불가능하지만 강력한 솔루션

Jan 23, 2024

기계공이 배우는 첫 번째 교훈 중 하나는 가공 영역의 불꽃과 화염이 나쁘다는 것입니다. 즉, 커다란 빨간 버튼을 누르고 소화기를 향해 달려가는 것이 나쁘다는 것입니다. 이것은 일반적으로 타당한 조언이지만, 공작물에서 날아오는 시뻘건 칩의 흐름이 바람직할 뿐만 아니라 생산적인 가공을 위한 전제조건인 상황도 있습니다. 세라믹 절단 도구의 세계에 오신 것을 환영합니다.

이러한 "뜨거울수록 좋다"는 성공 사례 중 하나가 펜실베니아주 새거타운에 있는 Greenleaf Corp.에서 나온 것입니다. 한 고객은 인코넬 625 블록을 밀링할 때 사이클 시간을 무려 97%나 단축했다고 합니다. "이전에는 3개의 솔리드 초경 엔드가 필요했습니다. Greenleaf의 응용 엔지니어링 관리자인 Martin Dillaman은 이렇게 말했습니다. "XSYTIN-360 솔리드 세라믹 엔드밀로 전환한 후 단 3분밖에 걸리지 않았습니다."

세라믹 절단 도구는 새로운 것이 아닙니다. 플로리다 대학의 E. Dow Whitney가 "Comprehensive Hard Materials"라는 책에서 설명했듯이, 최초의 세라믹은 기계공이 회주철을 만드는 데 사용했던 1930년대 초에 나타나기 시작했습니다. 그러나 "부적합한 공작 기계 및 경험 부족과 결합된 어려운 세라믹 제조 공정"으로 인해 이러한 고급 절단 도구가 까다로운 작업에서 제한적으로 사용되기 시작하려면 개발 작업에 40년이 더 걸릴 것입니다.

그 이후로 세라믹 절삭 공구 사용이 증가했으며 많은 작업장에서 세라믹 절삭 공구는 터닝과 밀링 모두에 적합한 솔루션이 되었습니다. 주철, 경화강, 그리고 Dillaman이 지적했듯이 인코넬, 하스텔로이 및 기타 내열 초합금(HRSA)은 모두 세라믹 절삭 공구에 적합합니다. 그리고 대부분은 앞에서 언급한 사이클 시간의 97% 감소를 제공하지 않지만 많은 경우 고체 초경에 비해 금속 제거율이 훨씬 더 높아 근접합니다.

이와 같은 생산성 향상으로 인해 다음과 같은 질문이 제기됩니다. 왜 세라믹 절삭 공구가 기계 공장에서 더 인기가 없는 걸까요? Dillaman과 이 기사를 위해 인터뷰한 다른 전문가들에 따르면 그 대답은 a) 세라믹 절단 도구는 주로 방금 나열된 단단하고 단단하며 연마성이 있는 금속으로 제한되며 b) 매우 견고한 공작 기계 및 툴링을 사용해야 한다는 것입니다. c) 매우 높은 절삭 속도와 이송 속도, 즉 일부 공작 기계에서는 달성할 수 없는 적용 매개변수가 필요합니다.

Greenleaf가 최근 XSYTIN-360 솔리드-세라믹 엔드밀 라인업을 통해 언급한 것이 바로 이 마지막 사항입니다. Dillaman이 지적했듯이 이 엔드밀은 기존 세라믹에 필요한 것보다 20~25% 더 낮은 절삭 속도로 적용할 수 있습니다. "열을 더 잘 제어할 수 있는 능력 덕분에 산화알루미늄이나 위스커 강화 세라믹처럼 온도를 높일 필요가 없습니다."라고 그는 말했습니다. "직경 3/8 또는 5/16"-[9.53 또는 7.94mm] 커터를 사용하여 밀링하는 경우 이는 20,000rpm 대 25,000rpm 이상을 실행한다는 의미입니다. 낮은 스핀들 속도는 새로운 장비를 고려하는 사람에게 큰 가격 차이를 만들 수 있습니다."

스핀들이 빠르든 아니든, Dillaman은 세라믹 절단 도구가 장착된 CNC 선반이나 머시닝 센터는 견고하고 유지 관리가 잘 되어야 하며 워크홀딩도 마찬가지라고 제안했습니다. 모든 진동은 세라믹 인서트나 견고한 공구에 부정적인 영향을 미치므로 성공 여부는 종종 스핀들 베어링과 궤도면에 "충분한 유격"이 있어 공구 수명에 문제가 생기고 예상치 못한 고장이 발생할 수 있는 오래된 장비를 피하는 데 달려 있습니다.

"세라믹과 관련된 더 높은 속도와 피드를 적용할 때 이는 기계 시스템의 모든 결함을 확실히 보여줍니다."라고 그는 말했습니다. "사실 우리는 정확히 동일한 매개변수를 실행하고 기계 자체가 동일하더라도 기계마다 극적인 성능 차이를 보이는 경우가 많습니다."

위스콘신 주 Waukesha에 있는 Walter USA LLC의 제품 관리자인 Luke Pollock도 그의 세라믹 라인업에 비교적 새로운 등급을 추가했습니다. 여기에는 MC275 및 MC075 Prototyp 밀링 커터가 포함되며, 둘 다 브레이징 헤드 또는 모듈식 "ConeFit" 구성으로 제공되며 둘 다 니켈 기반 초합금 황삭용으로 설계되었습니다. 그러나 Walter의 엔드밀을 사용하든 경쟁 브랜드를 사용하든 Pollock은 가장 필요한 것은 사고방식의 변화라고 제안했습니다. "합금에 따라 분당 3,000~4,000피트의 절삭 속도로 작업할 수 있으며 절삭유 없이 작업할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. "즉, 기계 내부에 이렇게 큰 불덩이가 있다는 의미입니다. 처음 본 것이라면 정지 버튼을 찾기 위해 안간힘을 쓸 것입니다. 그리고 엔드밀에서 45분을 얻는 대신, 10분 이내에 교체하려면 직경이 0.02인치(0.51mm) 이상 마모될 수 있습니다. 초경으로 가공하는 것과는 완전히 다른 경험일 뿐입니다."