케나메탈·야마자키마작, 새로운 난삭재 가공 위한 해법 제시

[산업일보]
한국케나메탈과 한국야마자키마작은 양사 주요 고객 100여 명을 초청, 지난 6월 20일 경기도 오산시에 위치한 한국야마자키마작에서 ‘신소재 가공기술 시연 세미나’를 개최했다.

이날 세미나에서 한국케나메탈은 초합금을 비롯해 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)과 티타늄합금, 니켈합금강 등 최근 항공우주는 물론 자동차, IT 등의 산업분야에서 사용이 증대되고 있는 난삭재들의 가공특성과 성공적인 가공을 위한 최신 솔루션들을 소개해 참석자들의 큰 호응을 얻었다.

이날 행사에 앞서 한국케나메탈의 아키라 야베 대표이사는 “최근 항공우주, 자동차 등과 같은 다양한 산업분야에서 합금과 같은 복합소재나 신소재의 사용이 증대되면서 가공에 어려움을 겪고 있다”며 “이번 세미나를 통해 이같은 난삭 소재를 효과적으로 가공할 수 있는 툴링 솔루션을 소개할 예정”이라고 밝혔다.

항공 및 에너지 분야서 선호되는 초합금 가공

초합금 또는 고성능 합금은 고온에서 탁월한 기계적 강도와 그리프 저항 및 우수한 표면 안전성, 내부식 및 내산화성을 가진 합금을 말하며 그 종류에는 니켈 코발트합금, 니켈 크로미늄합금, 니켈 철합금 등이 있다.

현재 터빈 블레이드, 제트 엔진의 고온 섹션 등을 사용하는 항공 및 에너지 시장에서 주로 적용되고 있는 초합금을 가공하기 위해서는 장비와 부품이 얼마나 안정적인지, 절삭량이 얼마인지, 가공 후의 조건은 어떠한지를 고려해야 한다.

항공부품을 가공할 경우 일반적으로 깊은 포켓과 복잡한 커브 형상, 매우 높은 공차를 요구하므로 장비 스핀들과 픽스처, 최종 정삭된 부품을 검토하다 보면 알맞은 가공법을 찾을 수 있다. 또한 부품이 단조 혹은 빌릿인 경우 절삭량이 많지만 정밀 정형 주조물인 경우 주물 스킨 아래 절삭량이 많지 않으므로 황삭 시 주의해야 할 뿐 아니라 높은 응력과 소재 특성으로 인해 단순히 가공 외에도 가공 후 남겨진 응력과 표면 특성(가공 후 크랙킹 등)을 생각해야 한다.

이날 케나메탈은 초합금 가공을 위한 툴링 솔루션으로 인덱서블 밀링, 솔리드 밀링, 드릴링 제품을 제안했다.

Mill 1-14는 다양한 코너 R 및 형상으로 초합금 가공에 최적인 강력한 90도 엔드밀/페이스밀로서 뛰어난 램핑 능력과 소프트 커팅을 보여준다. 12mm Daisy는 모든 소재에서 높은 절삭량과 뛰어난 표면특성을 제공하고 두껍고 강한 인서트로 뛰어난 이송과 소트프커팅이 장점으로 특히 황삭에 이상적이다. 12mm Rodeka 양면 네거티브 버튼 밀은 초합금에 가장 강한 인서트 스타일을 보유하고 있으며 높은 이송으로 탁월한 소재 제거율을 발휘해 경제적이다. Daisy에 비해 램핑력을 작지만 페이스 밀링과 워터라이닝에 최적이다.

솔리드 밀링 제품으로는 Harvi Long 시리즈와 Go Mill이 소개됐다. Harvi Long은 5XD, 높은 절삭깊이(ap)과 낮은 절입폭(ae)의 정삭에 적합하며 Go Mill은 길이가 짧아 최대의 강성을 자랑하는 제품으로 중간 조인트 부분이 없어 안전성이 향상됐으며 엣지 형상과 코팅이 초합금에 최적화돼 있다.

KSEM Plus 드릴은 KSEM 모듈러 드릴과 인덱서블 드릴의 장점이 결합된 제품으로 절삭날은 깊은 홀은 물론 부품 캐비티 내 깊은 곳에서의 좁은 홀 가공까지 가능하도록 돼 있으며, Y-tech 드릴은 밸런스를 맞추기 위한 3번째 랜드로 탁월한 홀 동심도와 정밀도를 보장한다.



티타늄합금 및 니켈합금강 ‘열 제어’가 관건

CFRP는 중량 대비 높은 강성을 가져 최근 보잉이나 아우디 등에서 사용을 확대하고 있으나 탄소섬유를 직조, 적층한 여러 겹의 층으로 이뤄져있어 가공 시 박리현상이 발생한다는 문제점이 있다. 따라서 CFRP의 성공적인 가공을 위해서는 레이어(Layer)층의 박리를 방지하는 것이 핵심이 된다. 이와 함께 녹는점이 낮아 일반적인 수준의 가공 열에도 녹는 현상을 방지하기 위한 열 제어도 잘 해야 한다.

케나메탈은 이같은 성질을 가진 CFRP의 가공을 위해 90도 포인트 앵글 및 CVD 멀티레이어 다이아몬드 코팅을 채용한 SPF 드릴과 하나의 층만을 가공하는 Orbital Drill, 하나의 엔드밀에 정․역방향 플루트를 동시에 가진 Compression Endmill 등을 소개했다. 또한 CFRP 가공 시 발생하는 열 제어를 위한 방법으로 적합한 절삭속도와 큰 용량의 흡진기와 수용성 절삭유를 사용할 것을 제안했다.

티타늄합금 가공 시에는 열 제어가 가장 중요하다. 티타늄합금은 열전도도가 낮아 가공시 발생하는 열이 가공점에 집중돼 공구 수명이 짧아지고 가공물의 경도가 상승하기 때문이다. 이를 해결하기 위해 케나메탈은 ‘Beyond Blast’를 개발, 공급 중이다. 이 제품의 경우 절삭 포인트와 먼 곳에서 그리고 절삭칩과 소재의 뒷면에 절삭유가 공급되는 타사 제품과 달리 인서트를 관통해 절삭포인트에 직접 절삭유가 공급되고 공구와 피삭재의 가공포인트에 분사된다는 점에서 개선을 이뤘다.

이어 케나메탈은 니켈합금강 중에서 인코넬(Inconel) 가공을 위한 세라믹 공구를 소개했다. 인코넬은 높은 절삭온도에서 높은 강성을 유지하므로 가공이 매우 어렵다. 즉 절삭온도가 높아질수록 강도가 더욱 높아져 가공이 어렵기 때문에 절삭온도와 절삭부하를 최소로 줄여야 하며 절삭유를 충분히 사용해야 한다.

인코넬 가공을 위해 열 충격에 상대적으로 강한 SiAlON Solid Ceramic을 사용한 엔드밀은 니켈합금강의 황삭용으로 적합하며 초경공구에 비해 절삭속도가 20배(1,000m/min까지 가능) 빠르고 건식 가공에 적합하다. 특히 케나메탈은 인코넬을 포함해 니켈합금강의 성공적인 가공을 위해서는 이송속도 0.03mm/z, 절입량 0.5mm의 조건에서 Air Blow 및 유압척의 사용을 추천한다고 밝혔다.

전 세계 고객 지원 중인 야마자키마작

한편, 이날 야마자키마작은 자동차, 의료, 철도․트럭, 유전․굴삭, 풍력, 전기․반도체, 조선, 건기․중기․농기구, 항공우주 등 다양한 산업분야에서 적용되는 공작기계 300여종을 생산해 전 세계에 공급하고 있으며, 10개의 생산거점 및 78개의 테크놀로지센터를 통해 고객을 지원하고 있다고 밝혔다.

최근에는 공작기계 트렌드에 맞춰 열변위, 주축 상태 등을 스스로 감지해 모니터링을 하는 보다 지능화되고 소비전력 및 폐기물을 최소화하는 환경친화적인 공작기계 개발에 주력하고 있다.

이날 한국야마자키마작 측은 최근 한국 고객들의 요구에 따라 가공 테스트까지 가능하도록 테크놀로지센터를 확장했으며, 이를 통해 원화 강세로 수출시장에서 어려움이 겪고 있는 한국 기업들이 자사의 공작기계를 활용해 생산성과 글로벌 경쟁력을 높이기를 바란다고 전했다.