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그 기업엔 무언가 특별한 것이 있다.

경량화의 혜택

복잡한 가공물 형상과 난삭재의 깊은 동공 등에 사용되는 밀링 공구는 긴 오버행으로 인한 진동 및 가공성능 문제로 인해 병목현상을 자주 겪는다. 샌드빅 코로만트는 이런 문제를 해결할 수 있는 새로운 방법에 관심을 가져왔으며 그 결과 진동방지 Silent Tools™ 홀더와 결합된 새로운 CoroMill® 390 밀링 커터를 내놓았다. 새로운 솔루션은 기존 공구강 대신 티타늄을 사용하고 적층가공을 통해 제작함으로써 강성은 그대로 유지하면서 무게를 약 80% 줄여 금속제거율을 현저히 증가시키고 생산성을 더욱 향상시킨다. 

글/ 샌드빅 코로만트?Turkka Kulmala

 

과제 : 진동과 진동의 영향(생산속도 저하, 표면조도 불량, 공구수명 단축)은 긴 밀링 공구의 성능을 제한한다.

해결책 : 적층가공은 Silent Tools™ 진동방지기술과 함께 밀링 커터의 무게를 80% 줄여 성능을 현저하게 개선하고 생산성을 최대 200% 향상시키는 새로운 방법을 제시한다.

 

공구무게의 감소 

복잡한 가공물 형상과 난삭재의 깊은 동공은 항공우주산업과 석유 및 천연가스 산업의 밀링 가공에서 흔하게 볼 수 있는 과제다. 이런 가공작업에서 요구되는 긴 오버행은 진동 문제와 이에 따른 성능 문제로 인해 병목현상을 일으킬 때가 많다.

2017년 샌드빅 머시닝 솔루션의 사업영역 내에 새로운 사업부로 설립된 샌드빅 애디티브 매뉴팩처링은 이런 문제를 해결하기 위한 새로운 방법에 관심을 가져왔으며, 최근 샌드빅 코로만트는 진동방지 Silent Tools™ 홀더와 결합된 새로운 경량 CoroMill® 390 밀링 커터라는 결과를 내놓았다. 주요 목표는 커터 무게를 줄여 긴 오버행에서 성능을 개선하는 것이었다. 경량 소재를 사용하거나 공구 바디에 홀을 뚫는 등 몇가지 대안이 있었지만, 이 사례에서는 적층가공이 최적의 솔루션임이 판명됐다.

어댑터에서 진동방지 효과를 극대화하고 진동을 최대한 줄이기 위한 주요 고려사항은 진동방지 메커니즘과 절삭날 사이의 질량을 최소화하고 절삭날을 진동방지 메커니즘에 최대한 가깝게 위치시키는 것이다.

새로운 솔루션은 적층가공과 티타늄을 사용해 질량과 거리를 모두 최소화함으로써 금속 제거율을 현저하게 증가시키며, 뿐만 아니라 위상학적으로 최적화되어 가능한 한 많은 재료를 제거하고 소재도 기존 공구강에서 티타늄으로 변경되어 강성을 유지하면서 무게를 줄이는데 성공했다.

 

적층가공의 활용

커터 바디의 설계 원리는 간단했다. 절삭 수행에 의해 발생한 부하를 분석하고 최고의 강성을 위해 커터 설계를 최적화했다. 직경이 50mm이고 3개의 11사이즈 인서트를 사용하는 기존의 CoroMill 390 직각 밀링 커터는 출발점 역할을 했다. 적층가공 덕분에 무게를 80% 줄일 수 있었다. 금속 제거율도 반경 방향 커터 맞물림이 큰 평면 밀링 가공에서 최대 200% 증가했다. 테스트 소재는 경도가 290HB인 SS 2541-03 중탄소 저합금강(EN 34CrNiMo6/AISI 4340; MC 코드 P2.5.Z.HT)이었다. 또한 진동방지 시스템과 절삭날간 거리를 줄이기 위해 커터 바디 길이를 감소시켰다.

새로운 커터와 Silent Tools 진동방지기술을 조합하면 최상의 성능과 가장 원활한 절삭 수행이 보장된다. 무거운 질량물과 이를 지지하는 고무 스프링으로 구성된 내부 진동방지 시스템은 진동에 대한 반작용을 일으켜 진동을 크게 감소시킨다.

샌드빅 코로만트는 금속 절삭작업의 성능을 최적화하기 위한 최고의 기술을 끊임없이 찾고 있으며, 앞으로 적층가공은 특정조건과 작업에서 공구 설계와 성능을 향상시키는 새롭고 흥미진진한 기회를 제공할 것으로 기대하고 있다. 

*적층가공

적층가공은 다른 재료 위에 연속으로 재료 층을 추가해 3D 물체를 만드는 기술을 가리키는 용어다. ISO/ASTM52900-15 산업 표준은 소재와 공정 특성에 따라 7가지 기본 유형의 적층가공 공정을 정의한다. 샌드빅그룹은 모든 금속 관련 프린팅 기술을 자체적으로 보유하고 있다.

적층가공은 접합부 없이 복잡하고 부피가 큰 고정밀 구조물을 만드는 탁월한 기술이며,  절삭가공기술로는 불가능한 모양과 형상을 가공할 수 있다는 점이 강점이다.

이번 사례에 사용된 기술은 매우 복잡한 모양을 가공하는데 적합하며 고출력 레이저를 사용해 작은 금속분말 입자를 3차원 물체로 소결하는 분말 소결(Powder Bed Fusion) 레이저다. 분말은 입자 크기가 10~45미크론인 티타늄합금이고 일반적으로 20~60미크론 두께의 층으로 적용된다.

금속업계에 150년 이상을 몸담아온 샌드빅 그룹은 전체 적층가공 가치사슬에서 최고의 기술력으로 업계를 선도하고 있으며, 금속분말뿐 아니라 자문 및 제조 서비스도 제공하고 있다. 적층가공사업부는 광범위한 AM합금의 자체 분말 제조능력을 갖추고 있으며, 어려운 작업을 위해 재료를 맞춤화하는 능력을 보유하고 있다.