[정밀가공]고속가공용 공구의 미래
절삭공구는 최근 부품의 경량화와 고강도화를 통해 각종 환경규제에 대응하기 위해 사용이 급증하고 있는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 고강도흑연주철(CGI), 인코넬 및 티타늄합금 등 난삭재의 고효율 가공과 첨단산업의 글로벌 시장선점에 있어서 절대적인 영향을 미칩니다.
친환경 자동차 및 항공·우주 등 첨단산업을 중심으로 각종 환경규제에 대응하기 위해 경량화와 고강화가 우수한 난삭재의 적용이 증가하고 있는데 보잉사와 그로벌 자동차 메이커의 사례를 예로 들수 있습니다. 보잉사는 항공기의 기체중량을 줄여 연비를 향상시키기 위해 787 드림라이너의 동체(body)에 50%의 CFRP를 적용하여 연료효율을 20% 향상시켰고 벤츠, BMW, 포드, 아우디 등 글로벌 자동차 메이커들은 경량화를 위해 CFRP, 고장력강, CGI 등의 난삭 신소재의 적용을 확대하고 있습니다.
또한 난삭재는 일반재에 비해 가공조건이 매우 제한적이고, 공구수명이 극단적으로 짧고, 피삭성지수가 낮습니다. 가공이 용이한 일반재료는 절삭속도가 높아 생산성이 높고 절삭공구의 수명이 길어 절삭공구의 교환이 적어 생산성과 부가가치가 높다는 특징이 있습니다. 이에 반해 난삭재는 가공속도가 느리고 가공능률이 나빠 가공에 많은 시간이 소요되고, 가공품의 정밀도를 확보하기 곤란하여 수차례의 반복교정이 필요하고, 공구수명이 짧아 공구 교체가 빈번하고, 가공의 자동화가 어려워 현재 생산성이 매우 낮은 문제점이 있습니다. 예를 들어 Ti합금의 피삭성지수는 쾌삭강의 20~27%, 내열합금은 6~27%로서 가공성이 매우 낮고, 공구수명도 일반재인 SCM 440은 절삭속도 250m/min에서 43분인데 반해 Stellite No. 12(내열합금)의 공구수명은 20m/min의 낮은 절삭속도에서도 6분에 지나지 않습니다.
이러한 고속 가공 및 절삭 가공의 고도화를 위해 절삭 공구 전반에 대한 기술 개발이 추진되고 있습니다.향후 절삭공구의 글로벌 경쟁은 더욱 치열할 것으로 예상되며, 글로벌 경쟁력 확보를 위해 한층 높은 기술의 고도화와 생산단가 저감의 지속적인 노력과 ICT를 활용한 절삭공구의 고부가가치화를 위한 기술개발이 활발할 것으로 예상되고 초정밀 절삭가공 관련 기술 및 시장 확보를 위한 치열한 경쟁이 예상됩니다. 조금 더 자세히 설명하면, 현재까지 초정밀 절삭가공은 0.1mm 이하의 미세 드릴링, 미세 엔드밀 가공 및 단결정 다이아몬드 바이트와 초정밀 가공기를 이용한 sub ㎛단위의 초정밀 경면 절삭가공이 주류를 형성하였으나, 최근 수십 ㎛의 미세 드릴, 직경 0.2mm급의 엔드밀 및 미세가공용으로 제작된 수십 nm 오더의 다이아몬드공구 등에 의해 초미세 초정밀가공 기술로 변천하고 있는 추세입니다. 또 최근 고생산성을 위한 초정밀·고속가공과 함께 환경친화형 절삭가공이 요구됨에 따라 초정밀 가공기술 개발에 대한 연구가 급증하고 있고, 예로서 기존의 초정밀 경면가공을 이용한 비구면, 비축대칭 반사경, 마이크로 렌즈, 회절격자 등 초정밀 고성능 광학부품, 밀링머신, 마이크로머신 등 초소형 미세 형상부품의 초정밀 미세 가공기술이 개발되고 있습니다.
앞으로는 바로 직전에 업로드 했던 '고속가공용 공구특성' 주제에서 설명한 여러 가지 소재들을 개발하고 보완하는 방향으로 진행될 것이라 예상합니다. 예를 들어 열충격에 의한 결손과 abrasive 마모가 발생하기 쉬운 주철과 소결합금 절삭의 고속·고정도화에 대한 수요 증가에 따라 cBN 소결체 공구의 적용이 증가하고 있고 이에 대응하기 위해 열전도성이 우수한 cBN의 고함유율화와 cBN 입자간의 결합력을 높여 내열균열성과 내마모성을 대폭 향상시키기 위한 공구용 소재 개발을 하는 방향으로 진행될 것 같습니다. 또 절삭공구용 소재는 신소재 및 새로운 공작기계의 출현에 따라 변화되어 왔습니다. 최근 공작기계의 고정밀·고속화 추세에 따라 절삭공구용 소재는 고속절삭가공에 견딜 수 있는 초고경도(PCD, cBN 등)의 소재로 변화되고 있고, 우주·항공산업용 고경도의 내열재료를 비롯한 난삭재를 가공하기 위해서는 고경도·고인성 공구재료가 필요했으며, 향후 매우 우수한 성능을 발휘하는 공구재료의 개발이 지속될 것으로 예상됩니다.