티타늄 가공 마스터하기: 초합금용 최적 밀링 공구 선택

가공에 대한 요구가 까다롭지만, 티타늄의 제조 부문 전반 채택은 무시할 수 없습니다. 티타늄 작업법을 마스터하고 숍 수익성을 높이는 방법을 배워보세요.

티타늄과 그 다양한 합금은 인기를 계속 얻고 있습니다. 항공우주 제조사들은 제트 엔진, 랜딩 기어, 강하면서 가벼운 소재가 필요한 곳이면 어디든 티타늄을 씁니다. 발전 및 화학 처리 장비 제조사들은 내식성을 높이 평가합니다. 생체 적합성 덕분에 의료 기기 제조사들은 고관절부터 수술 기구까지 모든 것에 티타늄을 사용합니다. 골프를 잘 치신다면 티타늄 헤드의 아주 강하고 휘두르기 쉬운 클럽 세트를 갖고 계실지도 모릅니다. 간단히 말해, 티타늄은 다양한 용도에 완벽한 금속입니다.

불행히도 티타늄을 완벽한 금속으로 만드는 바로 그 특성들이 절삭하기엔 완벽한 곰(매우 어려운 대상)으로 만듭니다. 크롬과 몰리브덴 함량이 높은 티타늄 합금 가공 시 공구 마모가 심할 수 있습니다. 날카로운 에지가 없으면 공구가 표면에서 '튕겨 나가' 문질러지는 현상이 생깁니다. 절삭 중간에 멈추면 작업 경화는 거의 즉각적입니다. 그리고 공구가 일단 무뎌지기 시작하면 절삭 영역 내 열 축적이 급격히 심해져 상황을 더 복잡하게 만듭니다.

티타늄은 정복할 수 있습니다. 성공은 올바른 공구에서 시작합니다. 범용 밀링 커터나 드릴로 티타늄을 가공하려 하지 마십시오. 절삭 공구 제조사들은 티타늄 전용 형상과 코팅 개발에 큰 노력을 기울여왔습니다. 그중 일부를 살펴보겠습니다.

티타늄이 밀링 중 발화할 수 있다는 걸 아셨나요? "티타늄 밀링에 대해 모를 수 있는 8가지 사실"을 읽어보세요.

초합금을 황삭, 밀링, 드릴링하는 공구 유형

안전한 잠금 방식을 쓰는 포지티브 레이크 인덱서블 커터와 부드러운 에지 프리프(edge prep)를 가진 날카로운 인서트가 황삭에 1순위입니다. 채터(chatter)로 이어지는 고조파를 깨기 위해 가변 헬릭스 앵글(variable helix angles) 엔드밀을 찾으십시오. 서브미크론 그레이드 초경에 적용된 알티엔(AlTiN), 티씨엔(TiCN), 티알엔(TiAlN) 같은 다상 코팅(multi-phase coating)이 종종 최선의 선택이며, 에센트릭 플루트 릴리프(eccentric flute relief)로 가능한 가장 강한 에지를 제공하는 것도 좋습니다.

드릴링할 땐 분할점 135도 초경 공구가 선호되며, 앞서 설명한 다상 코팅 중 하나가 있는 게 좋습니다. 항상 공구 내부 쿨런트(coolant through the tool)를 사용하십시오. 티타늄에서 치당 피드율이 더 관대한 소재보다 낮기 때문에, 플루트가 더 많은 엔드밀이 더 높은 금속 제거율을 제공합니다.

티타늄에선 최고 수준의 워크 홀딩 솔루션이 필요

좋은 초경 절삭 공구가 매우 중요하지만, 티타늄처럼 작업하기 복잡한 소재에선 워크 홀딩, 툴 홀딩, 프로그래밍 등 고려할 게 더 있습니다. 이 소재는 사소한 약점도 공구 수명 저하와 매우 예측 불가능한 공정으로 바꿀 수 있습니다. 티타늄 가공에서 체크해야 할 다른 몇 가지 박스입니다.

티타늄은 끈적거립니다(grabby). 표준 ER 스타일이나 비슷한 콜렛을 쓰면 공구 풀아웃(pullout)과 그에 따른 공작물 스크랩이 거의 확실합니다. 툴메이커 하이머(Haimer)는 원형 절삭 공구용으로 안티-풀아웃 세이프-락(Safe-Lock) 시스템을 샌드빅 코로만트, 케나메탈 등에게 라이선스했습니다. 특별히 연마된 홈이 내부 잠금 핀과 결합해 무슨 소재를 자르든 절삭 공구를 안전하게 고정합니다.

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과도한 공구 런아웃(runout)은 어떤 소재든 문제가 되지만, 티타늄과 다른 초합금에선 점점 더 심각해집니다. 황삭 작업엔 세이프-락이나 경쟁 시스템이 잘 작동하지만, 정삭과 반정삭엔 슈링크 핏 홀더나 유압 밀링 척이 필요합니다. 공구를 최대한 짧게 유지하고, 스핀들, 툴 홀더, 리텐션 노브가 제대로 유지보수되었는지 확인하십시오.

티타늄은 열전도율이 낮으므로:

• 충분한 양의 절삭유로 소재를 플러딩(flood)하십시오.
• 고피드 가공에서 볼 수 있는 것과 유사한 프로그래밍 기술을 사용하십시오.
• 일정한 커터 결합, 칩 시닝(chip-thinning) 전략, 공작물 안팎으로 램프인/아웃하는 트로코이달 커터 패스(trochoidal cutter paths)를 사용해 커터와 공작기계에 가해지는 충격을 최소화하십시오.
• 코너에 공구를 파묻지 마십시오.

올바른 양과 유형의 절삭유를 꼭 사용하십시오. 수용성 오일이나 반합성 유체가 윤활성과 열 제거의 최적 조합을 제공합니다. 극압 첨가제가 있어 공구 수명을 개선하는 제품을 찾으십시오. 트램프 오일(tramp oils) 없이 깨끗하게, pH 균형 잡힌 상태로, 권장 농도로 유지하십시오. 고압 쿨런트 능력이 있다면 반드시 활용하십시오.

기계가 왜 필요한 만큼 생산적이지 않은지 의아하다면 툴 홀더를 평가해 볼 때일 수 있습니다. 저가 툴 홀더와 바이스를 쓰고 있다면 업그레이드할 때일 가능성이 큽니다. 마찬가지로 숍 오너가 새 공작기계 구매를 고민해왔다면, 까다로운 작업을 위해 특별히 설계된 하이엔드 머시닝 센터에 투자할 때일 수 있습니다.

티타늄 가공을 시도했다가 강철이나 알루미늄 같은 쉬운 금속에 머무르기로 결정했을 수도 있습니다. 티타늄의 뛰어난 강도-중량비, 높은 내열·내식성, 우수한 기계적 특성은 장기적으로 지속될 것입니다. 숍이 경쟁력을 유지하려면 이 중요한 합금을 마스터할 때입니다.

귀사 숍에서 티타늄을 성공적으로 가공하고 있나요? 얼마나 어려웠나요? 경험을 공유해 주세요.