OSG EXOCARB® WXS® 엔드밀로 딥 캐비티 가공 마스터하기: 신뢰할 수 있는 솔루션

OSG EXOCARB® WXS® 엔드밀 시리즈, 딥 캐비티 가공을 위한 신뢰할 수 있는 대안 제시

마그누스 호이어, OSG 독일

딥 캐비티 가공에는 칩 배출 불량, 진동, 채터, 공구 불안정, 짧은 공구 수명 등 여러 과제가 흔히 따릅니다. 딥 가공에서 공작물 측면 벽은 칩 제거의 장벽이 됩니다. 공구가 부품 깊숙이 들어갈수록 칩 배출은 더 악화됩니다. 게다가 공구 홀더와 어댑터가 높은 윤곽과 좁은 웹 환경으로 인해 공작물과 충돌할 수 있습니다. 표준 절삭 공구로는 절삭 날이 공작물과 완전히 맞물려 측면 절삭력이 발생해 진동, 채터, 나아가 공구 파손을 유발합니다. 방전 가공(EDM)은 딥 캐비티 가공의 대안으로 쓰이지만, 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 듭니다.

프로토타입, 생산 툴링, 금형 제조사인 독일의 마이스너 AG(Meissner AG)는 워터 재킷 코어 툴 생산 시 타이트한 포켓, 좁은 웹, 높은 윤곽 가공이 필요한 과제에 직면했습니다. 항상 최신 생산 장비와 기술을 추구하는 마이스너는 5축 가공을 활용해도 이런 유형의 작업에선 최적의 성능을 낼 수 없다는 걸 발견했습니다.

1922년 설립, 독일 비덴코프-발라우 본사인 마이스너는 전 세계 고객을 위한 프로토타입 및 생산 툴링·금형의 개발, 설계, 제조 서비스를 제공합니다. 생산 툴링에는 엔진 블록, 실린더 헤드, 다양한 소재의 자동차 휠 부품 주조 툴, 연료 탱크·필러 파이프용 블로 몰드 등이 포함될 수 있습니다.

마이스너는 총 340명의 직원을 두고 있으며, 그중 약 50명이 엔지니어입니다. 마이스너는 제품 우수성, 신뢰성, 지속적 혁신을 최우선으로 합니다. 사실상 모든 자동차 업계 CAD 시스템과 CAD 기반 데이터 관리를 활용해 고객과 효과적·효율적 소통을 구현합니다.

마이스너는 독일에서 5축 가공을 도입한 최초 기업 중 하나입니다. 사이클 타임 단축과 정밀도 향상은 5축 CNC 머시닝 센터의 두 가지 주요 이점입니다. 하지만 마이스너의 제품 엔지니어들은 특정 부품에선 5축 가공에 의존하는 게 항상 합리적이지 않다는 걸 점점 더 자주 발견했습니다.

마이스너의 기계 생산 그룹 리더 크리스토프 슈바르츠(Christoph Schwarz)에 따르면, 5축 머시닝 센터의 잠재력을 완전히 극대화할 수 없는 건 특히 워터 재킷 코어 툴 가공에서 두드러집니다.

"이 툴들은 타이트한 영역, 타이트한 포켓, 좁은 웹, 높은 윤곽을 가집니다. 기계의 선회 움직임에 제약이 있어 속도와 이송이 줄어듭니다."라고 슈바르츠는 말했습니다.

슈바르츠에 따르면 회전 움직임은 공구에도 더 많은 스트레스를 줍니다. 따라서 공작물 형상에 따라 5축 머시닝 센터가 항상 합리적인 건 아닙니다. 마이스너는 딥 캐비티 공작물 가공에 EDM도 활용해 왔지만, 시간과 비용이 많이 듭니다.

"적절한 툴링으로 비교해 본 결과, 특정 공작물에선 3축 머시닝 센터가 훨씬 빠르다는 걸 확인했습니다."라고 슈바르츠는 말했습니다.

깊고 좁은 캐비티에는 보통 매우 길고 가는 공구가 필요합니다. 가공 중 공구 처짐이 흔한 문제입니다. 이 때문에 마이스너는 5축에서 경사 밀링을 하거나 EDM을 택하지 않고 대안을 모색해 왔습니다.

OSG의 2날 토로이달 및 볼 엔드밀에서 솔루션을 찾은 것으로 보입니다. 특히 워터 재킷용 코어 툴의 윤곽 황삭과 정삭에 적합합니다. OSG의 토로이달·볼 엔드밀을 3축 머시닝 센터와 결합하는 아이디어는 올해 초 다른 프로젝트에서 나왔습니다. 슈바르츠가 설명하듯 여러 이유로 OSG WXS® 시리즈의 토로이달·볼 엔드밀이 선택되었습니다.

"첫째, 긍정적인 경험이었습니다. OSG는 문의에 항상 적극적이었고, 납기가 짧았으며, 조언이 전문적이었습니다."라고 슈바르츠는 말했습니다. "더 중요한 건 이 절삭 공구들로 얻은 결과였습니다."

WXS®와 WXS-C 시리즈 밀링 커터는 OSG 일본 본사에서 생산되지만, EPL 시리즈 툴링은 독일 괴핑엔의 OSG 독일 시설에서 제조됩니다. WXS® 엔드밀 시리즈는 나노 기술의 초경도 코팅으로 고내열성을 갖췄습니다. 50 HRC 이상 피삭재에서 탁월하도록 설계되었습니다. OSG 오리지널 WXL® 코팅은 1,300°C 산화 온도로 더 높은 스핀들 속도와 더 긴 공구 수명을 가능케 하며, 고속·건식 가공에서도 마찬가지입니다. 독창적인 공구 형상으로 어려운 가공 조건에서도 고품질·고정밀 밀링을 구현합니다. WXS® 엔드밀 외에도 WXS-CRE는 65 HRC까지 소재에 대응하는 초경도 반경의 5날 고성능 초경 엔드밀입니다. 마지막으로 EPL은 45 HRC 이상, 최대 60 HRC 소재에서 뛰어난 2날 고성능 롱넥 볼노즈 엔드밀 시리즈입니다.

딥 캐비티가 있는 워터 재킷 코어 툴로 3축 밀링 가공 테스트를 진행했습니다. 동일한 조건에서 여러 제조사의 공구를 테스트했습니다. 마이스너의 생산 부문 매니저 마티아스 바슬러(Matthias Bassler)에 따르면 OSG로 결정했습니다.

"우리는 마지막 1초까지 보는 건 아니지만, 시간도 중요한 요소입니다."라고 바슬러는 말했습니다.

"매우 많은, 매우 시간 소모적인 정삭 작업이 있습니다. 품질, 공구 수명, 공정 신뢰성이 엄청난 중요성을 가집니다. 어떤 이유로든 필요한 재작업은 비용에 엄청난 영향을 미칩니다. 타사 공구 사용 시 이 소재에서 추가 공정을 거쳐야 했습니다. 반면 OSG로는 모든 게 순조로웠습니다."라고 바슬러는 말했습니다.

생산성 외에도 마이스너는 치수 정밀도와 표면 조도에 엄격한 요구사항을 가집니다. 코어 툴은 최적 가공 여유 0.3mm로 사전 정삭됩니다. 정삭 후 모든 단계에서 공차가 0.03mm 지정된 허용 범위 내에 있어야 합니다. 이런 결과는 당연히 적절한 프로그래밍을 필요로 합니다.

"제대로 하려면 먼저 공구 순서를 정해야 합니다."라고 마이스너의 CAM 프로그래머 크리스토프 로텐필러(Christoph Rothenpieler)는 말했습니다.

"황삭과 사전 정삭용 공구는 나중에 정삭 시 처짐이 최소화되도록 선택해야 합니다. 이게 최적 윤곽을 준비하는 유일한 방법입니다."라고 로텐필러는 덧붙였습니다.

이런 정밀도 달성의 전제 조건은 머시닝 센터와 절삭 공구에 크게 의존합니다. 이 경우 헤르믈레(Hermle) 머시닝 센터가 최상의 결과를 냈습니다. 정삭 작업의 80%가 이 기계에서 수행됩니다. 절삭 공구 측면에서 OSG 영업 매니저 울리 블로허(Uli Blöcher)는 무엇이 진짜 중요한지 압니다.

"공구 간 차이는 주로 초경 소재 선택, 절삭 날 형상, 테이퍼 강성, 그리고 가장 중요하게는 서브스트레이트, 즉 공구가 절삭 날에서 어떻게 작동하는지에 의해 결정됩니다."라고 블로허는 말했습니다.

OSG EXOCARB® WXS® 시리즈는 딥 가공에서 더 빠른 사이클 타임을 가능케 하는 독창적인 절삭 공구 형상을 제공합니다. 절삭 형상의 스파이럴 개시 기술은 진동과 채터를 최소화해 안정적인 윤곽 밀링을 구현합니다.

OSG EXOCARB® WXS®와 경쟁사 엔드밀의 D2 공구강 가공 시 발열 비교 짧은 영상을 확인하세요:

마이스너의 대체 가공 솔루션 탐색으로 여러 3축 머시닝 센터를 되살리면서 5축 머시닝 센터를 다른 작업에 풀가동할 수 있게 되었습니다.

적절한 툴링으로 3축이 5축 머시닝 센터를 능가해 수익성을 극대화할 수 있습니다. OSG 툴링은 딥하고 좁은 가공을 3축으로 최소한의 채터, 사이클 타임, 셋업 타임으로 가능케 하며, 동시에 제거율과 공구 수명을 높여줍니다. 때론 기존 방식을 의심하는 것이 진보의 첫걸음일 수 있습니다.

이전 SHAPE IT Magazine에 게재됨.