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[현장적용사례] 샌드빅 코로만트, Silent ToolsTM 보링 바 개발

세계 최대의 보링 바 핀란드 제조업체 위해 설계

가공 기계 전문 기업 샌드빅 코로만트가 세계 최대의 보링 바를 개발해 정밀 엔지니어링 분야의 혁신 기업으로 역사에 이름을 남겼다. 길이가 거의 1만1천mm(11m)에 달하고 직경이 600 mm에 달하는 이 거대한 보링 바는 핀란드 엔지니어링 기업인 Häkkinen Group 위베스퀼레 공장의 가공 요구사항을 충족하기 위해 개발됐다.

이 거대한 선반 공구는 해양 석유 및 가스, 송전, 재생 에너지를 비롯한 다양한 분야의 정밀 금속 부품을 생산하는 데 사용될 예정이다.
[현장적용사례] 샌드빅 코로만트, Silent ToolsTM 보링 바 개발 - 산업종합저널 공구

처음 Häkkinen Group 위베스퀼레 공장이 샌드빅 코로만트에 연락했을 때 그들은 일반적이지 않은 사양의 공구 제작을 요청했다. 이 회사는 치수가 중요한 특정 유형의 부품을 가공할 수 있는 공구를 필요로 했다. 기밀 유지 계약 때문에 부품의 유형은 명시되지 않았지만, 직경 800mm, 길이 1만2천mm(12m)에 달하는 대형 부품이었고 양쪽에서 가공해야 했다.

필요한 공구는 가공물에 있는 기존 홀의 직경을 확대하고 다듬는 가공 작업에 사용되는 보링 바였다. 보링 바로 가공한 홀은 더 거친 홀을 가공하는 드릴링보다 더욱 정밀하고 정확하며 매끄럽다.

그러나 보링 바의 직경과 길이는 가공물의 치수에 따라 결정된다. 최상의 안정성을 얻으려면 가능한 가장 큰 보링 바 직경을 선택하는 것이 좋다. 간단히 말해, 이 가공 작업에는 전례 없는 크기의 보링 바가 필요했다. 표준 크기의 보링 바로는 불가능한 깊고 정밀한 내경 선삭 작업을 하려면 큰 사이즈가 필수적이다.

진동 최소화
Häkkinen Group 위베스퀼레 공장은 고정밀 수평 보링 및 밀링 기계, 수평 선반 등을 생산하는 세계적인 업체로 체코에 위치한 파트너사 ŠMT(구 Skoda Machine Tool)에 연락했다. 분명한 점은 ŠMT가 이렇게 특수한 프로젝트의 요구사항을 충족하는 데 필요한 특수한 치수의 보링 바를 공급할 수 있는 가공 기계 전문업체의 서비스를 받아야 한다는 것이었다.

이를 위해 ŠMT는 역시 체코에 소재한 Sandvik Coromant CZ에 이 거대한 보링 바의 개발에 참여할 수 있는지 문의했다.

Sandvik Coromant CZ의 프로젝트 엔지니어 바츨라프 파버(Vaclav Faber)는 '샌드빅 코로만트는 보링 바, 특히 진동 방지 기능이 있는 보링 바 생산업체로 유명하다'면서 '가공 작업에서 정밀도와 표면 조도 품질을 높이려면 보링 바의 진동을 줄이는 것이 필수적'이라고 했다.

과도한 진동은 부정확성, 공구 마모, 가공물 무결성 손상으로 이어질 수 있으며, 이는 Häkkinen Group 위베스퀼레 공장의 가공 작업 규모가 방대했기 때문에 큰 우려사항이었다. 대신 진동을 최소화하면 보링 바가 안정적이고 제어된 절삭 조건을 유지하기 때문에 생산성, 공구 수명 및 표면 조도가 향상된다.

ŠMT에는 보링 바에 대한 또 다른 엄격한 요구사항들이 있었다. 고객사 Häkkinen Group 위베스퀼레 공장은 선삭 작업의 한계를 뛰어넘으면서 기존 기계와 원활하게 통합되는 공구를 필요로 했다. 또한 새로운 보링 바가 ŠMT의 대형 선반에서 사용할 수 있도록 호환되는 것도 필수적이었다.

이에 따라 노르웨이 트론헤임에 있는 Sandvik Teeness도 참여하게 됐다. 이 팀은 1960년대부터 보링 바를 개발 및 생산해 온 업계 리더로서의 명성을 인정받아 선정됐다.

과제
이 보링 바는 강 소재이고 중금속으로 만들어진 "댐퍼"라는 부품이 포함돼 있다. 댐퍼는 진동을 줄이거나 흡수하는 데 사용되는 장치로 특수한 고무 링에 고정돼 있다.

이 보링 바의 또 다른 중요한 특징은 보링 바 앞에 장착된 Coromant Capto® 공구 홀더로, 가공물 가공에 필요한 절삭 인서트를 고정하는 역할을 한다. Coromant Capto®는 셋업 및 공구 교환 시간을 단축해 기계 가동률을 크게 높이고 안정적이고 신뢰할 수 있는 가공을 지원하도록 설계됐다.

파버는 '이 공구 홀더는 복합 가공기에서 특히 유용하다는 것이 입증됐다'라고 말한다. '기계 인터페이스에 상관없이 다양한 길이와 설계 특성을 가진 공구 어셈블리를 구성할 수 있다. Coromant Capto는 다양한 산업 환경에서 사용할 수 있는 보링 바를 필요로 하는 Häkkinen Group 위베스퀼레 공장의 요구사항도 충족한다'라고 설명했다.

[현장적용사례] 샌드빅 코로만트, Silent ToolsTM 보링 바 개발 - 산업종합저널 공구

광범위한 테스트
Sandvik Teeness의 전문가들이 현장에서 주파수 측정을 실시해 보링 바에 통합된 진동 방지 어댑터의 효과를 평가했다. 보링 바를 대형 CNC 선반에 넣고 세 가지 가공 작업(황삭, 정삭, 프로파일 가공)에서 각기 다른 절삭 조건으로 여러 번 테스트했다.

진동을 최소화하고 최상의 안정성과 정확성을 얻기 위해 권장되는 최대 허용 오버행(직경의 10배(10 x D))에서 공구를 실행했다. 샌드빅 코로만트의 Silent ToolsTM 보링 바는 최소한의 진동으로 작동하기 때문에 일반적으로 긴 공구 오버행에서 사용하고, 리지드 클램핑이 매우 중요하다. 원통형 보링 바는 항상 최소 클램핑 길이가 바 직경의 4배인 스플릿 슬리브 홀더에 클램핑해야 한다.

절삭 조건은 CoroPlus® Tool Guide 소프트웨어 플랫폼에서 제안하는 초기 권장사항을 기반으로 했으며, 테스트 중에 조건을 수정했다. 황삭 가공의 경우 항상 100m/min의 절삭 속도(vc)와 0.4mm/rev의 회전당 이송(fn)에서 보링 바를 실행했다. 보링 바에 가해지는 부하는 주로 절입 깊이(ap), 이송 및 가공물 소재에 따라 달라진다. 절삭 중에 진동을 방지하기 위해 충분한 ap와 fn을 확보하는 것이 중요하다. ap와 fn이 너무 높으면 공구 편향으로 인해 진동이 발생할 수 있다.

이러한 이유로 테스트를 위해 ap를 조정했다. 보링 바는 5.6mm의 ap에서 진동 징후를 보였고, 4.5 mm에서는 성능이 제한됐으며, 결국 3.5 mm가 권장 절입 깊이인 것으로 나타났다.

정삭과 프로파일 가공에서는 항상 110m/min의 vc와 0.5mm의 ap에서 보링 바를 실행했다. fn을 조정한 결과 0.25가 최적 및 권장 설정으로 나타났고, 거칠기 평균(Ra)은 3.4였다.

파버는 '테스트 결과를 바탕으로 샌드빅 코로만트의 전문가들은 절삭 조건 매개변수와 인서트를 ŠMT에 추천할 수 있었다.'라고 파버는 말했다.

Sandvik Slovakia의 글로벌 어카운트 매니저 야로슬라브 슈가(Jaroslav Šuga)는 '보링 바의 납기와 취급, 운송, 물류에 관한 모든 세부 사항에 대해 Sandvik Teeness 생산팀과 정기적으로 회의를 가졌다. ŠMT의 설계자, 기술자, 노르웨이의 생산팀 그리고 영업 프로세스에 관련된 모든 사람들과 함께 했기에 성공할 수 있었다.'라고 말한다.

추가 투자
샌드빅 코로만트가 개발한 보링 바는 크기도 놀랍지만, 이제 Häkkinen Group 위베스퀼레 공장에서 다양한 분야의 부품을 정밀 가공하는 데 사용하는 귀중한 자산이다. 세계 최대의 보링 바에 깊은 인상을 받은 ŠMT는 앞으로 크기가 조금 더 작은 부품의 가공을 위해 샌드빅 코로만트의 보링 바에 추가로 투자할 계획이다.

파버는 '세계 최대의 보링 바는 샌드빅 코로만트의 혁신, 정밀성 및 가공 작업에 대한 끊임없는 노력을 보여주는 증거'라고 말한다.

샌드빅 코로만트
샌드빅 코로만트는 고객 및 파트너와 함께 전 세계 엔지니어링 산업에 툴링 솔루션을 공급하며 지속 가능한 미래를 향한 길을 선도하고 있다. 80년 이상에 걸친 실무 경험을 통해 금속 절삭 및 가공에 관한 풍부한 지식을 쌓아왔으며, 이러한 전문성을 바탕으로 모든 도전 과제를 혁신, 협업 및 진보적인 솔루션의 기회로 변화시킨다. 지속 가능성, 효율성 및 성장을 도모해 긍정적인 변화를 이끌어 냄으로써 혁신이 번창하는 미래를 만드는 것이 샌드빅 코로만트의 목표이다. 글로벌 산업 엔지니어링 그룹 샌드빅의 일원인 샌드빅 코로만트는 함께 미래를 만들어가고 있다. [정리=김지성 기자]


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