우주 항공 소재 가공용 정밀 절삭유의 장점

우주 항공 부품 가공에서 절삭유의 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 수년 동안 가공 현장의 소재 가공에서는 사방으로 절삭유가 튀는 튜브 분사 방식이 사용되었지만, 이제는 가공 영역을 정확히 조준할 수 있어 여러모로 장점이 많은 정밀 절삭유가 사용되고 있습니다. 새로운 툴링 공구와 CNC 기계의 절삭유 공급 용량이 커지면서 정밀 절삭유 기술이 보편화되었습니다.

가공 결과를 향상시키는 절삭유

절삭유는 충분한 양을 정밀하게 올바른 방향으로 분사해야 하며, 절삭유를 끊임 없이 가공 영역에 넘칠 정도로 분사하는 것만으로는 제대로된 효과를 얻을 수 없습니다. 고정밀 절삭유를 검증된 방식으로 이용하면 다음과 같은 면에서 작업 결과를 크게 향상시킬 수 있습니다.

• 칩 형성
• 열 분산
• 가공물 소재의 절삭날 점착
• 표면 무결성
• 공구 마모

이러한 기본적인 요인은 다음과 같은 점에도 영향을 주어 제조 분야에서의 경쟁력을 높입니다.

• 생산성
• 공구 수명
• 칩 컨트롤 및 배출
• 가공물 품질

정밀 절삭유를 올바르게 사용하면 생산성이 극대화되고, 공정 안정성이 향상되며, 공구 성능과 가공물 품질이 개선됩니다. 절삭유 압력이 낮아도 작업 결과가 향상되지만, 압력이 높을수록 더 까다로운 소재를 효과적으로 가공할 수 있습니다.

일반적으로 스테인리스강과 저탄소강만 가공해도 정밀 절삭유의 효과를 알 수 있지만, 내열합금, 티타늄 합금처럼 더 까다로운 소재를 가공해보면 정밀 절삭유를 사용하지 않을 때와의 차이가 확연해집니다. 최근에는 다양한 기술 개발로 인해 고정밀 절삭유를 훨씬 더 흥미로운 방식으로 쉽게 사용할 수 있게 되었습니다.

제트브레이크의 탄생

샌드빅 코로만트는 1980년대와 90년대에 고압 절삭유 시스템인 제트브레이크를 처음 개발했습니다.조사에 따르면 가공성과 칩 컨트롤이 까다로운 소재를 절삭 가공하는 공구에서는 최대 100~1000 bar의 초고압으로 절삭유를 정밀하게 분사하는 장치가 사용되고 있습니다. 제트 절삭유가 강한 압력으로 절삭날에서 칩을 떼어내는 방식이며, 가공 영역의 온도가 낮아지면서 접촉 길이가 줄었습니다. 또한 칩 곡선이 영향을 받아 칩 컨트롤이 개선되고 칩 브레이킹까지 나타나는 흥미로운 결과도 발견되었습니다.
많은 특수 공구 작업에서 가공성이 좋지 않거나 부스러기가 많은 소재를 가공할 때 제트브레이크를 사용합니다.절삭유 압력 분포와 절삭유 노즐 크기에 대해 많은 연구가 진행되었는데, 분사 데이터를 조절하여 칩 형태를 다양화하고 긴 칩을 원하는 방향으로 유도할 뿐 아니라 칩 길이를 개선할 수 있게 되었습니다. 특히 석유, 우주 항공, 볼 베어링 업계의 칩 문제를 해결하기 위해 제한된 규모로 제트브레이크가 설치되었는데, 특수 공구 홀더를 이용한 전용 설치가 필요하므로 주로 수직 선삭 기계에 사용되고 있습니다.

이제 고정밀 절삭유는 기본

많은 최신 CNC 기계의 경우 70~100 bar 압력의 절삭유 공급 장치가 기본으로 장착되어 있거나, 이러한 기능이 가능한 탱크 및 펌프가 옵션으로 제공됩니다. 이와 같이 되어 있으면 고정밀 절삭유를 충분히 사용할 수 있어 특히 널리 보급된 머시닝 센터, 터닝 센터, 수직 선반 및 복합 가공기에서 작업 성능과 결과가 크게 향상됩니다. 기본 장비만으로도 절삭유를 원하는 지점으로 쉽게 분사할 수 있습니다.
고정밀 절삭유 가공을 이용하려면 기본적으로 모듈러 공구를 사용해야 합니다. 모듈식이어야 공구를 신속하게 교체하여 기계 가동 정지를 최소화하고 기계에서 절삭날까지의 절삭유 연결 및 채널을 효율성 높게 안정적으로 구현할 수 있습니다. 모듈러 퀵 체인지 툴링 시스템인 Coromant Capto®가 제트브레이크 개발의 기초가 되었으며, 현재는 새로운 표준 고정밀 절삭유 툴링의 기본 시스템으로 사용되고 있습니다. 이 시스템은 내부 절삭유 공급으로 설계된 모듈러 플랫폼에 적합하며, 고정밀 절삭유를 공급하는 용도로도 사용할 수 있으며, 고정 및 회전 공구가 장착된 많은 CNC 기계에서 ISO 표준 및 옵션으로 널리 사용되고 있습니다.

상부 절삭유를 절삭 영역에 정밀하게 분사하면 칩 컨트롤과 공정 안정성이 향상됩니다. 하부 절삭유는 특히 인서트에서 많은 열이 발생하는 작업에서 공구 수명과 생산성을 향상시킵니다.

고정밀 절삭유가 적용된 밀링 커터의 경우 관통 절삭유가 사용되며, 공구 유형과 용도에 따라 노즐 위치와 방향이 정해집니다. 약 70 bar의 압력에서 절삭유가 공급되도록 가공 기계 또는 추가 펌프 장비에 채널이 연결됩니다. 이 공급 장치는 오늘날 널리 사용되고 있으며, 압력이 매우 높지는 않지만 작업 성능과 결과를 크게 향상시킵니다. 많은 가공 현장에서 기존 자원을 최대한 활용해도 되지만 미래를 위해 투자를 하는 것도 좋습니다.

선삭용 정밀 절삭유

정밀 절삭유가 사용되는 선삭 공구는 층류 평행 흐름으로 절삭유를 정확하게 분사합니다.분사된 절삭유가 인서트와 칩 사이에 쐐기를 형성하여 칩 형태와 흐름에 영향을 주고 가공 영역의 온도를 낮춥니다.절삭날에 가깝게 노즐을 배치하면 절삭유를 고속으로 정확하게 분사하여 칩을 인서트 면에서 밀어내고, 칩의 온도를 낮추며, 칩을 배출이 쉬운 작은 크기로 줄입니다.
강, 스테인리스강, 알루미늄, 티타늄, 내열합금 등의 소재를 정삭할 때는 최저 10 bar의 낮은 압력으로 정밀 절삭유를 이용해도 크게 도움이 됩니다. 칩 컨트롤이 향상되므로 안정성이 개선될 뿐 아니라 공구 수명을 크게 늘리고 절삭 속도가 빨라집니다. 또한 정밀 절삭유를 사용하면 많은 경우 공구 수명이 50% 증가합니다.
절삭 속도는 온도와 직결되므로 다른 어떤 요인보다 공구 마모에 미치는 영향이 큽니다. 가공성 범위가 크게 제한되는 티타늄을 가공할 때 절삭 속도를 높이면 공구 수명이 크게 단축됩니다. 그러나 비슷한 크기로 이송이 증가할 때는 일반적으로 공구 수명 감소폭이 더 적습니다. 따라서 공구 수명을 크게 줄이지 않으면서 금속 제거율을 높이려면 이송을 증가시키는 것이 좋습니다. 그러나 절삭 부하가 높아지고 칩 컨트롤이 어려워지므로 이러한 기계에서는 고이송이 중요하지 않을 수 있습니다.

HRSA 터빈 디스크 선삭. 정밀 절삭유는 ISO S 가공에서 중요한 역할을 합니다.

정밀 절삭유를 이용하면 절삭 속도를 높여도 흔히 발생하는 온도 상승 및 공구 수명 손실 없이 작업 성능을 향상시킬 수 있습니다. 높은 이송에서도 절삭 부하는 증가하지 않으면서 확실한 냉각 효과가 있습니다.ISO S 등급 소재의 경우 동일한 길이 절삭에서 속도가 20% 빨라질 수 있습니다.
내부 선삭에서도 티타늄과 같은 까다로운 소재를 가공할 때 정밀 절삭유를 이용해 칩 형성과 전단 특징을 개선할 수 있습니다. 이러한 방식을 통해 보링 작업에서 공구의 안정성과 수명이 향상됩니다. 랜딩 기어 가공물과 같이 보링 바가 있는 비교적 크고 깊은 홀을 가공할 때는 공구의 앞쪽 끝과 뒤쪽에 모듈러 툴링을 사용하면 도움이 될 수 있습니다. 클램핑 바의 작은 커팅 헤드를 빠르고 쉽고 정확하게 교체할 수 있으며, 한 번 셋업으로 다양한 절삭을 처리할 수 있습니다. CoroTurn SL은 진동 방지 보링 바와 세레이션 모양의 헤드 잠금 장치가 있어 깊이가 직경 10배인 홀을 보링 가공할 수 있으며, 정밀 절삭유도 사용 가능합니다.
가공물 표면 무결성은 가공 중에 발생하는 온도와 부하에 따라 달라집니다. 온도 제어에서 절삭유가 매우 중요하며, 정밀 절삭유를 사용할 때 표면 가공 결과가 더욱 안정적인 것으로 나타났습니다. 공구 노즐이 정삭된 표면과 접촉하는 인서트 부분을 직접 겨냥하며, 고정된 노즐에 의해 많은 변수가 사라지므로 더욱 안전하고 일관된 가공이 가능합니다.

올바르게 설정된 작업 최적화

가공 영역에 절삭유를 쐐기처럼 분사할 수 있으면 특히 중삭부터 정삭 선삭까지의 작업에서 황삭 작업에서보다 칩 두께와 절삭유 분사를 더 쉽게 컨트롤할 수 있습니다.
고정밀 절삭유를 부적절한 인서트, 불안정성, 잘못된 절삭 조건 등으로 인한 문제를 해결하는 수단으로 생각하면 안 됩니다. 정밀 절삭유는 셋업이 올바른 작업을 최적화하는 기능입니다. 선삭 및 밀링에서 가공 시간을 단축하고, 가공물 품질 일관성을 높이고, 공정 안정성을 향상시키는 것이 정밀 절삭유를 사용하는 이유입니다.

정밀 절삭유를 이용한 나사 선삭 가공

칩이 형성되고 까다로운 소재가 사용되는 작업에서 다양한 가공을 최적화하려는 경우 정밀 절삭유를 사용하면 큰 도움이 됩니다. 차세대 수직 선삭 기계와 함께 복합 가공기가 빠르게 보급되고 있는 이유도 정밀 절삭유를 사용하면 칩 컨트롤 측면에서 장점이 많기 때문입니다. 까다로운 소재로 부품을 만들 때 이러한 기계를 더 많이 사용하고 있는 우주 산업 현장에서는 절삭 칩이 쌓이는 문제를 해결하는 것이 매우 중요합니다.