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샌드빅코로만트, 금속 절삭 자동화의 종착지 ‘예측 유지보수’ 솔루션 제시
공정 안정성·낭비 감소 위한 공구 마모 예측 방안 제시

[샌드빅코로만트 제공] 예측 유지보수는 제품 품질과 맞닿아 있다. 제조업체들이 이러한 강 선삭 작업의 예측성과 우수성을 작업자 수가 적은 생산 현장이나 자동화 생산과 어떻게 결부시킬까? 샌드빅코로만트의 제품 매니저 롤프 올로프손(Rolf Olofsson)이 올바른 공구와 페일 세이프 공정이 가공물 품질에 왜 중요한지 설명한다.

중국 베이항대학교(Beihang University)가 International Journal of Production Research에 발표한 연구가 ‘유지보수 전략, 생산 계획 및 품질 사이에 강력한 관계’가 있다는 점을 강조하는 한편, 샌드빅코로만트는 가공 기계 제조업체들이 최신 CNC 기계 안에 공정 모니터링 시스템을 통합하는 추세가 강화되고 있다는 사실에 집중하고 있다.

자동화 및 야간 무인 생산에서는 예측 가능한 마모를 구현할 수 있어야 한다. [사진=utoimage]

최근의 Pricewaterhouse Coopers(PwC) 보고서 Digital Factories 2020에서는 “기업들이 예측 분석과 머신러닝을 이용해 더욱 스마트한 결정을 내려야 한다”고 권고하는 한편, 이 보고서에서 조사한 제조업체의 98%는 예측 유지보수를 통해 효율성을 높일 수 있을 것으로 내다봤다. ‘Markets and Markets’에 따르면 글로벌 생산 모니터링 시장은 9.8%의 연평균 성장률(CAGR)로 2018년 40억 달러에서 2023년 64억 달러로 성장할 것으로 전망된다.

이러한 추세에서 최신 강 선삭 가공에서도 예측성이 점점 더 중요해지고 있는 양상이다. 이는 공장에서 새로운 사회적 거리두기 요건으로 인해 사람의 감독이 점점 더 제한되고 있는 상황에서 기인한다. 자동화 생산이 앞으로 나가야 할 길이라는 사실은 분명하지만, 공구 마모를 발견하고 갑작스러운 파손을 방지하는 기능 없이는 요원할 수밖에 없다.

무인 자동화 생산 

빈번한 인서트 교환, 생산 중단, 작업이나 소재별로 적절한 인서트를 찾지 못하는 상황은 모두 현대 생산에서 시간을 낭비하는 요인이다. 여러 가지 요인, 특히 공구의 내마모성으로 인해 제조업체들은 근무조별로 원하는 강 가공물 수에 도달하지 못할 가능성이 없지 않다. 이는 특히 ISO P15 및 P25에 적용된다. ISO P15 및 P25는 서로 다른 작업 조건이 가공 조건에 미치는 영향을 규정한다. 여기에는 절삭 데이터, 표면 조도, 절입 깊이, 가공 또는 황삭 표면, 연속 또는 단속 절삭 등이 포함된다.

이 적용 영역에서는 자동화 또는 야간 무인 생산을 지원하기 위해 내마모성이 탁월한 초경 인서트가 필수이다. 

그렇다면 내마모성이란 무엇을 의미할까? 여러 가지 유형이 있다. 예를 들어, 절삭날은 극한의 온도에 의해 발생하는 소성 변형에 견딜 수 있어야 하기 때문에 내파손성이 중요하다. 또한 인서트 코팅은 전면 마모, 상면 마모 및 구성인선을 방지해야 한다. 또한 코팅은 모재에 밀착돼야 한다. 코팅이 밀착되지 않으면 모재가 노출돼 빠르게 손상될 수 있다. 

이러한 마모 현상을 방지하기 위한 열쇠는 연속적이고 통제 가능한 마모를 제한하고 불연속적이고 통제 불가능한 마모를 제거하는 것이다. 사람의 감독이 제한적이거나 전혀 없는 현재의 가공 동향을 고려하면 이는 쉽지 않은 일이다. 하지만 몇 가지 기술이 도움이 될 수 있다. 기계의 ‘가상 눈과 귀’가 될 수 있고 공구 성능 악화에 대한 최적의 지침을 지원하는 지능형 소프트웨어와 센서처럼 예측 및 예방 유지보수가 종종 거론된다.

센서를 통해 마모를 개선할 수 있다면, 개선된 툴링을 통해서는 어떨까?

마모 현상을 방지하기 위해서는 연속적이고 통제 가능한 마모를 제한하고 불연속적이고 통제 불가능한 마모를 제거해야 한다. [사진=샌드빅코로만트]

파손 방지

더 우수한 인서트를 선택할 때 이상적인 재종은 마모의 진행을 제한하고 일부 작업에서는 진행을 완전히 방지하는 재종이다. 자동화 및 야간 무인 생산에서는 예측 가능한 마모가 특히 유용하다. 

마모를 최소화하려면 일관되고 예측 가능한 성능을 제공할 수 있는 초경 인서트를 선택하는 것이 중요하다. 샌드빅코로만트가 내마모성, 내열성 및 인성이 향상된 새로운 ISO P 선삭 초경 재종 GC4415와 GC4425를 출시한 이유가 여기에 있다. 

특히 두 재종 모두 저합금강과 비합금강에 이상적이다. 대량 생산과 배치 생산 모두에서 더 많은 가공물을 가공할 수 있을 뿐만 아니라 공구 수명 연장에도 기여한다. 

이름에서 알 수 있듯이 GC4415와 GC4425는 각각 P15와 P25를 가리키고 두 재종 모두에 2세대 Inveio기술이 적용됐다. Inveio는 알루미나 코팅 층에 일방향 결정 구조를 구현한 기술로, 현미경으로 관찰하면 고유한 특성을 확인할 수 있다.

알루미나 코팅의 모든 결정이 동일한 방향으로 배열되기 때문에 절삭 영역을 향해 강한 방어벽을 생성한다. 2세대 Inveio 코팅은 결정 방향이 크게 개선됐다. 그 결과 인서트의 내마모성이 향상됐고 공구 수명이 길어졌다.

목표 달성

GC4415와 GC4425는 이미 업계에서 놀라운 효과를 입증했다. 공구 수명이 가공물 150개에 불과한 다른 인서트에 비해 GC4425는 270개를 가공할 수 있어 공구 수명이 크게 증가했다. 

미국의 한 일반 엔지니어링 고객이 실시한 또 다른 비교 테스트에서는 GC4415의 성능을 다른 초경 인서트와 비교해 측정했다. 두 인서트 모두 330HB 강 가공물을 가공하는 배치 선삭 및 정삭 공정에서 사용했으며, 표면 조도가 나빠졌을 때 공구를 교환했다. 각 경우에서 유제를 절삭유로 사용했다. 

결과는 명확했다. 고객은 GC4415 인서트를 사용해 절삭조건을 거의 두 배 높일 수 있었다. 예를 들어, 절삭 속도(vc)는 GC4415가 280m/min(918ft/min)인 반면 다른 공구는 200m/min(656ft/min)였으며, 이송률(fn)은 0.15mm/rev(0.006in/rev) 대 0.1mm/rev(0.004 in/rev)로 차이가 났다.

이 고객은 공구 수명과 생산성도 크게 향상시킬 수 있었다. 전반적으로 Inveio 기술이 적용된 샌드빅코로만트의 GC4415 인서트는 마모 징후가 보이기 전에 다른 공구의 40개보다 두 배 많은 80개를 가공했다. 이는 생산성의 100% 증가와 공구 수명의 두 배 증가를 의미한다.

GC4415와 GC4425는 이미 업계에서 놀라운 성능 효과를 입증했다. [사진=샌드빅코로만트]

디지털화의 지원

GC4415 및 GC4425 재종 인서트를 통한 툴링 개선 외에 샌드빅 코로만트는 향상된 디지털화 솔루션도 제공한다. 이를 위해 샌드빅코로만트 전문가들은 가공 기계 제조업체, 클라우드 제공업체, 네트워크 업체들과 긴밀히 협력하여 커넥티드 공구와 소프트웨어로 구성된 디지털 플랫폼 CoroPlus를 개발했다. 

이 소프트웨어는 시대의 변화를 반영한다. 과거에는 작업자들이 경험과 본능에 의지해 공정을 개선하고 공구의 마모를 발견해야 했다. 오늘날에는 생산 관리자들이 센서 탑재 공구를 사용해 실시간으로 공구의 가공 성능을 자동으로 조정, 제어 및 모니터링할 수 있다.

CoroPlus 플랫폼은 센서 탑재 공구의 모니터링과 제어에서 가치 있는 것으로 이미 입증됐다. 이 플랫폼은 앞에서 언급한 현대 생산의 ‘시간 낭비 요인’을 제거하고 초경 선삭 인서트를 포함한 마모 공구를 교체하는 데 필요한 생산 중단을 최소화하고 낭비를 줄여 공정을 최적화한다.

뿐만 아니라, CoroPlus는 GC4415 및 GC4425 재종 인서트나 다른 개선된 샌드빅코로만트 공구와 함께 예측 유지보수를 지원한다. 제조업체들은 적절한 소프트웨어 시스템을 조합하여 공구 마모를 미리 발견하고 갑작스러운 파손을 방지할 수 있다. 

그 결과 자동화 생산뿐만 아니라 공정 안정성 향상, 가동 중단 감소, 투자 보호 등의 혜택을 누릴 수 있는 것이다.

[최정훈 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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