자동차 가공 사이클 타임 단축: 검증된 전략으로 생산성 가속화

기계 및 절삭 작업의 사이클 타임 개선 과제는 가공 기술자들에게 늘 새로운 솔루션을 찾게 만듭니다. 대량 생산, 엄격한 공정 관리, 자동차 산업이 요구하는 고품질을 작업장들이 어떻게 다루고 있는지 소개합니다.

자동차 가공하면 전용 기계가 강철과 주철 부품을 억 단위로 찍어내는 이미지가 떠오릅니다.

지난 10여 년간 완성차 업체와 협력사들이 유연 생산 시스템과 첨단 소재로 전환하면서 그 모습은 다소 변했습니다.

하지만 자동차 산업의 생산량이 타 산업보다 현저히 높다는 사실은 변함없습니다.

이런 일을 추구하는 작업장이라면 연필을 극도로 날카롭게 깎아 두고, 품질 보증 시스템을 완벽히 갖춰야 하며, 납기 준수 기록은 말 그대로 '온 타임'이어야 합니다. 거기에 더해 매년 단가에서 몇 % 포인트를 깎을 준비도 되어 있어야 합니다.

이 모든 것을 달성하려면 무엇보다 적절한 절삭 공구와, 최단 사이클 타임과 최장 공구 수명을 달성하는 데 필요한 적용 지식이 필요합니다.

절삭 공구의 일관성 유지

이 지식은 일반적인 잡샵(Job shop) 특유의 다품종 소량 작업을 전문으로 하는 제조업체를 포함해 모든 제조업체에 가치가 있습니다. 그러면 어떤 절삭 공구가 그런 것이고, 범용 공구와 차별화되는 속성은 무엇일까요?

OSG USA의 지구 매니저 아담 글로버(Adam Glover)는 대량 생산 제조업체들이 드릴과 엔드밀에서 특정 형상, 등급, 코팅보다는 일관성을 추구한다고 설명합니다.

"자동차용 툴링의 설계와 가공 특성은 잡샵에서 쓰는 것과 꽤 비슷하지만, 연간 100만 개를 돌릴 때는 어떤 서프라이즈도 용납할 수 없습니다."라고 글로버는 말합니다.

"예측 가능한 공구 수명이 필요하고, 드릴이나 다른 라운드 툴, 어떤 커터든 교체할 때가 되면 그냥 끼우고 사이클 스타트를 누르고 싶습니다."라고 그는 덧붙입니다. "그게 최우선 순위라, 완성차 업체들은 가격에 관계없이 항상 최고 품질의 공구를 선택합니다."

예산의 균형 맞추기

하지만 자동차 산업 견적을 내 본 사람이라면 구매 주문이 보통 가장 낮은 단가를 제시한 공급업체에게 간다는 걸 압니다. 그럼 작업장이 툴링 예산을 짤 때 검소해야 한다는 뜻일까요? 꼭 그렇진 않습니다. 샌드빅 코로만트 북미 자동차 사업 개발 매니저 브렌트 마쉬(Brent Marsh)는 말합니다.

"반복적인 대량 자동차 가공의 특성은 공정, 공작기계, 워크홀딩, 게이지, 특히 절삭 공구의 변동을 더 긴 기간 동안 최소화할 것을 요구합니다."라고 마쉬는 말합니다.

"모든 것이 좋은 공정 능력을 요구하며, 원하는 최종 결과를 얻기 위해 작업자가 수동으로 개입하는 의존도를 낮춥니다."라고 그는 덧붙입니다. "이 요소들이 가공 소재에 관계없이 최저 단가를 결정합니다."

주철, 강철, 알루미늄을 선호하는 완성차 업체야 그렇다 치지만, 다른 업체들은 어떨까요? 잡샵은 스테인리스강부터 인코넬, 복합재, 고강도 합금까지 모든 걸 가공합니다. 예측 가능성은 여기에서도 중요하지만, 더 잦은 체인지오버 필요성 때문에 프리미엄 라운드 툴링에 프리미엄 가격을 지불하기는 덜 매력적일 수 있습니다. 이 환경에서는 절삭 공구가 잠재 수명의 일부만 쓰고 선반이나 기술자의 공구함에 처박히기도 합니다. 그래도 프리미엄 툴링이 가치가 있을까요?

더 읽기: 사이클 타임과 택트 타임의 차이점 알아보기.

주철을 넘어

채드 헤플링거(Chad Hefflinger)는 그렇다고 봅니다. 케나메탈(Kennametal Inc.)의 선임 응용 엔지니어로, 다결정 다이아몬드(PCD)와 입방질화붕소(PCBN) 툴링을 전문으로 하며 OEM과 1차 협력사 지원에 많은 시간을 씁니다.

헤플링거는 최저 단가당 비용이 종종 가장 비싼 절삭 공구로 달성된다는 데 동의합니다.

"이 공구들이 제공하는 장수명과 자동차 작업의 까다로운 특성 덕분에 PCD와 PCBN의 높은 비용을 정당화하기 매우 쉽습니다."라고 그는 말합니다.

하지만 초경도 잊지 마세요. PCD 툴링은 주물 알루미늄 엔진 블록, 헤드, 트랜스미션 하우징 밀링과 보링에 흔히 쓰이고, PCBN은 주철과 경화강 부품에 주로 쓰이지만, 초경은 컴팩티드 흑연 주철(CGI)과 고강도 합금강 같은 신소재에서도 인기 있는 선택지로, 둘 다 자동차 분야에서 사용이 늘고 있습니다.

OSG의 아담 글로버는 스테인리스강과 다른 합금들도 증가세이며, 이 금속들을 가공하는 누구에게나 초경이 여전히 최고라고 말합니다.

"연료 레일 부품을 만드는 네 작업장과 일하는데, 보통 316 스테인리스지만 304, 2205 듀플렉스, 4140, 8620 합금강도 봅니다. 꽤 전반적입니다."라고 그는 말합니다. "신형 콜벳의 범퍼 내부 프레임처럼 복합재 사용도 봅니다. 완성차 업체가 뭘 가공하든 요구사항은 기본적으로 같습니다. 긴 공구 수명, 높은 생산성, 일관된 품질."

초 단위가 중요할 때

이 기사 인터뷰에 응한 모든 전문가는 자동차 애플리케이션에서 맞춤 공구가 매우 흔하다고 말합니다.

"슈퍼피니싱용 조정 블레이드 스타일 리머, 콤비네이션 스텝 드릴과 포팅 툴, 베인드 PCD 커터 등 맞춤 솔루션 요청이 많습니다."라고 샌드빅 코로만트의 브렌트 마쉬는 말합니다. "이 환경에서 초 단위가 중요하니, 완성차 업체는 최단 사이클 타임을 위해 무슨 일이든 합니다. 그게 결국 최저 단가당 비용으로 이어집니다."

케나메탈의 헤플링거도 그 말에 동의하며 한 가지 주의점을 덧붙입니다: "고도로 전문적이긴 하지만, 공통점도 있습니다."라고 그는 말합니다. "모든 엔진에는 흡배기 매니폴드, 연료 분사 포트, 스파크 플러그 홀이 있습니다. 이들은 여러 부품 번호에 같은 공구 설계를 쓸 수 있어 맞춤 드릴과 리머의 훌륭한 애플리케이션입니다."

이건 완성차 업체에 좋은 얘기지만, 연간 수백만 개를 안 만드는 작업장엔 무슨 의미일까요? 어쩌면 아무것도 아닐 수 있습니다. 단 한 가지: 포드, 쉐비, GM 등에서 일하는 엔지니어들은 어떤 제조 공정에서든 '가장 안정적인 공정 개발'이 제1의 과제임을 압니다.

서프라이즈는 킬러입니다. 그들이 말하죠. 생산 지연과 품질 문제를 피하는 최선의 방법은 가공 수량이나 소재에 관계없이 가능한 최고 품질의 툴링을 구매하는 것입니다.

자동차 소재 가공 시 어떤 도전에 직면하셨나요? 어떤 독창적 솔루션을 찾으셨나요?