 표면처리를 할 수도 있다. 미성형 제품의 가장자리에 WC 표면 처리로 탕류성을 향상시켜 불량품을 줄이도록 하고, WC 표면처리 시 표면 조도를 조절할 수 있어 가스 뺌을 향상시킬 수도 있다.
니켈 계열 합금 육성용 전극재를 이용해 핀홀, 크랙에 대한 미세육성도 가능하다. 미세 육성 시 열 입력이 없어 잔류 응력을 최소화할 수 있고, 핀홀 및 버 보수에서 기존 Ar 용접에 비해 육성 폭의 조절 및 후가공이 매우 용이하다. 염소, 염화수소 등의 가스로는 금형 표면 손상 가능성이 있지만, 메탈닥터와 TC01 전극봉을 이용해 표면 코팅을 하면 내식성, 내열성을 향상시켜 금형 수명을 늘릴 수 있다.


 
열간 단조: 박막 아닌 합금화
강 대표는 “차체 철판 등 핫포밍에서 라운드 부분의 마모가 심한데, 예전에는 물리증착(PVD), 화학증기증착(CVD) 등을 이용해 강도를 높이는 전체 코팅을 했고 박막이 너무 얇아 금방 마모되는 문제점이 있었다”며 “메탈닥터를 이용한 코팅은 마모 부분만 박막을 입히는 식이 아니라 금속과 금속을 합금화시키는 코팅”이라고 설명했다.
메탈닥터에서 파워, 주파수를 정해 전극봉으로 어느 정도 깊이에 있는 금속성분을 믹스하는 것이다. 일반적으로 열간 단조에서 해머(hammer) 부분은 너무 경도가 높게 금형을 열처리해 사용하지 않는다. 경도가 높은 만큼 금형이 작업 중 충격에 의해 깨지거나 심한 손상을 입을 수 있기 때문이다. 따라서 이런 문제를 줄이기 위해 금형의 열처리를 약하게 하기 때문에 해당 부분에서 표면의 마모, 조직의 균열이 다른 부분과 비교해 빠르게 발생, 금형의 수명이 단축된다.
예를 들어 SKD61 금형강을 이용 600도에서 작업하는 단조용 자동차 부품의 경우 평균 5,000샷에서 금형에 크랙이나 라운드 부분에 마모가 발생해 금형 사용이 불가능해지는 문제가 있는데, 메탈닥터를 이용해 표면 코팅하면 20,000샷 이후에도 금형 손상 없이 지속적으로 사용되는 개선이 가능하다.
강 대표는 “포스코에 거대한 롤이 있고 이것이 약간의 스크래치만 있어도 매우 심각한 문제가 되는데, 이 부분에 메탈닥터를 활용한다. 또 가스공사도 특수 볼트의 마모 문제에 티타늄 코팅을 적용하고 있다. 익스텐디드 메탈이라 불리는 철판을 누르면서 늘리는 작업에서도 메탈닥터가 마모 문제를 해결할 수 있다”고 말했다.
육성용이냐 코팅용이냐에 따라서 전극봉만 바꾸면 된다. 코팅은 텅스텐이나 티타늄 등으로 마모성을 높이고, 육성은 니켈계열로 한다.


노즐에서 비롯된 기대감
메탈닥터 툴은 나온 지 10년 정도 된다.
당시 상당량을 독일, 미국, 한국 등의 자동차 업계에 제공했다. 그러나 룩테크의 핵심 비즈니스가 메탈닥터가 아니었고, 초기 메탈닥터의 성능은 지금과 비교하면 한계가 있었다.
2000년 초 자본금 10억 원으로 출범한 룩테크는 종업원 수가 20명, 연 매출 50억 원 정도의 소기업이다. 주로 반도체공정, 전자, 섬유, 전선 등의 파인세라믹, 디스펜서 노즐 등 정밀 가공부품이 주력 제품이다. 특히 전자부품 제조 업계에서 폭넓게 사용되는 권선기용 노즐과 세정, 절단 등의 용도에서 위력을 발휘하는 초고압 워터제트 노즐, 디스펜서 노즐은 룩테크 매출의 70% 이상을 담당하는 핵심 비즈니스다. 작지만 기술이 강한 회사다.
강 대표는 “룩테크의 루비, 초경합금 타입 권선기용 노즐이나 인쇄회로기판, 엔진 부품 크로스 버 제거, 도장 대차 세정 등에 이용되는 워터제트 노즐, 디스펜서 노즐 등 정밀가공 부품들은 수출 중심 제품으로 주요 고객사가 삼성, LG, 현대모비스 등”이라며 “이 사업이 이제 워낙 안정화돼 메탈닥터에 대한 기술, 영업적 여력이 생겼다”고 말했다.
메탈닥터는 현재 3세대 버전이다.
처음엔 파워 부분이 트랜스포머 방식이어서 매우 무겁고 육성 정밀도가 떨어졌다. 2세대는 룩테크 자체적으로 직류 안정화 전원장치 SMPS(Switched Mode Power Supply)를 개발해 적용했다. 그러나 파워가 조금 약해 육성 속도가 느린 단점이 있었다.
3세대 메탈닥터는 SMPS의 파워가 크게 높아지면서 속도, 효율성이 향상됐다.
강 대표는 “업계에는 경쟁사가 없다. 굳이 꼽는다면 일본에 한 회사가 있는데 이 역시 트랜스포머 방식이라 메탈닥터와 비교하면 성능이 10분의 1밖에 안 되고, 특히 방전 시 일정하지 못해 정밀하지 못하다”고 지적했다.

멕시코 공략
룩테크는 메탈닥터를 개발하면서 처음부터 자동차 산업의 사출, 주조공정을 타깃으로 했다. 따라서 현대기아자동차와 200여 협력사, 르노삼성 등 국내기업들, 크라이슬러, GM, BMW, 토요타, 혼다, 마쯔다, 볼보 등 글로벌 자동차 기업에 제품을 공급했다. 또 포스코, 대우중공업, 두산중공업, 한국중공업 등 헤비인더스트리와 그 외 다양한 기업군이 메탈닥터를 사용하고 있다.
강 대표는 “다양한 버 문제, 범퍼등의 핀홀 문제로 설비를 멈춰야 하는 문제가 많은 차량용 사출, 주조 부문을 타깃으로 했기 때문에 초기 반응이 좋았지만, 다른 비즈니스에 주력하면서 메탈닥터 사업을 확장시키지 못했다”며 “이제 3세대 메탈닥터와 함께 오카야 고키등 글로벌 상사들과 손잡고 영업과 기술지원을 강화하고 있다”고 말했다.
현장 실태조사 및 기술지원은 룩테크의 핵심 과제다. 예를 들어 현대자동차의 금형 팀에는 메탈닥터 구매가 기본화 돼 있지만 울산의 한 부서를 방문한 결과, 오래 전에 도입한 메탈닥터를 범퍼 금형의 육성 용도로만 쓰고 있었다. 룩테크는 새 버전을 소개하고 다양한 사용 용도를 보여줬고 이곳에 2대를 더 공급할 수 있었다.
룩테크의 새로운 파트너들은 세계 굴지의 자동차 기업들이 모여 있고, 더욱 몰려들고 있는 멕시코와 같은 자동차 클러스터를 집중 공략할 예정이다.
강 대표는 “업체를 방문해 실제로 사용 용도와 성능을 보여주면 유지보수 인력 한 명 당 한 대는 있어야 할 것 같다는 이야기를 듣는다”며 “두산인프라코어와 같은 회사의 경우엔 매우 거대한 공작기계의 하부 바디 가공 후 핀홀 발생 문제에 메탈닥터를 사용하고 있는 것처럼 우리가 예상치 못한 용도가 꽤 있어 시장은 더욱 확대될 것”이라고 말했다.
강 대표는 “메탈닥터는 한 대에 1,500만 원이다. 그러나 메탈닥터가 필요한 곳이라면 가격이 1억 원이라도 살 것”이라고 말했다.

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