[TECH & INSIDE] 최고의 기록 위한 최선의 선택 최신 툴링 및 표면 처리기술로 티타늄 소재 부품 가공 미국 Chip Ganassi 레이싱 팀은 지난해 ‘인디애나폴리스 500 대회’에서 우승을 차지하는 데 지대한 공을 세운 툴링 및 엔지니어링 서비스 기업인 케나메탈과의 파트너십을 연장했다. 이 팀은 케나메탈의 고경도 선삭용 PCB 툴링과 티타늄 황삭 및 정삭용 엔드밀 등을 이용해 기존 강 대신 티타늄 소재 부품을 자체적으로 가공하는 데 성공했으며, 가공품질 및 경제성 면에서 만족할만한 성과를 거두고 있다. Chip Ganassi 레이싱팀(CGRT)은 최근 케나메탈(Kennametal Inc.)과 다년간 맺어온 툴링 및 엔지니어링 파트너십을 연장한다고 발표했다. “이 팀을 시작한 지도 23년이 됐고 그 중 19년 이상을 케나메탈과 함께 했다”고 Chip Ganassi 레이싱 팀의 소유주인 Chip Ganassi는 전했다. “현재 우리 가공작업장은 100% 케나메탈의 공구로 운영되고 있고 팀 전체와 시리즈에 참가하는 모든 차에 케나메탈 로고가 붙어 있다. 이 파트너십이 더 가치 있는 이유는 케나메탈의 전문기술이 가공작업장 운영뿐 아니라 경기에서 더 좋은 성적을 달성하는 데 도움이 되기 때문”이라며 “케나메탈은 항상 우리가 직면한 다양한 가공문제에 대한 여러 해결책을 제시해 줬으며 이같은 파트너가 있다는 것은 다행스러운 일”이라고 덧붙였다. 적합한 장비, 적합한 공구 인디애나폴리스에 위치한 Target Ganassi 가공작업장은 4개의 CNC 장비(2개의 다축 머시닝 센터, 각각 라이브 툴링과 서브 스핀들을 보유한 2개의 CNC 선삭 센터)를 중심으로 집중적으로 작업이 이뤄지고 있다. 14번의 시즌을 팀과 함께한 가공작업장 책임자 John Huffman은 “필요한 기계가공 작업의 99%는 내부에서 직접 처리하고 있다”며 이전에는 강으로 된 완제품을 구입했지만 이제 더 단단하고 가벼운 티타늄으로 직접 제작할 수 있게 된 강철 삼각대 커버를 예로 들었다. 이어 그는 “툴링과 기계가공 장비를 직접 보유하고 있기 때문에 판매되고 있는 강 완제품을 구매하는 것보다 내부에서 티타늄 부품을 제작하는 것이 더 저렴하다”고 덧붙였다. 평균 0.0002mm까지 높은 부품 공차를 개선할 수 있게 된 것도 장점이다. John Huffman이 “여러 부품을 빨리 생산한다”고 말한 것처럼 Ganassi 가공작업장에서는 기본적으로 다양한 부품을 짧은 시간 동안 소량 생산하고 있다. 가공작업장의 여러 팀원들은 높은 공차 정삭으로 연마가 필요 없는 고경도 선삭용 PCB 툴링과 티타늄 황삭 및 정삭을 위한 새로운 5 플루트 HARVI II™ 솔리드 초경 엔드밀과 같이 공정 개선에 도움을 준 케나메탈의 여러 공구를 소개해 줬다. 그는 “이제 우리 엔지니어들은 복잡한 부품도 자신 있게 가공작업장 내부의 기준에 맞게 높은 공차와 우수한 표면조도로 가공할 수 있게 됐다”라고 말했다. 케나메탈은 19년이라는 Ganassi 가공작업장과의 파트너십 기간 동안 Kennametal Extrude Hone을 통한 정밀 표면관리 기술을 제공했다. 입자유동가공(AFM)과 같은 정삭 공정은 순수 디버링 기능부터 시작해서 초고정밀 공차를 충족하는 폴리싱 및 곡면 가공으로 발전했다. 또한 장비 제어, 연마제 및 유동 타케팅 부분에서 새로운 기술이 개발되면서 정밀도를 더 높일 수 있게 됐다. 핵심 기술고성능 애플리케이션에서는 교차 홀을 비롯한 홀 가공 시 높은 표면조도가 필요한 경우가 많고 요구되는 공차를 달성하기 위해 집중적으로 폴리싱 가공을 해야 하는 경우가 많다. 일반 또는 특수가공 공정을 진행하는 동안 표면에 금속 얼룩이나 미세균열이 발생하면 성능 저하나 파손의 위험이 높아진다. 이러한 위험을 해소하기 위해 엔지니어는 부품 설계의 여러 측면에서 AFM 표면조도를 고려하는 데, 특히 이 때 박막 유동, 경계층 난류, 압축 잔류응력 및 인선 상태가 중요한 요소다. 심지어 접근이 불가능한 부분까지 기존의 120마이크로인치에서 16마이크로인치까지 표면조도를 개선할 수 있다. AFM 장비는 독립형 스테이션으로 운영하거나 생산 시스템에 통합할 수 있다. 일반적으로는 반대 방향의 두 매체 실린더 사이에 부품을 고정하면 장비가 한 실린더에서 다른 실린더로 연마제를 압출한다. 그러면 툴링이 연마제와 크기 및 점도 특성을 기준으로 부품의 한정 연마를 수행한다. 매체가 제한된 통로를 통과하는 동안 매체의 점도가 상승해 마모성 소재를 고정한다. 매체는 이 제한된 상태에서만 마모되며 일단 제한된 통로를 통과하면 점도가 정상 상태로 돌아오고 마모가 중지돼 스레드가 보호되고 표면이 밀봉된다. Extrude Hone에서 AFM에 대한 연구 개발을 진행함에 따라 소재의 점도를 낮추고 마모 입자의 크기를 줄여서 50마이크로인치 수준까지 홀 정삭과 인선 곡면가공이 가능해졌다. 예를 들어 엔진 성능을 향상시키려면 연료 분사기의 연료 분사 노즐에서 더 미세한 연료 입자를 분사할 수 있도록 미세한 인선 곡면가공이 요구된다. 가공작업장에서 알루미늄과 합금강과 함께 티타늄이 활용되는 분야가 늘어나면서 John Huffman은 케나메탈의 항공우주 ‘Innovations’ 카탈로그를 참조하면서 복잡한 3D 형상부터 30×D까지 도달하는 깊은 홀 드릴용 솔루션까지 다양한 정보를 수집하기 시작했다. 그는 “부품 치수와 표면조도에서 보다 정밀한 공차를 유지할 수 있기 때문에 가공 작업장 내부에서 생산하는 부품은 앞으로도 더 늘어날 것”이라고 강조했다.

[TECH & INSIDE] 최고의 기록 위한 최선의 선택

최신 툴링 및 표면 처리기술로 티타늄 소재 부품 가공

기사입력 2013-05-01 00:06:29

탁월한 생산성 덕분에 Ganassi 가공작업장에서 강 대용품을 구매하는 것보다 낮은 비용으로 필요한 티타늄 부품을 제작할 수 있게 됐다.

[산업일보]

미국 Chip Ganassi 레이싱 팀은 지난해 ‘인디애나폴리스 500 대회’에서 우승을 차지하는 데 지대한 공을 세운 툴링 및 엔지니어링 서비스 기업인 케나메탈과의 파트너십을 연장했다. 이 팀은 케나메탈의 고경도 선삭용 PCB 툴링과 티타늄 황삭 및 정삭용 엔드밀 등을 이용해 기존 강 대신 티타늄 소재 부품을 자체적으로 가공하는 데 성공했으며, 가공품질 및 경제성 면에서 만족할만한 성과를 거두고 있다.

Chip Ganassi 레이싱팀(CGRT)은 최근 케나메탈(Kennametal Inc.)과 다년간 맺어온 툴링 및 엔지니어링 파트너십을 연장한다고 발표했다.

“이 팀을 시작한 지도 23년이 됐고 그 중 19년 이상을 케나메탈과 함께 했다”고 Chip Ganassi 레이싱 팀의 소유주인 Chip Ganassi는 전했다. “현재 우리 가공작업장은 100% 케나메탈의 공구로 운영되고 있고 팀 전체와 시리즈에 참가하는 모든 차에 케나메탈 로고가 붙어 있다. 이 파트너십이 더 가치 있는 이유는 케나메탈의 전문기술이 가공작업장 운영뿐 아니라 경기에서 더 좋은 성적을 달성하는 데 도움이 되기 때문”이라며 “케나메탈은 항상 우리가 직면한 다양한 가공문제에 대한 여러 해결책을 제시해 줬으며 이같은 파트너가 있다는 것은 다행스러운 일”이라고 덧붙였다.

적합한 장비, 적합한 공구

인디애나폴리스에 위치한 Target Ganassi 가공작업장은 4개의 CNC 장비(2개의 다축 머시닝 센터, 각각 라이브 툴링과 서브 스핀들을 보유한 2개의 CNC 선삭 센터)를 중심으로 집중적으로 작업이 이뤄지고 있다.

14번의 시즌을 팀과 함께한 가공작업장 책임자 John Huffman은 “필요한 기계가공 작업의 99%는 내부에서 직접 처리하고 있다”며 이전에는 강으로 된 완제품을 구입했지만 이제 더 단단하고 가벼운 티타늄으로 직접 제작할 수 있게 된 강철 삼각대 커버를 예로 들었다. 이어 그는 “툴링과 기계가공 장비를 직접 보유하고 있기 때문에 판매되고 있는 강 완제품을 구매하는 것보다 내부에서 티타늄 부품을 제작하는 것이 더 저렴하다”고 덧붙였다. 평균 0.0002mm까지 높은 부품 공차를 개선할 수 있게 된 것도 장점이다.

표면처리 기술이 발전하면서 레이싱카의 부품 성능을 개선할 수 있는 기회가 더 많이 마련됐다.

John Huffman이 “여러 부품을 빨리 생산한다”고 말한 것처럼 Ganassi 가공작업장에서는 기본적으로 다양한 부품을 짧은 시간 동안 소량 생산하고 있다. 가공작업장의 여러 팀원들은 높은 공차 정삭으로 연마가 필요 없는 고경도 선삭용 PCB 툴링과 티타늄 황삭 및 정삭을 위한 새로운 5 플루트 HARVI II™ 솔리드 초경 엔드밀과 같이 공정 개선에 도움을 준 케나메탈의 여러 공구를 소개해 줬다. 그는 “이제 우리 엔지니어들은 복잡한 부품도 자신 있게 가공작업장 내부의 기준에 맞게 높은 공차와 우수한 표면조도로 가공할 수 있게 됐다”라고 말했다.

케나메탈은 19년이라는 Ganassi 가공작업장과의 파트너십 기간 동안 Kennametal Extrude Hone을 통한 정밀 표면관리 기술을 제공했다. 입자유동가공(AFM)과 같은 정삭 공정은 순수 디버링 기능부터 시작해서 초고정밀 공차를 충족하는 폴리싱 및 곡면 가공으로 발전했다. 또한 장비 제어, 연마제 및 유동 타케팅 부분에서 새로운 기술이 개발되면서 정밀도를 더 높일 수 있게 됐다.

핵심 기술

Ganassi 팀원인 Alphonse Girard가 Kennametal Extrude Hone 장비를 사용해 부품을 가공하는 모습

고성능 애플리케이션에서는 교차 홀을 비롯한 홀 가공 시 높은 표면조도가 필요한 경우가 많고 요구되는 공차를 달성하기 위해 집중적으로 폴리싱 가공을 해야 하는 경우가 많다. 일반 또는 특수가공 공정을 진행하는 동안 표면에 금속 얼룩이나 미세균열이 발생하면 성능 저하나 파손의 위험이 높아진다. 이러한 위험을 해소하기 위해 엔지니어는 부품 설계의 여러 측면에서 AFM 표면조도를 고려하는 데, 특히 이 때 박막 유동, 경계층 난류, 압축 잔류응력 및 인선 상태가 중요한 요소다. 심지어 접근이 불가능한 부분까지 기존의 120마이크로인치에서 16마이크로인치까지 표면조도를 개선할 수 있다.

AFM 장비는 독립형 스테이션으로 운영하거나 생산 시스템에 통합할 수 있다. 일반적으로는 반대 방향의 두 매체 실린더 사이에 부품을 고정하면 장비가 한 실린더에서 다른 실린더로 연마제를 압출한다. 그러면 툴링이 연마제와 크기 및 점도 특성을 기준으로 부품의 한정 연마를 수행한다. 매체가 제한된 통로를 통과하는 동안 매체의 점도가 상승해 마모성 소재를 고정한다. 매체는 이 제한된 상태에서만 마모되며 일단 제한된 통로를 통과하면 점도가 정상 상태로 돌아오고 마모가 중지돼 스레드가 보호되고 표면이 밀봉된다.

Extrude Hone에서 AFM에 대한 연구 개발을 진행함에 따라 소재의 점도를 낮추고 마모 입자의 크기를 줄여서 50마이크로인치 수준까지 홀 정삭과 인선 곡면가공이 가능해졌다. 예를 들어 엔진 성능을 향상시키려면 연료 분사기의 연료 분사 노즐에서 더 미세한 연료 입자를 분사할 수 있도록 미세한 인선 곡면가공이 요구된다.

가공작업장에서 알루미늄과 합금강과 함께 티타늄이 활용되는 분야가 늘어나면서 John Huffman은 케나메탈의 항공우주 ‘Innovations’ 카탈로그를 참조하면서 복잡한 3D 형상부터 30×D까지 도달하는 깊은 홀 드릴용 솔루션까지 다양한 정보를 수집하기 시작했다. 그는 “부품 치수와 표면조도에서 보다 정밀한 공차를 유지할 수 있기 때문에 가공 작업장 내부에서 생산하는 부품은 앞으로도 더 늘어날 것”이라고 강조했다.

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온라인 뉴스팀 kidd@kidd.co.kr

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