하드 터닝 마스터하기: 첨단 툴링으로 과제 극복

하드 터닝(hard turning)은 수십 년간 원통 연삭 작업을 간소화하거나 많은 경우 대체하는 데 쓰여 왔습니다. 빠르고 정확하며, 케나메탈(Kennametal) 같은 툴링 공급업체 덕분에 예측 가능하고 비용 효율적인 다양한 절삭 공구를 구할 수 있어 가장 까다로운 경화강, 초합금, 칠드 주철도 정복할 수 있습니다. 하지만 항공우주, 자동차, 발전 등 산업이 더욱 견고한 금속을 개발함에 따라 절삭 공구 제조사도 이러한 소재를 공략할 고성능 툴링으로 진화해야 합니다.

최고의 품종

케나메탈(Kennametal Inc.)은 바로 최근 KBH10을 선보이며 이를 달성했습니다. 오늘날의 까다로운 시장의 과제를 위해 특별히 설계된 새로운 종류의 다결정 입방정 질화붕소(PcBN) 하드 터닝 인서트입니다. 글로벌 가공 기술 수석 엔지니어 헬무트 그레머(Helmut Gremer)는 이 새 인서트가 케나메탈의 기존 PcBN 그레이드 KBH20과 KB5630을 보완하며, 특히 매우 미세한 표면 조도가 요구될 때 최대 65HRC까지 경화 금속을 성공적으로 터닝하는 데 필요한 극한의 내마모성을 제공한다고 말합니다.

"많은 제조사들이 베어링 저널, 링, 피스톤, 기어 허브 등의 허용 공차를 줄이고 있는 걸 보았습니다."라고 그는 말합니다. "예를 들어 치수 공차 4μm 미만이 점점 흔해지고, 표면 조도 요건도 Ra 0.4μm 미만으로 더 엄격해지고 있습니다. 이 새 그레이드는 이러한 고객들과 기타 우수한 공구 수명이 필요한 부품 마무리 고객들의 격차를 메워줍니다."

한 예로, 유명 자동차 제조사가 내부 엔드 페이싱 작업에서 공구 수명을 150개/날에서 350개/날로 2배 이상 늘렸습니다. 지름 140mm(5.5인치) 5115 합금강 베어링 허브로, 이전에 62 HRC로 열처리된 것이었습니다. 드라이브샤프트 생산업체도 비슷한 결과를 얻어, 수직 터렛 선반에서 58 HRC UC1(S53 유사) 강을 터닝하며 공구 수명을 250개에서 450개/날로 늘렸고, 6 Rz 표면 조도를 일관되게 유지했습니다.

하드 터닝의 확실한 사례

두 사례 모두 절삭 속도 180 m/min(590 sfm), 평균 절삭 깊이 0.15mm(0.006인치), 피드율 0.22~0.32mm/rev(0.0087~0.013 ipr)를 사용했습니다. 두 경우 모두 기존 솔루션 대비 연간 인서트 비용 수천 달러를 절약하면서 공구 교체로 인한 가동 중단 시간을 대폭 줄였습니다.

KBH10 기판은 완전히 새롭습니다. PcBN 조성이 최대 20% 더 높은 절삭 속도를 내면서 동등하거나 경우에 따라 훨씬 더 긴 공구 수명을 제공하도록 설계되었습니다. 케나메탈 엔지니어들은 Ra 0.2, Rz 1 표면 조도를 자주 달성하면서 앞서 언급한 프로파일과 치수 공차를 일관되게 유지했습니다. KBH10은 여러 형상과 에지 프리프(edge preparation)로 제공되어 다양한 제조사들의 터닝 적용 분야에서 빠르게 필수 인서트가 되고 있습니다.

"KBH10은 정밀 마무리 작업에 이상적이면서도 가벼운 단절 절삭이나 가변 절삭 깊이 작업도 견딜 만큼 강합니다."라고 그레머는 말합니다. "절삭 힘과 따라서 열이 줄어들어 크레이터 마모와 플랭크 마모도 줄어들어 공구 수명이 연장됩니다. 많은 하드 파트 가공 작업을 괴롭히는 화이트 레이어(white layer) 발생도 낮습니다."

이 마지막 부분은 KBH10의 독특한 에지 프리프로 달성됩니다. 거의 모든 PcBN 절삭 공구에 적용되는 전통적인 워터폴(waterfall) 또는 라디우스 혼(hone) 대신, 케나메탈은 경쟁 솔루션보다 더 날카롭고 프리 컷팅(free-cutting)하면서도 하드 터닝의 혹독함을 견딜 만큼 충분히 강한 특수 형상을 개발했습니다.

"5년 전만 해도 아무도 이런 에지를 생성할 수 없었고, 측정할 수도 없었습니다."라고 그레머는 설명합니다. "하지만 계측과 공작기계 기술의 비교적 최근 발전 덕분에 이 혼 형상을 일관되게 생산할 수 있게 되었고, 이는 수동 절삭 힘을 최대 40% 줄여줍니다. KBH10의 더 강한 기판(이것도 새것)과 결합해 내마모성, 경도, 날카로움 사이의 미세한 균형을 이루는 인서트를 만들었습니다."

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