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그 기업엔 무언가 특별한 것이 있다.

복잡한 표면 가공

최근 자동차 경량화 추세에 따라 엔진 블록의 소재로 바이메탈의 사용이 일반화되고 있다. 이 경우 실린더 라이너는 회주철로 제작되어 알루미늄 바디에 삽입 처리되어 제작되며, 제조공정에서 여러 개의 커터가 필요하고 공구 교환을 위한 별도의 장치를 사용해야 한다. 발터는 황삭, 정삭 등 여러 가공공정을 하나의 공구로 해결할 수 있는 PCD 밀링 커터를 개발해 보다 경제적이면서 효율적인 가공을 실현했을 뿐 아니라 엔진 블록의 표면품질 개선에도 크게 기여하는 성과를 올렸다. 

 

자동차가 중요한 운송수단이 된 현대사회에서 이산화탄소와 유해물질 배출을 절감해야 한다는 요구사항은 자동차산업에 근본적인 변화를 가져왔다. E-mobility로 전환하는 것과 또다른 그 외의 것을 요구하는 변화다.

자동차 생산체인 속에 있는 기업들에게는 다음과 같은 것을 의미한다. 자신의 생산품과 그 생산공정은 이런 역동적인 변화에 적응해야 한다. 이때 극도의 고비용 압력을 받으며 그럼에도 어떤 기술과 프로세스가 추후에 필요하게 될지 알지 못하는 상황에 종종 직면하게 된다. 부품당 비용을 계산할 때 중요한 요소중 하나는 가공공구이다. 장비의 수명 및 공정의  신뢰성에 직접적인 영향을 주기 때문이다.

발터의 공구 전문가들은 개별공정별로 지속적인 공구 콘셉트 개발을 통해 스페셜 공구를 만들어 왔고, 이런 혁신적인 솔루션을 통해 새로운 산업표준을 설정해 왔다. 최근 개발한 알루미늄과 이중 금속(Bi-Metal) 소재를 사용한 엔진 블록 가공용 PCD 밀링 커터가 그 예중 하나다.

 

엔진 블록 소재로 주로 알루미늄합금 사용

오늘날 알루미늄으로 제조된 엔진 블록의 비율은 70%를 상회하며, 오래 동안 사용되어온 회주철과 강재는 근래 생산된 엔진의 1/3 이하에만 적용되고 있다. 이런 개발 트렌드는 전기자동차 개발과 별개로 이뤄지고 있다. 알루미늄합금은 엔진 블록, 드라이브 하우징,  오일펌프 하우징 등에 선호되는 소재다. 경량이므로 연료 소비를 줄일 수 있기 때문이다. 특히 엔진 블록은 바이메탈 소재의 사용이 일반화되는 추세다. 일반적으로 이런 소재 구성을 사용할 때 실린더 라이너는 회주철로 제조해 알루미늄 바디에 삽입 처리된다. 가공공정, 특히 기존의 황삭 및 정삭 마무리 밀링작업은 여러 개의 커터로 작업을 해야 하는데, 이런 구성은 생산비용에 영향을 미친다. 여러 종류의 커터 타입을 구매해야 할뿐 아니라 공구 조달 및 물류와 공구 교환을 위한 별도의 장치를 같이 사용해야 하기 때문이다.

만약 1개의 공구를 다른 2가지 가공공정에 사용할 수 있다면 효율성이 크게 향상된다. 엔진 생산대수가 대량으로 이뤄지는 자동차 제조기업을 위해 발터의 가공공정 전문가들이 그 일을 현실화시켰다. 여러 분야의 생산공정 전문가들과 함께 여러 작업공정을 안정적으로 수행할 수 있는 PCD 밀링 커터를의 개발에 성공했으며, 이를 통해 대당 가공비용을 크게 줄일 수 있게 됐다.

새롭게 개발된 PCD 스페셜 공구는 주조 알루미늄 엔진 블록의 윤활부위 황삭 밀링, 정삭 밀링, 그리고 바이메탈 엔진 블록 부위의 마무리 정삭에 같이 사용할 수 있다. 이런 다 기능성은 서로 다른 애플리케이션 부위에 최적화된 인덱서블 인서트 배치에 의해 실현됐다.  이전에는 2가지 이상의 공구를 사용해야 했지만, 새로운 PCD 밀링 커터의 개발로 이제 하나의 공구로 2가지 애플리케이션을 통합할 수 있게 됐다.

PCD 밀링 커터는 0.5mm에서 0.8mm 사이의 절입깊이를 갖는 정삭 가공시 매우 뛰어난 성능을 발휘하며, 드믄 피치의 최대 8mm까지의 황삭작업 스텝에서도 훌륭한 작업성능을 보여준다. 

하나의 공구로 최적의 표면품질 달성

알루미늄합금은 경량일 뿐 아니라 매우 쉽게 가공할 수 있다. 올바른 밀링공구를 사용하면 황삭 및 정삭 시 높은 이송속도를 얻을 수 있다. 공정 신뢰성과 표면품질에 결정적인 영향을 미치는 요소는 칩 제거와 소재의 공극 현상이다. 점착성으로 인해 칩 컬 생성시 소재가 딸려오기 쉬운 재료는 칩 제거시 항상 문제가 발생한다. 이에 더해 가공면에 존재하는 홀 부위, 부시 및 오목면과 같이 엔진 블록에서 발견되는 수많은 공극들 역시 문제를 일으킨다. 칩 제거시 이런 부위는 표면의 손상을 입을 확률이 높다.

발터 Transportation 담당 구성관리자 Burkhard Krauß는 다음과 같이 설명했다. “이전에는 각 구성요소 부위에서 칩을 청소해 문제를 해결했다. 그러나 이런 작업은 요즘에는 절대 피하고 싶은 작업단계이고 추가비용도 소요된다. 많은 엔진들이 형상적인 문제로 인해 세척을 실시해도 모든 칩을 확실하게 제거하지 못한다. 우리는 이런 고객을 위해 공구의 중심을 관통하는 냉각수 채널이 있는 PCD 밀링 커터를 설계함으로써 문제를 해결했다. 쿨런트가 배출되는 흐름을 따라 축적된 칩들이 부품에서 안전하게 제거될 수 있다.”

알루미늄의 표면품질에 영향을 미치는 추가요소는 주조 중에 형성되는 공극 부위다. 이들은 밀링작업시 벌어져 나온다. 밀링작업후 벌어진 부위를 처리하지 않으면 이 부위 부품에서 누유가 발생할 수 있다. 그동안은 균질한 표면을 만들기 위해 후공정으로 밀링작업이 필요했다. 또 공극이 드러난 표면은 반드시 다시 충진을 해야 했다. 발터가 개발한 PCD 밀링 커터는 최종 정삭 밀링 및 윤활부위 밀링 작업을 모두 수행할 수 있다. 이제는 전체 공구를 교환하는 대신 교체형 인서트만 교환하면 된다. 이전에는 알루미늄 엔진 블록과 회주철 실린더 라이너의 특성이 매우 다르기 때문에 표면의 최종 정삭작업시 전체 공구를 교체해야만 했다. 반대로 새로 개발된 발터의 PCD 밀링 커터의 경우 해당 인덱서블 인서트만 추가로 삽입되기만 하면 된다. 따라서 시간이 많이 걸리는 장비의 리툴링 작업이 더 이상 필요하지 않게 됐다.

 

검증된 인서트의 가공성

새로운 PCD 밀링 커터를 개발할 때 발터팀은 표준공구 범위뿐 아니라 특수공구 범위의 기존 솔루션을 참조했다. Burkhard Krauß는 “새로운 밀링 커터의 경제성은 다양한 밀링 분야에 적합하다는 것뿐 아니라 높은 효율성을 실현하는 핵심요소로써 함께 사용되는 인덱서블 인서트에 기반한다. 이 인서트 제품군은 발터의 표준품으로, 고객이 새로운 밀링 커터를 사용하더라도 이전에 개별용도로 사용해왔던 인서트를 계속 사용할 수 있다는 것을 의미한다”고 강조했다.