깊고 좁은 절단

심공 가공을 위한 신뢰할 수 있는 대안을 제공하는 OSG EXOCARB® WXS® 엔드밀 시리즈

Magnus Hoyer, OSG 독일

칩 배출 불량, 진동, 채터링, 공구 불안정성 및 공구 수명 저하와 같은 여러 문제는 일반적으로 깊은 캐비티 가공과 관련이 있습니다. 깊은 응용 분야에서 공작물의 측벽은 적절한 칩 제거를 위한 장벽이 됩니다. 칩 배출은 커터가 진행하는 부품의 깊이를 더 악화시킬 뿐입니다. 또한, 높은 윤곽과 좁은 웹 환경으로 인해 툴 홀더와 어댑터가 작업물과 충돌할 수 있습니다. 표준 절삭 공구를 사용하면 절삭 날이 공작물과 완전히 맞물리므로 측면 절삭력이 발생하여 진동, 채터링 및 공구 고장을 유발할 수 있습니다. 방전 가공(EDM)은 깊은 캐비티 가공의 대안으로 자주 사용되지만 시간과 비용이 많이 듭니다.

독일의 프로토타입, 생산 도구 및 금형 제조업체인 Meissner AG는 좁은 주머니, 좁은 웹 및 높은 윤곽의 처리가 필요한 워터 재킷 코어 도구 생산 작업에서 이러한 문제를 겪고 있었습니다. 최신 생산 장비 및 기술과 항상 동기화되는 제조업체인 Meissner는 5축 가공을 사용하더라도 이러한 유형의 작업에서는 최적의 성능을 얻을 수 없다는 것을 발견했습니다.

1922년에 설립되어 독일 Biedenkopf-Wallau에 본사가 있는 Meissner는 프로토타입, 생산 도구 및 금형의 개발, 설계 및 제조를 포함한 서비스를 전 세계 고객에게 제공합니다. 제품 툴링에는 엔진 블록, 실린더 헤드, 다양한 재료의 자동차 림 부품, 연료 탱크 및 필러 파이프용 블로우 몰드 등을 주조하기 위한 도구가 포함될 수 있습니다.

Meissner에는 총 340명의 직원이 있으며 그 중 약 50명이 엔지니어입니다. Meissner는 제품 우수성, 신뢰성 및 지속적인 혁신에 중점을 둡니다. Meissner는 거의 모든 자동차 산업 전반에 걸친 CAD 시스템과 CAD 기반 데이터 관리와 함께 최신 장비와 기술을 사용하여 고객과 효과적이고 효율적인 커뮤니케이션을 가능하게 합니다.

Meissner는 독일에서 5축 가공을 도입한 최초의 회사 중 하나입니다. 사이클 시간 단축과 정밀도 향상은 5축 CNC 머시닝 센터의 두 가지 주요 이점입니다. 그러나 Meissner의 제품 엔지니어는 특정 구성 요소의 경우 5축 가공에 의존하는 것이 항상 의미가 있는 것은 아니라는 사실을 점점 더 자주 발견했습니다.

Meissner의 기계 생산 그룹 리더인 Christoph Schwarz에 따르면 5축 머시닝 센터의 잠재력을 완전히 최대화할 수 없다는 것은 워터 재킷 코어 도구의 가공에서 특히 분명합니다.

Schwarz는 "이러한 도구를 사용하면 좁은 영역, 좁은 주머니, 좁은 웹 및 높은 윤곽을 얻을 수 있습니다."라고 말했습니다. "기계의 회전 동작에 제한이 있으므로 속도와 이송이 감소합니다."

Schwarz에 따르면 회전 운동은 또한 도구에 더 많은 스트레스를 가합니다. 따라서 공작물의 형상에 따라 5축 머시닝 센터가 항상 의미가 있는 것은 아닙니다. Meissner는 또한 EDM으로 깊은 캐비티 공작물을 처리해 왔지만 시간과 비용이 많이 듭니다.

Schwarz는 "올바른 툴링을 사용하면 특정 공작물의 경우 3축 머시닝 센터를 사용하는 것이 훨씬 더 빠릅니다."라고 말했습니다.

깊고 좁은 구멍에는 일반적으로 매우 길고 얇은 도구가 필요합니다. 공구의 처짐은 가공 중 일반적인 문제입니다. 이러한 이유로 Meissner는 5축 각도로 밀링을 하거나 EDM을 선택하지 않기 때문에 대안을 모색해 왔습니다.

OSG의 2날 도넛형 및 볼 엔드밀을 사용하여 특히 워터 재킷용 코어 공구의 윤곽 황삭 및 정삭에 대한 솔루션을 찾은 것으로 보입니다. OSG의 토로이달 및 볼 엔드밀을 3축 머시닝 센터와 함께 사용하는 아이디어는 다른 프로젝트에서 연초에 나왔습니다. OSG WXS® 시리즈의 토로이달 및 볼 엔드밀은 여러 가지 이유로 선택되었다고 Schwarz는 설명합니다.

“우선 긍정적인 경험이었습니다. OSG는 항상 질문에 기꺼이 응답했으며 배송 시간은 짧고 조언은 유능했습니다.”라고 Schwarz는 말했습니다. "그러나 더 중요한 것은 이러한 절삭 공구에서 얻은 결과였습니다."

WXS® 및 WXS-C 시리즈의 밀링 커터는 일본 OSG 본사에서 생산되지만 EPL 시리즈의 툴링은 괴핑겐에 있는 OSG 독일 공장에서 생산됩니다. WXS® 엔드밀 시리즈는 높은 내열성을 위해 나노 기술이 적용된 초경질 코팅으로 설계되었습니다. 50HRC 이상의 작업 자재에 탁월하도록 설계되었습니다. OSG 고유의 WXL® 코팅은 1,300°C의 산화 온도를 가지므로 고속 또는 건식 가공에서도 스핀들 속도를 높이고 공구 수명을 연장할 수 있습니다. 고유한 공구 형상으로 어려운 가공 조건에서도 고품질, 고정밀 밀링이 가능합니다. WXS® 엔드밀 외에도 WXS-CRE는 슈퍼 반경을 가진 5날 고성능 초경 엔드밀이며 최대 65HRC의 재료를 수용하도록 설계되었습니다. 마지막으로 EPL은 45HRC 및 최대 60HRC의 재료에서 탁월하도록 설계된 2플루트, 고성능, 롱 넥 및 볼 노즈 엔드밀 시리즈입니다.

3축 밀링을 사용하여 깊은 캐비티가 있는 워터 재킷 코어 도구에 대해 가공 시험이 수행되었습니다. 다른 제조업체의 도구를 동일한 조건에서 테스트했습니다. Meissner의 생산 부문 관리자인 Matthias Bassler에 따르면 OSG에 유리한 결정이 내려졌다고 합니다.

Bassler는 "우리는 마지막 순간을 바라보는 것이 아니라 시간도 중요한 요소입니다."라고 말했습니다.

“시간이 많이 소요되는 마감 작업이 매우 많습니다. 품질, 공구 수명 및 공정의 신뢰성은 매우 중요합니다. 어떤 이유에서든 필요한 재작업은 비용에 막대한 영향을 미칩니다. 테스트 결과 이 ​​재료를 사용하여 다른 제조업체의 도구를 사용할 때 추가 단계를 실행해야 하는 것으로 나타났습니다. 반면에 OSG에서는 모든 것이 순조롭게 진행되었습니다.”라고 Bassler는 말했습니다.

생산성 외에도 Meissner는 치수 정확도와 표면 마감에 대한 엄격한 요구 사항을 가지고 있습니다. 코어 공구는 0.3mm의 최적 가공 얼라이언스로 사전 마감 처리됩니다. 마무리 후 모든 수준의 허용 오차는 0.03mm의 지정된 허용 오차 범위 내에 있어야 합니다. 이러한 결과를 얻으려면 당연히 적절한 프로그래밍이 필요합니다.

Meissner의 CAM 프로그래머인 Christoph Rothenpieler는 "작업을 올바르게 수행하려면 먼저 도구 순서를 결정해야 합니다."라고 말했습니다.

"황삭 및 사전 정삭을 위한 도구는 나중에 정삭 중에 가능한 한 변형이 최소화되는 방식으로 선택해야 합니다. 이것이 최적의 윤곽을 준비하는 유일한 방법입니다.”라고 Rothenpieler가 덧붙였습니다.

이러한 정밀도를 달성하기 위한 전제 조건은 머시닝 센터와 절삭 공구에 따라 크게 좌우됩니다. 이 경우 Hermle의 머시닝 센터가 최상의 결과를 제공합니다. 마무리 작업의 80%가 이 기계에서 수행됩니다. 절단 도구와 관련하여 OSG 영업 관리자 Uli Blöcher는 정말 중요한 것이 무엇인지 알고 있습니다.

Blöcher는 "공구 간의 차이는 주로 탄화물의 선택, 절삭날의 형상, 테이퍼의 강성에 따라 결정되며, 무엇보다도 모재 또는 절삭날에서 공구가 작동하는 방식에 따라 결정됩니다."라고 말했습니다.

OSG의 EXCARB® WXS® 시리즈는 깊은 작업에서 더 빠른 사이클 시간을 가능하게 하도록 설계된 고유한 절삭 공구 형상을 제공합니다. 절단 형상의 나선형 개쉬 기술은 진동과 떨림을 최소화하여 안정적인 윤곽 밀링을 가능하게 합니다.

D2 공구강에서 OSG의 EXOCARB® WXS®와 경쟁사 엔드밀 간의 발열 비교를 보려면 이 짧은 동영상을 확인하세요.

대체 가공 솔루션에 대한 Meissner의 탐구 덕분에 다수의 3축 머시닝 센터를 부활시키면서 5축 머시닝 센터를 다른 작업과 함께 완전 생산할 수 있게 되었습니다.

올바른 툴링을 사용하면 3축이 5축 머시닝 센터를 능가하여 수익성을 극대화할 수 있습니다. OSG의 툴링은 최소한의 채터, 사이클 시간 및 설정 시간으로 3축에서 깊고 좁은 절삭이 가능함과 동시에 제거율과 공구 수명을 증가시키는 것을 보여줍니다. 때로는 확립된 방법에 의문을 제기하는 것이 발전을 위한 첫 번째 단계가 될 수 있습니다.

이전에 SHAPE IT Magazine에 실렸습니다.