내구성 있는 툴링으로 난제 터닝-필링 작업의 사이클 타임 단축

바이아르트너(Weingärtner)는 바리오+ 700 공작기계에 터닝-필링 헤드를 장착하고, 케나메탈(Kennametal)의 KCU25B 초경 등급을 사용하는 9개의 황삭 인서트와 1개의 정삭 인서트를 결합했습니다. 공구 파손이나 수명의 급격한 저하는 워크피스와 헤드 모두를 손상시킬 수 있으므로, 공구 교환 없이 단일 셋업으로 가공을 완료해야 했습니다. 모든 이미지 제공: 바이아르트너.

길이 3,900mm의 부품에서 오스테나이트계 스테인리스강 1.4435를 약 60mm 터닝-필링으로 제거하는 것 자체가 이미 까다로운 작업입니다. 이를 공구 교환 없이 수행하는 것은 거의 불가능에 가깝습니다. 하지만 바이아르트너의 고객인 오스트리아의 복잡한 회전 부품용 공작기계 OEM이 최근 이 과제를 안고 찾아왔습니다.

바이아르트너는 고객과 상담하여 바리오+ 700 기계로 작업을 수행할 수 있었지만, 시도한 대부분의 툴링이 공구 수명 요구사항을 충족하지 못했습니다. 결국 OEM은 툴링 회사 케나메탈과 협력했고, KCU25B 등급 툴링이 전체 가공 공정을 견딜 만큼 충분히 내구성이 있음을 입증했으며, 공정을 더욱 발전시켰습니다.

주요 콘텐츠

터닝-필링 과제

바이아르트너 소프트웨어 개발 부문의 공정 연구원 다니엘 웨버(Daniel Weber)는 고객 상담, 모듈형 기계 카탈로그, 나선형 부품용 자체 CAD/CAM 시스템(WeinCAD), 서비스 등을 아우르는 완전한 솔루션을 자랑한다고 말합니다. 바리오+ 700과 터닝-필링 헤드를 구매해 60개의 진행형 캐비티 펌프를 생산해야 했던 고객이 새로운 기계를 수용할 시설을 준비하기도 전에 부품을 납품해야 하는 상황이 되자, 바이아르트너가 부품 생산과 가공 공정 설계를 맡게 되었습니다.

바이아르트너의 특수 WeinCAD CAD/CAM 소프트웨어는 펌프 로터와 같은 나선형 부품에 대한 시뮬레이션 방법을 제공하여, OEM이 터닝-필링 헤드를 위험에 빠뜨리지 않고 공정 솔루션을 테스트할 수 있게 했습니다.

부품은 프리터닝을 통해 직경 160mm, 길이 3,900mm로 가공됩니다. 주요 터닝-필링 작업은 펌프 로터에 편심 윤곽을 생성하며, 최종 직경은 100.5mm입니다. 여러 황삭 인서트와 한 개의 정삭 인서트가 엇갈린 순서로 부품에 결합하여, 150분의 사이클 타임 동안 공구를 방해하지 않는 짧고 쉽게 부서지는 칩을 생성합니다. 편심 형상을 만들기 위해서는 단속 절삭과 연속 절삭이 모두 필요하며, 터닝-필링 헤드의 편심 위치로 인해 헤드 접근이 어려워 공구 교환에 약 30분이 소요됩니다. 공구 교환은 최상의 경우에도 표면 마감에 영향을 주며, 공구 파손이나 수명의 급격한 저하는 워크피스와 필링 헤드를 손상시킵니다.

따라서 절삭 공구와 인서트는 각 부품의 전체 사이클 타임 동안 지속되어야 합니다. 이는 부품 소재인 오스테나이트계 스테인리스강 1.4435 때문에 더욱 어려운 과제입니다. 이는 열전도율이 낮고 가공 경화 경향이 있는 까다로운 소재로, 절삭 공구에 엄격한 요구를 부과합니다. 바이아르트너가 테스트한 많은 절삭 공구가 이 작업의 공구 수명 요구사항을 충족하지 못했고, 공작기계 OEM은 이 고난도 작업의 요구를 충족할 툴링을 찾기 위해 케나메탈과 제휴했습니다.

바이아르트너와 고객이 생산하는 각 로터는 바리오+ 700에 들어가 터닝-필링을 수행하기 전에 직경 160mm로 프리터닝됩니다. 이 공정은 부품 길이 3,900mm 전체에 걸쳐 약 60mm의 재료를 제거합니다.

견고한(초경) 솔루션

바이아르트너의 절삭 데이터를 분석하고 일부 형상을 조정한 후, 케나메탈 팀은 KCU25B 초경 등급을 추천했습니다. 이 등급은 회사의 3층 KENGold PVD 코팅을 사용하여 내열 변형성, 날 마모, 일반 마모 저항성을 개선하여 공구 내구성을 높입니다.

"처음부터 공구 수명이 인상적이었고, 표면 품질이 일관되었으며 칩 제어가 신뢰할 수 있었습니다."라고 웨버는 말하며, 툴링이 필요한 150분 공구 수명을 안정적으로 충족했다고 언급했습니다. 이 적용 사례에서 바이아르트너는 터닝-필링 헤드를 축 방향 절삭 깊이 5.5mm로 작동하는 9개의 황삭 인서트와 축 방향 절삭 깊이 2.0mm로 작동하는 1개의 정삭 인서트와 결합했습니다.

바이아르트너는 이 공구로 Ra 2.2μm, Rz 9.5μm의 표면 조도를 달성했으며, 이는 후속 제조 단계에서 필요한 연삭 양을 줄여준다고 회사는 설명합니다. 또한 공구가 충분히 내구성이 있어 바이아르트너와 고객은 예상보다 더 공격적인 절삭 파라미터를 사용할 수 있게 되었습니다. 케나메탈의 프로젝트 영업 엔지니어 마르쿠스 플라이어(Markus Pleyer)는 "공정을 최적화함으로써 가공 시간을 150분에서 126분으로 단축했으며, 일관되게 우수한 결과를 얻었습니다."라고 말했습니다.