Sandvik Coromant’s CoroMill® MF80: Addressing Machining Challenges for Weight-Efficient Components
차량 배기가스 감소와 금속 부품 가공
황삭 또는 직각 밀링에서 부품당 비용 낮추는 CoroMill® MF80
2023년 07월호 지면기사  / 

글 | 상그람 대시(Sangram Dash) 매니저, Sandvik Coromant

ICCT에 따르면 ‘경량화는 차량 배기가스를 줄이는 효과적인 방법’이다. 

ICCT의 ‘Fact Sheet: Europe 보고서’에 따르면 “경량화는 차량 배기가스를 줄이는 효과적인 방법”이다. 그리고 이런 더욱 경량화된 부품을 생산하는 책임은 자동차 제조업체에 있다. OEM이 차량 중량을 100 kg 줄이면 100 km 당 약 8.5 g의 CO2 배출을 줄일 수 있다. 하지만 경량화된 차량 부품을 생산할 때 종종 다양한 가공 문제가 발생하곤 한다. ISO-K와 ISO-P 같은 소재에는 전문적인 접근 방식이 필요하다. 샌드빅 코로만트의 인서트 교환형 밀링 제품 애플리케이션 매니저 상그람 대시는 왜 더 가볍고 정밀한 직각 밀링과 평면 밀링이 해결책이 될 수 있는지 설명한다.

글 | 상그람 대시(Sangram Dash) 매니저, Sandvik Coromant


샌드빅 코로만트   
글로벌 산업 엔지니어링 그룹 샌드빅의 일원인 샌드빅 코로만트는 공구, 가공 솔루션 및 지식 개발의 최전선에서 현재와 미래의 산업 시대에서 금속 절삭 산업이 요구하는 산업 표준과 혁신을 주도하고 있다. 교육 지원, 방대한 R&D 투자, 고객과의 견고한 파트너십을 바탕으로 제조업의 미래를 변화시키고 이끄는 가공 기술을 개발하고 있다. 샌드빅 코로만트는 전 세계적으로 1,700건의 특허를 보유 중이고, 150개국에 7,700명 이상의 직원이 있는 글로벌 기업이다.








ICCT의 보고서에 더해 McKinsey & Company의 ‘Lightweight, heavy impact’ 보고서에서는 경량화된 차량이 더 적은 CO2를 배출하는 이유를 심층적으로 분석한다. 이 보고서에 따르면 경량화 조치를 통해 CO2 배출량을 어느 정도까지 줄일 수 있다(킬로그램당 약 0.08 g의 CO2 감소). 또 OEM 업체들이 차량 중량을 100 kg 줄일 수 있다면 100 km당 약 8.5 g의 CO2를 줄일 수 있다.

이런 연구 결과에 따라 자동차 제조업체들은 향상된 연비와 핸들링을 위해 더 가벼운 자동차와 트럭을 만드는 ‘경량화’로 눈을 돌리고 있다. 이런 측면에서 알루미늄과 마그네슘 같은 경량 금속은 분명히 도움이 될 수 있다. 그러나 단조 강, 코발트 크롬, 인코넬, 회주철, 구상흑연주철(NCI) 같은 더 무거운 소재가 여전히 차량 제조에서 널리 사용되고 있음을 감안할 때 경량화는 단순히 무게가 덜 나가는 소재를 선택하는 것 이상을 의미한다. 

제조업체들은 이 ‘무거운’ 금속들을 경량화된 방식으로 설계해야 하고, 이는 경량 금속의 강력한 대안이 될 수 있다. 즉, 더 복잡한 설계에 기반한 더 복잡한 준정형(near-net) 부품의 생산을 의미하는데, 이로 인해 ISO-K 같은 난삭재의 가공이 어려워질 수 있다. 이뿐 아니라, 모든 주철에는 절삭날에 대한 연마성이 매우 높은 실리콘 초경(SiC)이 함유되어 있다. OEM 업체들이 직면한 또 다른 과제는 이렇게 더욱 복잡한 부품을 생산성은 높이고 부품당 비용은 낮추면서 최고의 품질로 생산해야 한다는 것이다.

다양한 부품을 생산해야 하고 가공물에서 많은 양의 소재를 신속하게 제거해야 하는 경우 직각 밀링 가공이 가장 좋은 방법이다. 기본적이면서도 다방면에 적용할 수 있는 이 밀링 가공법은 경절삭 수행을 보장해 공구에 미치는 영향을 최소화하고 부품의 모양을 유지한다. 직각 밀링 가공을 사용하면 공구가 평면과 직각 표면을 동시에 생성한다. 

이를 위해서는 커터와 가공물 사이에서 원치 않는 오프셋을 피하기 위해 필수적으로 직각을 사용해야 한다. 90도를 사용하는 것이 확실히 좋지만, 작업에 따라 다른 각도를 사용할 수 있다. 


새로운 공구 

시중에는 90도에 가까운 밀링 각도용으로 설계된 다양한 직각 밀링 인서트가 있다. 일반적으로 이런 인서트에는 직각과 평면을 동시에 생성하기 위해 8개의 절삭날(앞에 4개, 뒤에 4개)이 있지만, 6개가 있는 경우도 있다. 하지만, 샌드빅 코로만트는 OEM에게 생산성, 공구 수명 및 경제성 측면에서 더 큰 이점을 제공할 새로운 직각 밀링 공구가 필요하다고 느꼈다.

샌드빅 코로만트는 위의 과제에 대응하기 위해 CoroMill® MF80 인서트 제품군을 개발했다. ISO-K 및 ISO-P 소재 자동차 부품의 밀링 가공을 위해 설계된 이 인서트는 8개의 절삭날, 칩 보호 기능, 최적화된 마이크로 형상이 특징이다. 특히 이 공구는 얇은 박판 부품과 안정성이 떨어지는 기계 셋업에 적합하다. 또한 부드러운 절삭 수행과 낮은 절삭 부하를 위해 절삭날이 경사져 있어 향상된 안정성과 칩 배출뿐만 아니라 우수한 표면 조도를 위한 와이퍼 날도 제공한다.

CoroMill® MF80은 완전히 새로운 제품이 아니라 샌드빅 코로만트의 기존 CoroMill® 345와 유사한 기술 플랫폼에 기반한 제품이다. 이 새로운 밀링 공구는 오버행이 길어 진동이 발생하기 쉬운 작업에서도 심 보호 기능이 적용된 40% 가벼워진 커터 바디와 여러 개의 인서트 날을 통해 안정적이고 안전한 가공을 제공한다. 

일반적으로 직각 및 평면 밀링 가공에서는 리드각이 90도인 절삭 공구가 선호되는데, 그 이유는 반경 방향 절삭 부하를 생성하고 더 많은 절삭 에너지를 전달하기 때문이다. 이런 특징은 특히 얇은 박판 부품이나 준정형(near-net) 부품의 가공에서 이상적이다. 실제로 CoroMill® MF80은 89.5도의 접근 각도를 지원해 가공 중에 커터가 지그에 더 가깝게 작업할 수 있다.

또 90도에 가까운 각도로 축 방향 부하가 감소해 진동이나 채터 없이 얇은 박판 부품과 약한 지그에서도 밀링 성능이 향상된다. 주요 이점은 향상된 정확도와 기계 가동률이지만, 공구 수명도 길어지고 폐기도 감소한다. 



샌드빅 코로만트의 CoroMill® MF80은 ISO-K 및 ISO-P 소재 자동차 부품의 밀링 가공을 위해 설계되었다.



성능 테스트

ISO-K 및 ISO-P 소재의 가공 시 CoroMill® MF80의 성능을 살펴보자.

한 테스트에서는 ISO-P 탄소강(DIN 1.0619) 소재의 펌프 및 밸브 부품을 생산하기 위해 CoroMill® MF80과 경쟁업체의 밀링 커터를 사용해 황삭 직각 밀링 가공을 수행했다. 두 밀링 커터에 vf를 제외하고 동일한 절삭 조건(n 500 rpm, vc 125 m/mm, ae 15/50 mm, ap 5 mm, fz 0.15 mm)을 적용했다. 경쟁업체의 밀링 커터는 vf(분당 이송)375 mm/min에서, CoroMill® MF80은 vf 600 mm/min에서 가동했다. 테스트 결과, CoroMill® MF80은 생산성을 60% 향상시켰다. 경쟁업체의 밀링 커터가 9개의 부품을 생산한 반면, CoroMill® MF80은 15개를 가공했다. 공구 수명의 경우, 가공 시간 40분 후 치핑 마모만 CoroMill® MF80에서 발견되었고 공구 수명은 67% 증가했다. 고객을 위한 주요 이점은 심 보호 기능과 여러 개의 인서트 날로 황삭 및 직각 밀링 가공에서 부품당 비용을 낮출 수 있다는 점이다.

또 다른 테스트에서는 CoroMill® MF80과 경쟁업체의 인서트를 사용해 ISO-K 소재의 황삭 가공을 수행했다. ISO-K 구상흑연(SG) 철(GJS400/K3.1.C.UT) 소재의 캐리어와 지지대를 가공하는 작업이었다. 이 테스트에서도 20-80 mm의 반경 방향 절입 깊이(ae)와 2-3 mm의 축 방향 절입 깊이(ap)를 포함해 동일한 절삭 조건을 두 공구에 적용했다. 각 밀링 커터를 1000 rpm의 스핀들 속도(n), 250 m/min의 절삭 속도(vc), 1200 mm/min의 테이블 이송(vf)으로 가동했다. 날당 이송(fz)의 경우 약간의 차이가 있었는데, 경쟁업체 밀링 커터에는 0.24 mm, CoroMill® MF80에는 0.3 mm를 적용했다. 테스트 결과, 고객이 샌드빅 코로만트의 밀링 커터를 사용했을 때 공구 수명이 54% 증가했다. 경쟁업체의 밀링 커터가 마모가 보이기 시작하기 전에 55분 동안 10개의 부품을 생산한 반면, CoroMill® MF80은 82분 동안 15개의 부품을 가공했다. 

CoroMill® MF80은 ISO-K NCI, 인코넬, 회주철, 단조 강, 코발트 크롬 같은 무거운 소재를 가공할 때 긴 수명과 높은 생산성으로 OEM 업체들의 경량화 노력에 큰 도움이 될 수 있다. 또한 이러한 이점은 제조업체들이 엄격한 CO2 배출 규정을 준수하는 자동차를 생산하면서 부품당 비용을 낮추고 "경량화는 차량 배기가스를 줄이는 효과적인 방법"이라는 ICCT 보고서의 내용을 실천하는 데 있어 필수적이다.
ISO-K 및 ISO-P 소재의 밀링 가공을 위한 샌드빅 코로만트의 CoroMill® MF80에 대한 더욱 자세한 정보는 웹 사이트에서 확인할 수 있다. 



AEM_Automotive Electronics Magazine


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