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자동차 부품가공에 대한 요구와 대응 기술 (1)
 
밀링 커터 공구 「CoroMill」 시리즈에 의한 자동차 부품가공
 
월간 기계기술기자 | 2009.07.01 | 2009년 7월호
 
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자동차 부품 가공에서는 품질, 정밀도, 비용 모두에 대해 고수준으로 요구한다. 그러한 요구에 부응하려면 공작기계, 공구, 가공기술의 완성도를 높여야 한다. 본 특집에 서는 점점 변해 가는 자동차 부품가공에 기대하는 바와 거기에 대응하기 위한 여러 가지의 기술에 대해 설명한다.
  [편집부]
밀링 커터 공구 「CoroMill」 시리즈에 의한 자동차 부품가공
자동차 산업을 둘러싼 상황은 매일 변화하고 있다. 원유가격 상승이라든가 이산화탄소 배출량 감소 요구 등을 배경으로 연비가 더 낮은 자동차에 대한 요구가 높아지고 있다. 이에 가공 현장에서는 날이 갈수록 난삭화·복잡 형상화하는 자동차 부품에 대한 가공기술의 확립을 급선무로 하고 있다.
  그리고 공작기계 측면에서 보면 좀더 스페 이스를 줄일 수 있고 전력소비가 적은 BT30/BT40 스핀들을 가진 머시닝센터가 자동차 부품가공 사용 자들에게 널리 알려지고 있다. 즉 더욱 고속으로 가공할 수 있는 고정밀도의 가공 환경이 이루어지고 있다.
  그러한 배경 하에서 밀링 커터는 저항이 낮고 경사각이 크다. 즉 하이 레이크(high rake) 사양이고 팁에도 브레이커를단 공구가 주류를 이룬다. 이 같은 요구에 대해 샌드빅 코로만트가 사용자 에게 제안하는 것이 밀링 커터 공구 「CoroMill」 시리즈이다<그림 1>. 본고에서는 이 CoroMill 시리즈의 컨셉과, 자동차 부품가공에 적합하지 않은 커터의 몇 가지 특징을 실제 가공사례를 들어 소개한다.
1. CoroMill 시리즈의 컨셉트
CoroMill이란 1994년 샌드빅 코로 만트가 제안한 새로운 밀링 커터의 컨셉이다. 평면 밀링 커터·엔드밀·둥근 팁 커터·볼 노즈 타입의 사이드 커터 등 모든 가공에 대응할 수 있는 라인업이 있다. 공통된 특징으로는 팁을 하이 레이크로 장착하고 팁 상면에 브레이커를 설치하여 저(低)저항을 실현하고, 또 커터 몸체의 팁 시트를 담금질한 후에 가공함으로써 날 진동 정밀도가 높고 게다가 간단한 핸들링으로 높은 가공 정밀도를 실현할 수 있도록 스크류로 팁을 클램프하는 방식을 채택 했다. 또한 가공내용과 피삭재에 따라날 수(피치)를 3종류로 설정하고 있으며 칩 브레 이커와 재종(材種)도 폭넓게 갖추고 있으므로 한대의 커터로 황삭에서부터 사상까지 그리고 구리 에서부터 내열합금까지 모든 가공에 적용할 수 있어 가공현장의 생산성 향상 개선에 기여할 수 있다.
  이번에는 자동차 부품가공에 적당한 공구 3가 지를 들어 그 특징과 가공사례를 소개한다.
2. 주철 평면 밀링 가공용 「CoroMill 365」
먼저 소개할 공구는 주철 평면 밀링 가공에 특화하여 개발된 「CoroMill 365」이다<그림 2>. 이커터는 특히 실린더블록 헤드를 비롯한 주철 부품을 거칠게 가공하기에 적합한 설계로 되어 있어 생산성을 극적으로 개선한다.
 큰 특징은 다음과 같다.
 ① 고부하에도 견뎌낼 수 있는 팁 시트 설계<그림 3>, <그림 4>.② 65°절입각으로 이송 향상 가능③ 팁이 두꺼워 돌발적인 트러블을 해소한다④ 칩 브레이커를 갖고 있으며 저항이 낮다⑤ 경제적인 8코너 사양 실제로 CoroMill 365로 가공을 개선한 가공사례를 소개한다. <그림 5>에서는 가공조건과 결과를 나타낸다.
  회주철 자동차 부품을 가공함에 있어 종전 에는 통상적인 45°타입의 커터를 사용했던 곳에 CoroMill 365를 적용하여 절삭날당 이송을0.13에서 0.2로 올리고 절입량을 늘려 패스 회수를 줄이는 데 성공했으며 또한 공구수명도 연장할수 있게 됐다. 이 점은 앞에서 말한 CoroMill 365의 특징을 충분히 살려 생산성을 +160% 개선한 사례이다.
  CoroMill 365는 팁 재종으로 건식(dry) 가공용「 K20D」와 습식(wet) 가공용 「K20W」를 라인업 하였으며 브레이커도 저(低)이송용 「KL」과 고이 송용 「KM」, 와이퍼 팁 「KW」를 라인업했다. 커터도 날 수가 적은 크로스 피치와 날 수가 많은 엑스트라 크로스 피치의 공구가 있고, 또 전용기 용도로 날 수가 많은 웨지 클램프 타입도 있어 사용자 요구에 맞게 제안할 수 있다.
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3. 알루미늄 전용 커터
다음에 소개하는 공구는 알루 미늄용 평면 밀링 커터 「CoroMill 590」이다. 이 공구는 고속화에 대한 요구가 더 높은 알루미늄용 부품가공에 맞게 설계되었다.
 큰 특징은 다음과 같다.
 ① 세레이션 변형(serration) 설계로 된 팁 시트 <그림 7>② 축방향 날 진동 세팅 기구③ 경량 알루미늄 보디와 스틸 보디의 두 타입④ 절삭유 관통 설계⑤ 초경과 PCD 팁의 라인업 고속 가공에서도 안심하고 사용하기 위해 칩은 세레이션 변형으로 인한 원심력을 받는 설계로 되어 있고, 또 경량의 알루미늄 보디여서 BT30 등의 소형기에서도 사용할 수 있다. 그리고 아주 간단한 축 방향 세팅 기능을 이용해서 날 진동 정밀도를 축방향으로 0.002mm까지 세팅할 수 있기 때문에 더욱 고정밀하게 가공할 수 있다.
  실제로 CoroMill 590을 적용하여 가공을 개선한 가공사례를 소개한다. <그림 8>에서는 가공조건과 결과를 나타낸다.
  이것은 실린더헤드를 사상 가공하는 사례이다. CoroMill 590의 특징상, 높은 날 진동 정밀도와 절삭유 관통 기구에 의해 칩이 확실하게 배출됨으로써 양호한 가공면을 안정적으로 확보할 수 있으므로 종전과 비교해서 공구수명이 50% 개선된다.
  이와 같이 CoroMill 590은 고속화가 진행되는 공작기계와도 상성(相性)이 매우 좋아 고정밀도의 가공을 안정적으로 실시할 수 있는 성능을 가진 커터이다. 또한 2008년부터 cBN 팁을 추가로 라인 업하여 주철을 다듬질 가공함에 있어서도 이 성능을 이용할 수 있다.
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4. 신세대 직각 절삭 커터
끝으로 소개하는 공구는 샌드빅 코로만트가 2009년도에 출시하기 시작한 직각 절삭 커터 「CoroMill 490」이다. 최근 모든 가공을 커터 한대로 실시할 수 있는 범용성을 내세워 90°절입각을 가진 직각 절삭 커터에 대한 요구가 높아지고 있는데, 이 CoroMill 490은 그러한 요구에 부응하기 위해 개발된 커터이다.
  샌드빅은 이 같은 기존의 영역에 코로밀 290과 CoroMill 390이라는 두 종류의 커터를 제공해 왔다. 그런데 CoroMill 290은 4코너 사양이지만 가공 벽면의 정밀도가 충분하지 않았고, 또CoroMill 390은 3차원 곡선의 절삭날로 벽면의 정밀도를 크게 향상시키지만 2코너 사양으로 설정 됐다. 이번에 소개하는 CoroMill 490은 그 양쪽의 특징을 조합하여 4코너이지만 가공 벽면의 정밀도를 향상시키고 또한 브레이커 형상을 최적화 함으 로써 우수한 가공 바닥면의 면조도를 얻을 수 있다. 즉 직각 절삭가공에서도 정면 밀링 가공에서도 우수한 성능을 확보할 수 있는 신세대 밀링 커터라고 말할 수 있다<그림 10>. 자동차 부품가공에서도 이러한 직각절삭 커터를 필요로 하는 가공이 무수히 많은데 CoroMill 490을 적용하면 생산성 개선에 크게 기여한다. 실제로 가공 개선이 이루어진 사례를 아래에 소개한다. <그림 11>에서는 가공조건과 결과를 나타낸다.
 이 사례는 연접봉(connecting rod) 선단면의 거친 가공에 적용한 내용이다. 지금까지는 기존의두 타입 직각절삭 커터를 사용해 왔는데 CoroMill 490을 사용하면 저항이 줄어 날 수를 늘리더라도 진동하지 않아 문제없이 가공할 수 있고, 결과적으로 테이블 이송을 올려 생산성을 크게 개선할 수있다. 그리고 저(低)저항 설계이기 때문에 가공하기 어려운 합금강 가공에서도 절삭점에서의 발열을 억제하여 코너당 가공 부품 수도 늘었다. 이러한 점들은 커터의 성능은 물론, 거기에 맞게 설계된 팁 재종에 의존하는 바도 크다.
  앞에서 말한 두 종류의 커터는 특정한 가공 영역과 피삭재에 특화된 느낌이 강하지만 CoroMill 490은 그 범용성이 높아 다양한 자동차 부품가공에서 모든 사용자의 생산성 향상에 기여하고, 또 소형화·고속 화가 진행되는 공작기계에도 적합한 공구일 것이라고 확신한다. 현재까지 스틸과 주철 가공용 재종·브레이커가 전개되었고 스테인리스강 가공용 팁도 도입되어 판매중이다. 그리고 커터 지름의 라인업에 대해서도 마찬 가지이다.
  이상으로 샌드빅 코로만트의 밀링 커터 공구 「CoroMill」 시리즈의 컨셉과, 특히 그 중에서도 자동차 부품가공에 적합한 공구 3가지를 소개했다. 이 세 가지는 그저 일부에 지나지 않고 모든 사용자가 밀링 가공에서 생산성을 향상시키는 데도움이 될만한 다른 커터들도 시장에 제공하고 있다. 이번에는 공구특성 면에서의 생산성 향상에 대해 기술했다. 샌드빅 코로만트는 가공기술 개발 면에도 주력하고 있고, 또 그런 관점에서도 최첨단 가공기술과 CoroMill을 조합하여 계속해서 제안해 간다.
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TAG :  밀링커터
 
 
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