[샌드빅코로만트 제공] 코로나로 인해 업종을 막론하고 예측 불가능하고 중대한 사태를 일컫는 ‘블랙스완’을 마주하고 있다. 초불확실성 시대가 열리면서 소재가공 업계도 이러한 추세에 유연하게 대처해야 할 필요성이 어느 때보다 시급해졌다.

금속절삭은 각 소재에서 최상의 결과를 얻기 위해 섬세한 공정이 요구되는 정밀 과학 분야이다. 샌드빅코로만트의 제품 매니저 롤프 올로프손(Rolf Olofsson)은 선삭 가공 공정이 재료에 따라 어떻게 달라지는지, 이를 통해 제조업체들이 어떻게 대비해야 하는지 소개하고 있다.

통상 가공물 제조업체들은 △금속 제거율 증가 △날당 가공물 수 증가 △사이클 시간 단축 △낭비 최소화 △재고 사용 최적화 등 목표 중 적어도 세 가지를 성취하려고 한다. [사진=샌드빅코로만트]

제조업체들은 뉴노멀의 시대에서 두 가지 시나리오에 직면할 수 있다. 식품 생산, 의약품 등 일부 필수 산업들은 미증유의 사태에도 치솟는 수요에 발빠르게 대응해야 했다. 이 경우에는 금속 제거율을 높이고 사이클 시간을 단축하며 생산 배치 간의 빠른 전환을 지원하는 툴링 솔루션이 유용하다. 

반면 다른 제조업체들은 수요가 하방곡선을 그리면서 생산을 줄이고 자동화 생산을 지원해 날 당 가공물 수를 높이는 동시에 공정 안정성을 확보하는 공구로 난관을 정면 돌파해야 했다. 

어떤 경우든 강 선삭 가공 분야의 생존 해법은 기계에서 절삭날에 이르기까지 최상의 공구 셋업을 구현하는 것과 동시에 올바르게 활용하는 전문성인 셈이다. 

생산 유연성 제고 시급

배치 제조업체들에게 유연성은 △배치 간의 빠른 전환 △재고 최적화 또는 감소 △마모된 인서트의 교체에 필요한 생산 중단 횟수의 최소화 등으로 개괄된다. 이러한 유연성을 갖추기 위해 제조업체들은 인서트의 툴링을 포함한 적합한 강 선삭 솔루션을 선택해 생산 효율성을 높여야 한다. 

현재 대부분의 제조업체들은 인서트를 위해 선택한 재종의 중요성을 인식하고 있다. 그러나 인서트 재종, 공구 홀더, 클램핑 등을 아우르는 전체적인 툴링 개념을 고려함으로써 생산성을 높이고 비용을 줄이며 공정 안정성을 향상시킬 수 있다는 인사이트에 이르지 못했다. 이는 까다로운 소재를 가공할 때도 매한가지다. 최고의 결과를 내려면 각 소재의 차이를 인정해야 한다.

GC4415와 GC4425는 내마모성, 품질 일관성 그리고 성능이 크게 향상됐다. [사진=샌드빅코로만트]

일반적으로 모든 가공물 제조업체들은 △금속 제거율 증가 △날당 가공물 수 증가 △사이클 시간 단축 △낭비 최소화 △재고 사용 최적화 등 목표 중 적어도 세 가지를 달성하려는 태세이다. 이는 또한 제조업체들에게 동일한 재종으로 여러 강 가공물을 가공하는 능력을 의미하기도 한다.

목표는 간단하지만 ISO P 그룹은 그렇지 않다. ISO P 금속은 단일 재료로는 관리하기 쉽지 않은 여러 특성을 가지고 있다. 반대로 S 그룹에 속한 HRSA를 가공하는 경우 낮은 열전도도 때문에 절삭 영역에 열이 집중돼 절삭 공구가 변형될 수도 있다. 더욱이, ISO P 그룹 재료처럼 여러 특성이 복합적으로 작용할 경우 더욱 다루기 까다로워진다. 

한 소재가 저합금강의 점착성에 특수한 열전도도를 갖고 있다면 하나의 공구로는 두 특성에 모두 대응 못하므로 마모를 피할 수 없게 된다.  

관건은 금속 절삭이 저저항 재료의 절삭과 같지 않기 때문에 절삭 공구에 의해 둘로 절단되는 것이 아니라 재료가 칩 형태로 제거될 때까지 압력이 가해진다는 점이다. 이 과정에서 엄청난 열과 마찰 그리고 화학 반응이 발생해 확산과 크레이터링이 유발된다. 또한 압력 자체도 손상을 줄 수 있다. 

대부분 위 다섯 가지 목표 중 적어도 세 가지를 달성하고 싶어 하지만, 단순히 절삭 매개 변수를 조정해 속도를 높이는 것만으로는 단 하나의 목표도 달성할 수 없다는 것이 전문가들의 전언이다.

수익성 있는 유연한 강 선삭 가공 실현

샌드빅코로만트는 GC4415와 GC4425라는 이름의 새로운 P 선삭 초경 재종을 해결책으로 내놨다. 1세대 Inveio는 알루미나 코팅 층에 새로운 차원의 내마모성 및 공구 수명을 보장하는 단방향 결정 구조의 최신의 기술이었다. 2세대 Inveio 기술은 결정 방향이 더욱 개선돼 내마모성, 품질 일관성 그리고 성능이 크게 향상됐다.

샌드빅코로만트 솔루션은 대량 생산과 배치 생산 모두에서 독보적인 수준의 유연성을 제공한다. [사진=샌드빅코로만트]

이러한 특징으로 인해 내열성과 인성도 높아져 적용 범위가 넓어졌을 뿐만 아니라 가공 현장이나 제조업체에서 ISO P 선삭의 문제에 대응하는 동시에 다섯 가지 핵심 목표를 모두 달성할 수 있게 된다. 또한 대량 생산과 배치 생산 모두에서 독보적인 수준의 유연성을 제공한다.

자동차, 발전, 우주 항공, 베어링, 석유 및 가스 등 다양한 산업 부문이 이러한 혁신의 수혜자가 될 전망이다. 일부 2세대 파트너들은 외경 및 내경 가공, 황삭 및 정삭, 연속 절삭 및 경단속 절삭 등 다양한 작업에서 이미 새로운 P 선삭 초경 재종을 사용하고 있다. 

샌드빅코로만트의 한 일반 엔지니어링 산업 고객이 샌드빅코로만트의 GC4425 초경 인서트를 사용해 압력 롤러를 제조해 제품을 테스트했다. GC4425는 내마모성, 내열성 및 인성이 향상되도록 설계됐다. 또한 더 높은 절삭 조건에서도 사용할 수 있다. 평균 205 HB의 브리넬 경도에 복잡하고 가공하기 어려운 비합금에서 고합금에 이르는 재료를 일컫는 ISO P 재료에 인서트를 사용했다.          

가공물에는 연속 외경 축 방향 선삭 가공 및 준정삭 가공을 수행했다. 절삭 속도(vc)는 200m/min(656 ft/min)였고, 이송률(fn)은 0.4 mm/rev(0.015inch/rev)였으며, 깊이(ap)는 4.0 mm (0.15 inch)였다. 경쟁사의 인서트는 소성 변형으로 인해 마모 전에 12개의 가공물을 가공하는 데 그쳤다. GC4425 재종 인서트는 안정적이고 예측 가능한 마모로 수명이 50% 증가했다. 

[최정훈 기자 (news@industrynews.co.kr)]

[저작권자 © FA저널 SMART FACTORY, 무단 전재 및 재배포 금지]