알루미늄 칩 제어 문제 해결: 선삭 가공의 효과적인 솔루션

알루미늄 합금은 초합금 같은 금속에 비해 가공하기가 훨씬 수월하지만, 저출력 장비를 사용하는 선삭 작업에서는 잠재적으로 비용이 많이 드는 칩 제어 문제가 한 가지 큰 단점으로 남아 있습니다.

미국철강협회(AISI)의 가공성 차트에서 알루미늄 합금은 약 400점을 기록하는데, 이는 황동과 마그네슘을 제외한 모든 금속보다 높은 수치입니다. 비교하자면 B1112 냉간인발강은 100, 316 스테인리스강은 45, 일부 니켈 기반 초합금은 10점대 초반에 불과합니다.

알루미늄의 가공성이 워낙 뛰어나다 보니, 많은 가공성 차트 출판사들은 아예 알루미늄을 등재하지조차 않습니다. 이 금속으로 소재를 제거하는 작업은 주로 사용 가능한 스핀들 동력과 공작물이 얼마나 단단히 고정되어 있는지에 의해서만 제한됩니다. 공구 수명은 거의 문제가 되지 않습니다.

더 읽어보기: 알루미늄 가공 최적화 방법고실리콘 알루미늄 합금은 마모성이 강하고, 압출재 제작에 쓰이는 부드러운 합금들은 상당히 끈적거리는 경향이 있지만, 다결정 다이아몬드(PCD) 절삭 공구, 다이아몬드 유사 탄소(DLC) 코팅, 적절히 혼합된 수용성 절삭유만 있으면 어렵지 않게 해결할 수 있습니다.

"60마력 선반에 36인치 스윙, 센터 간 거리 200인치라면, 손에 잡히는 거의 모든 인서트를 집어넣고 마음껏 깎아도 됩니다."라고 샌드빅 코로만트(Sandvik Coromant Inc.)의 미국 중서부/서부 지역 선삭 전문가 키스 브레이크(Keith Brake)는 말합니다.

"충분히 강하게 밀어붙이면 일반적으로 좋은 칩을 생성할 수 있습니다."라고 그는 덧붙입니다.

적어도 그런 이상적인 설정에서는 말이죠.

하지만 현실은 오늘날 그런 기계가 현장에 거의 없다는 것입니다. "따라서 작업장에서는 저출력 기계에서도 소재를 깨끗하고 예측 가능하게 제거하며 고품질 공작물을 생산할 수 있는 절삭 공구 솔루션을 찾아야 합니다."라고 브레이크는 강조합니다.

'엉킨 난장판'의 위험

최근 더 많은 작업장이 자동화를 도입하면서 일관된 칩 제어가 필수적이 되었기에, 우회 전략이 특히 중요해졌습니다. 핵심은 기계와 설정에 맞는 인서트 형상을 찾는 것입니다.

그렇지 않으면 선반 작업자는 모든 곳에 감긴 길고 끈적한 칩 덩어리를 처리해야 합니다. 잘못된 인서트, 부적절한 이송과 속도, 또는 인서트의 칩 브레이커(있다면)에 비해 너무 깊거나 너무 얕은 절삭 깊이는 작업자가 비상 정지 버튼을 누르게 만듭니다. 칩 팬의 내용물이 휩쓸려 회전하는 척 주변으로 감기면서 '엉킨 난장판'을 만들어 생산을 중단시키고, 비싼 공작물을 폐기물로 만들 수도 있습니다.

부적절한 칩 제어의 결과가 항상 그렇게 극적인 것은 아니지만, 작업 흐름을 늦추거나 중단시켜 생산성을 저해합니다. 최악의 경우 위험할 수도 있습니다.

다행히 샌드빅 코로만트 등에서 솔루션을 제공하고 있습니다.

알루미늄 CNC 선삭

"알루미늄 선삭 시 첫 번째 선택은 보통 연마된 무코팅 인서트로, 양의 형상과 날카로운 절삭날을 가져 칩을 제어하고 빌드업 에지(built-up edge)를 억제하는 데 도움이 됩니다."라고 브레이크는 설명합니다. "하지만 하나의 인서트와 형상이 모든 것을 완벽하게 해결한다면 우리가 이렇게 많은 다양한 절삭 공구를 만들 필요는 없겠죠. 그래서 알루미늄용으로 코팅 및 무코팅 등급을 모두 제공하고, 수많은 형상과 칩 브레이커 스타일을 갖추고 있습니다. 올바른 선삭 파라미터를 적용한다면 프라임 터닝(Prime Turning) 라인에서도 성공 사례를 보았습니다."

마무리 절삭에서 칩 제어에 애먹어 본 가공 기술자라면 놀랄 만한 제품도 있습니다.

"최근 양의 인서트 라인에 'AP'를 추가했습니다."라고 교세라 정밀 공구(Kyocera Precision Tools Inc.)의 인덱서블 공구 사업부 기술 센터 엔지니어링 매니저 토드 러커(Todd Rucker)는 말합니다. "극도로 얕은 절삭 깊이에서 칩 제어가 거의 불가능한 상황을 위해 설계되었습니다. AP는 절삭날 바로 옆에 딤플이 있는 성형 칩 브레이커를 가지고 있는데, 이 딤플이 칩을 실제로 끊지는 않지만 칩을 멋진 타이트한 나선형으로 말아 올려 절삭 영역에서 떨어지게 만듭니다."

올바른 파라미터 설정

두 전문가 모두 앞서 브레이크가 언급했듯 올바른 파라미터 사용을 권장합니다.

"알루미늄 선삭에서도 속도와 이송은 여전히 매우 중요합니다."라고 러커는 말합니다. "너무 빠르게 돌리면 소재가 가열되어 더 연해지면서 칩을 끊기 어렵게 만듭니다. 너무 느리게 돌리면 빌드업 에지가 생겨 효율적인 절삭 작용을 방해합니다. 그래서 작업장은 의도한 절삭 깊이에 맞게 설계된 인서트를 선택하고, 제조사의 권장 사항을 따라야 합니다."

터렛에 장착된 공구의 브랜드나 유형과 무관한 또 다른 권장 사항은 고압 냉각수(HPC)입니다.

이 절삭 공구 제조사들은 절삭유를 정확히 가공 지점으로 유도하는 내부 채널이 있는 공구 홀더를 개발했으며, 1000psi(70 bar) 범위에서 적용하면 끈적한 알루미늄 칩도 견디지 못합니다.

"HPC만으로도 공구 수명 연장, 빌드업 에지 감소, 신뢰성 향상 효과가 있습니다. HPC 전용으로 설계된 인서트 형상과 공구 홀더와 함께 사용하면 선삭 작업을 가능한 최고 수준의 생산성으로 끌어올릴 수 있습니다."라고 브레이크는 말합니다.