Walter Xpress 툴로 항공우주 티타늄 가공 고속·안전 실현

Walter, 특수 툴로 티타늄 가공 혁신

튀빙엔 기반 전문 기업 Walter의 항공우주 산업용 Xpress 라인은 항공우주 산업의 엄격한 요구사항에 맞춤 제작되었습니다. 특히 고객 맞춤형 치수의 초경 툴이 2주에서 최대 3주 내 납품 가능합니다. 혁신적인 신규 툴 코팅과 툴 기술로 툴 수명이 경우에 따라 2배 이상 연장됩니다.

항공우주 산업에서는 다른 분야와 조금 다르게 일이 진행됩니다. 무게가 핵심 역할을 하며, 1g이라도 줄이는 게 중요합니다. 결국 제품 무게가 부품·컴포넌트 가격이 아닌 수익성을 결정합니다. 그래서 티타늄이 이 분야에서 상당한 성장과 인기를 누리는 건 당연합니다. 고강도도 중요한 구조 부품에 특히 그렇습니다. 대표 예로 도어 및 도어 프레임 주변부, 랜딩 기어 서포트, 언더캐리지 스트럿, 랜딩 플랩 트랙 등이 있습니다. 티타늄은 내식성과 내열성도 겸비합니다.

하지만 특히 민간 항공기 제조사들은 자동차 산업에서 익숙한 양산 제조사의 압박을 점점 더 받고 있습니다. 지금까지 보잉(Boeing), 에어버스(Airbus), 그리고 다소 덜하지만 봄바디어(Bombardier)가 시장을 주로 나눠 가졌습니다. 한편 중국과 러시아의 신규 경쟁자들이 시장 진입을 준비 중입니다. 제조가 최대한 비용 효율적이어야 한다는 압박이 따라서 커지고 있습니다. Walter는 Xpress Aerospace 라인으로 이에 중요한 기여를 합니다.

툴링 시스템의 추가 개발

도전 과제: 티타늄은 지금까지 주로 쓰이던 알루미늄보다 가공이 더 어렵습니다. 높은 화학적 반응성으로 가공 중 절삭날에 칩이 융착됩니다. 소재의 열전도율이 낮아 절삭날 온도가 크게 상승합니다. 결과 칩은 종종 매우 질기고 마모성이 강합니다. 최소 탄성 계수로 공작물이 쉽게 휘게 됩니다. 절삭날 영역의 소재 경화와 맞물려 저절삭 속도에서도 툴 날 수명이 단축됩니다.

툴 비용도 컴포넌트와 소재에 가해지는 요구사항, 공정에 크게 의존합니다. 벽 두께 감소로 부품이 극도로 불안정해질 수 있어 기계와 클램핑 안정성이 중요한 초점입니다. 올바른 냉각 전략 사용도 툴 수명에 큰 영향을 미칩니다. Walter는 가공 시간 단축을 목표로 툴링 시스템을 지속 개발 중입니다. 초경 기재, 신규 코팅 기술, 절삭 툴의 매크로·마이크로 형상이 여기서 중요한 역할을 합니다. 가공 전략은 CAD/CAM 전문가와의 협업으로 추가 최적화할 수도 있습니다.

이 모든 것이 오늘날 고성능 절삭(HPC)과 고역학 절삭(HDC)을 이용한 티타늄 정삭·황삭을 가능케 합니다. Walter Prototype Ti38 Z6-10과 혁신적 신규 코팅으로 동적 밀링 시 절삭 속도 140m/min 달성이 가능합니다. 최대 10날 멀티투스 솔루션으로 저접촉 폭에서 이송을 최대 50% 늘릴 수 있습니다. 이 초경 툴 솔루션으로 기존 솔루션 대비 금속 제거율을 최대 50% 높일 수 있습니다.

코팅이 툴 수명 결정

새로 개발된 기재와 코팅 기술의 예로 Walter Prototype Ti 라인 초경 툴용 PVD 기반 코팅(물리 기상 증착)이 있습니다. 이 코팅은 기존 ANC 코팅(알루미늄 크로뮴 나이트라이드) 대비 툴 수명을 최대 100% 이상 대폭 늘립니다. 즉, 인장강도 1250 N/mm²의 3.7164 티타늄 창문 프레임 반정삭·정삭 시 Prototype HPC Ti40 사용으로 툴 수명이 175분에서 444분으로 154% 연장되었습니다. Prototype HDC Ti38 L로 외곽 윤곽 정삭 시 툴 수명 116% 연장, 속도 25% 증가, 가공량 23% 증가 달성.

또 다른 혁신은 인서트 절삭 소재 WSM45X용 CVD 코팅 기술로, 예를 들어 Walter BLAXX M3255 고슴도치 밀링 커터에 사용됩니다. 이 코팅은 열 보호막 역할을 해 최대 65m/min 고속 절삭을 가능케 하고 툴 날 수명을 최대 130분까지 연장합니다. 이로써 일반적인 티타늄 구조 부품(전형적으로 풀 슬로팅과 등심 밀링 혼합, 절삭 속도 45m/min, 이송 0.12mm)에서 툴 수명을 2배로 늘릴 수 있습니다. 또 다른 옵션은 툴 수명 약 60분 유지하며 절삭 속도를 65m/min으로 높이는 것입니다. 정삭 밀링은 PCD(다결정 다이아몬드) 절삭날로도 가능하며, 이는 알려진 가장 단단한 소재 중 하나입니다.

이 경우 적절한 냉각 전략을 구현해 절삭날 가공 온도를 600°C 미만으로 유지해야 합니다. 일반적으로 절삭유와 냉각 매체 농도가 툴 수명에 큰 영향을 미칩니다. 냉각 매체를 가공 구역에 가능한 직접 공급하는 게 가장 중요합니다. 이는 툴 내 특수 쿨런트 스루(coolant-through)로 용이합니다. 신형 공작기계에서는 최대 70bar 고압 냉각이 표준입니다. 극저온 가공용 특수 툴 솔루션은 액체 이산화탄소나 질소를 사용해 더 차갑게 작동합니다.

툴 공급업체에서 기술 파트너로

Walter는 스스로를 디지털 공정 파트너로 여기며, '컴포넌트 솔루션' 의미에서 애플리케이션과 점점 더 밀접하게 연관된 툴을 개발합니다. 이는 전체 전문가 팀을 필요로 합니다. 적절한 CAD/CAM 기술은 공정 완전 평가의 핵심 전제조건입니다. Walter는 고객 니즈에 부응해 전체 공정에 걸쳐 툴, 솔루션, 서비스를 제공합니다.

이 발전과 관련해 Walter는 셰필드 대학 첨단 제조 연구 센터(AMRC)와 협력해 '컴포넌트 솔루션' 프로젝트를 이미 개발했습니다. 프로젝트 과정에서 항공우주 산업에서 흔히 쓰이는 CAM 프로그램으로 구조 부품에서 발생하는 모든 포켓 형상에 대한 특수 가공 전략을 개발했습니다. 이 '툴박스'로 고객 컴포넌트 3D 모델로부터 적합한 가공 공정을 빠르고 효율적으로 도출할 수 있습니다.

최단 시간에 최고 품질

"기다리는 자에게 복이 온다"는 말은 이제 통하지 않습니다. 고객 맞춤 특수 치수의 고성능 툴조차 엄청난 시간 압박을 받습니다. 연초부터 Walter는 오랜 전통의 Walter Xpress 서비스를 항공우주 분야에도 특별히 제공합니다. Xpress 툴 솔루션은 2주에서 최대 3주 내 납품 가능합니다. 속도는 주문 프로세스부터 시작됩니다. my.Walter 소프트웨어 솔루션으로 고객이 툴을 온라인으로 직접 설계하거나 훈련된 필드 서비스 직원과 함께 설계할 수 있습니다. 'Walter Online Xpress'로 고객은 최대 1시간 내 2D 도면과 3D 모델이 포함된 구속력 있는 견적을 이메일로 받습니다. 주문 자체도 Walter 툴 관리로 크게 가속화됩니다.