주철 가공을 위한 혁신적 툴링 전략

이 까다로운 소재는 절삭 공구에 독특한 요구를 하지만, R&D, 랩 테스트, 실제 응용 결과의 조합이 효과적인 솔루션으로 이어지고 있습니다.

주철은 여전히 가공하기 가장 어려운 소재 중 하나입니다. 이는 주로 구성 성분의 불일치와 구조가 다양하기 때문이며, 특히 외부 표면에서 그렇습니다. 이는 가공성의 상당한 변화를 초래합니다. 단속 절삭(interrupted cuts)이나 불안정한 기계 조건도 주철 가공 시 고려해야 할 수 있습니다. 이러한 요소들은 특히 대량 생산에서 사용되는 황삭 공구에 특히 도전적이며, 공구 수명과 공정 신뢰성이 비용에 큰 영향을 미칩니다.

경금속 합금의 사용 증가에도 불구하고 주철은 여전히 많이 사용됩니다. 경금속 합금의 부상은 예를 들어 오늘날 중소형 자동차의 엔진 블록이 종종 알루미늄으로 만들어진다는 것을 의미합니다. 그러나 2리터 이상의 더 큰 엔진을 가진 대형 자동차에서는 알루미늄 엔진 블록이 상당히 더 커져야 할 것입니다. 이 경우 주철은 더 얇은 벽과 더 컴팩트한 엔진을 허용합니다. 이는 특히 횡치 엔진(transversely mounted engine)에서 중요한 요소입니다.

"주철 또는 알루미늄"의 질문은 디젤 엔진이나 상용차에는 적용되지 않습니다. 이 영역에서는 주철의 진동 감쇠 효과 때문에 경쟁이 없습니다. 일반적으로 컴팩트 흑연 주철(compacted graphite iron) 형태입니다. 그 강도는 회주철(gray iron)과 연성 주철(ductile iron) 사이에 있습니다.

"주철 가공은 우리에게 매우 중요한 응용 분야입니다"라고 발터(Walter)의 선삭 선임 제품 매니저 게르트 쿠스마울(Gerd Kussmaul)은 말합니다. 이는 최근 몇 년간 자동차 산업이 이 중요하지만 어려운 소재를 가공하는 더 효율적이고 신뢰할 수 있는 방법을 추진하면서 다른 주요 툴링 회사들도 공유하는 정서입니다. "여기에는 자동차 산업, 일반 산업, 건설 등 여러 초점 분야가 있으며, 엔진 블록, 휠 허브, 펌프, 디퍼렌셜 또는 기어박스 하우징 같은 구성요소가 포함됩니다."라고 그는 덧붙였습니다.

앞서 언급했듯 더 얇은 엔진 벽을 허용하기 위해 주철을 사용하는 것이 언급되었습니다. 그러나 이러한 더 얇은 벽을 가공하면 일반적으로 진동이 유도됩니다. 그래서 부드럽게 절삭하면서도 견고한 공구가 필요합니다. 그 조합을 달성하기 위해 이러한 공구는 특정 특성을 가져야 하며, 그 첫 번째가 고성능 코팅입니다. 왜일까요?

"코팅은 열 마모 저항을 높이는 최적화된 미세 구조를 가져야 하며, 최대 공구 수명과 절삭 속도를 제공해야 합니다"라고 그는 답합니다. "또한 코팅의 인장 응력을 압축 응력으로 변환하는 특수 표면 처리가 있습니다." 이는 절삭 공구 소재의 강도를 높여주며, 특히 주철 스케일(cast scale) 가공 시 절삭 날 신뢰성을 향상시킵니다. 마모 저항과 강도 모두 기존 코팅보다 더 큽니다.

쿠스마울은 적절한 인서트 형상도 중요하다고 강조합니다. 절삭 날의 매크로 및 미세 형상은 칩 형성에 상당한 영향을 미치므로 결과적인 절삭 힘에도 영향을 미칩니다. 응용 분야에 적합한 형상을 선택하는 것, 가급적 안착을 보장하기 위해 그라운드 접촉면을 가진 것이 중요합니다. "첨단 코팅과 최적화된 형상, 오늘날의 새로운 절삭 공구 소재 등급이 결합되어 최대 절삭 성능과 최대 75%까지 공구 수명 증가를 이끌 수 있습니다"라고 그는 말합니다.

밀링을 위한 다중 절삭 날

주철 가공에서 마주치는 공작물 대다수, 일반적으로 가장 큰 것들은 입방체 형태이므로 밀링 머신이나 머시닝 센터 작업입니다. 가장 일반적인 작업 중 하나는 실링 및 부착 표면의 페이스 밀링입니다. 엔진 블록의 실린더 헤드 표면 같은 것들입니다.

"자동차 산업에서는 가능한 한 많은 표면을 최단 시간에 공정 신뢰성 있게 가공하는 것이 중요합니다. 적절한 금속 제거율을 위해 다중 절삭 날을 가진 대형 밀링 커터가 필요합니다"라고 발터의 밀링 스페셜리스트이자 제품 관리자인 볼프강 뵈치(Wolfgang Vötsch)는 말합니다.

뵈치는 자사의 F4045를 최대 주철 가공 생산성과 공정 신뢰성을 위해 필요한 공구 유형의 대표적인 예로 듭니다. F4045의 인서트는 대칭형 인덱서블 인서트가 반경 방향으로만 인덱싱되는 것이 아니라 뒤집을 수도 있어 14개의 사용 가능한 절삭 날을 제공합니다. 이러한 특성은 매우 효율적인 주철 커터를 만들어 절삭 날 비용을 낮춥니다. 또한 포지티브 전체 형상은 낮은 절삭 힘과 감소된 동력 소비를 제공합니다.

밀링 커터의 또 다른 바람직한 특징은 인서트 웨지 클램핑 시스템으로 인덱서블 인서트를 그 시트에 정밀하고 안전하게 장착할 수 있게 합니다. 이 설계로 클램핑 웨지는 클램핑 나사를 몇 번 돌리면 옆으로 피벗하여 인덱서블 인서트에 빠르고 쉽게 접근할 수 있게 합니다.

"다중 사용 가능 절삭 날을 가진 공구에서는 취급이 결정적으로 중요합니다"라고 뵈치는 설명합니다. "인덱서블 인서트를 손으로 빠르고 쉽게 뒤집거나 인덱싱할 수 없다면 많은 소중한 시간이 낭비됩니다."