더 빠르고 저렴하며 친환경적인 우주 항공 솔루션에 대한 요구가 증가하고 있지만, 배출 제로(zero-emissions) 항공기의 제작에는 상당한 어려움이 따른다. 항공기 운항 중의 CO2 배출이 주요 관심사였지만, 생산 속도, 효율성 및 품질 관리에 영향을 미치는 제조 과정 중의 자재 가공도 그에 못지않게 중요하다. 다행히도 이러한 과제에 대한 해결책은 절삭유를 올바르게 사용해 생산성을 극대화하고 공정 안정성을 강화하고 공구 성능을 향상시키는 것이며, 우주 항공용 윤활제 시장이 2022년부터 2027년까지 19%의 연평균 성장률(CAGR)로 성장할 것으로 예상되는 이유도 바로 여기에 있다.

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

가공 결과를 향상시키는 절삭유
절삭유는 충분한 양을 정밀하게 올바른 방향으로 분사해야 하며, 절삭유를 지속적으로 가공 영역 주변으로 넘칠 정도로 분사하는 것만으로는 제대로 된 효과를 얻을 수 없다. 반면에 고정밀 절삭유를 올바르게 사용하면 칩 형성, 열 분산, 가공물 소재의 절삭날 스미어링, 표면 무결성, 공구 마모 측면에서 확연한 차이를 만들 수 있다. 이러한 기본 가공 요소는 생산성, 공구 수명, 칩 컨트롤 및 칩 배출, 가공물 품질 측면에서 경쟁력을 높이기 위한 개선을 통해 제조에 영향을 미친다.

정밀 절삭유를 올바르게 사용하면 생산성이 극대화되고 공정 안정성이 개선되며 공구 성능과 가공물 품질이 향상된다. 긍정적인 효과는 낮은 절삭유 압력에서도 나타나지만, 압력이 높을수록 더 어려운 소재도 성공적으로 가공할 수 있다.

일반적으로 스테인리스강과 저탄소강만 가공해도 정밀 절삭유의 효과를 알 수 있지만, 내열합금(HRSA), 티타늄 합금처럼 더 까다로운 소재를 가공해 보면 정밀 절삭유를 사용하지 않을 때와의 차이가 확연히 드러난다. 최근에는 다양한 기술 개발로 인해 고정밀 절삭유를 훨씬 더 유용하고 쉽게 사용할 수 있게 됐다.

이제 고정밀 절삭유는 기본
많은 최신 CNC 기계의 경우 70~100 bar 압력의 절삭유 공급 장치가 기본으로 장착돼 있거나, 이러한 기능이 가능한 탱크 및 펌프가 옵션으로 제공된다. 고정밀 절삭유를 사용하면 특히 널리 보급된 머시닝 센터, 터닝 센터, 수직 선반 및 복합 가공기에서 작업 성능과 결과가 크게 향상된다. 기본 장비만으로도 절삭유를 원하는 지점으로 쉽게 분사할 수 있다.

고정밀 절삭유 가공을 이용하려면 기본적으로 모듈러 공구를 사용해야 한다. 모듈식이어야 공구를 신속하게 교체해 기계 가동 정지를 최소화하고 기계에서 절삭날까지의 절삭유 연결 및 채널을 효율성 높게 안정적으로 구현할 수 있다. 모듈러 퀵 체인지 툴링 시스템 Coromant Capto®는 오늘날 새로운 표준이 된 고정밀 절삭유 툴링의 기반이다. 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 있다.

정밀 절삭유: 우주 항공 부품 가공의 열쇠
항공기 제작에서 탄소 배출 저감과 생산성 향상을 위해 고정밀 절삭유가 중요한 역할을 하고 있다. 절삭유는 가공 영역에 정확하게 공급돼야 하며 이를 통해 칩 컨트롤과 공정 안정성을 향상시킬 수 있다. 선삭용 정밀 절삭유는 인서트와 칩 사이에 쐐기를 형성해 칩 형태와 흐름을 제어하고 가공 영역의 온도를 낮춘다. 절삭날에 가깝게 배치된 노즐은 절삭유를 고속으로 정확하게 분사해 칩을 인서트 면에서 밀어내고 칩의 온도를 낮추며 칩을 배출하기 쉬운 작은 크기로 줄인다.

강, 스테인리스강, 알루미늄, 티타늄, 내열합금 등의 소재를 정삭할 때는 최저 10 bar 이하의 낮은 압력으로 정밀 절삭유를 사용해도 큰 도움이 된다. 칩 컨트롤이 향상돼 안정성이 개선되고 공구 수명이 크게 늘어나며 절삭 속도가 빨라진다. 많은 경우 공구 수명이 50% 증가한다. 절삭 속도는 온도와 직결돼 공구 마모에 큰 영향을 미치므로 가공성 범위가 제한되는 티타늄을 가공할 때는 절삭 속도를 범위 내로 유지하는 것이 중요하다. 이송을 증가시키면 금속 제거율이 높아지지만 이송이 높으면 절삭 부하가 높아지고 칩 컨트롤이 어려워지므로 고이송이 항상 좋은 것은 아니다.

ISO S 등급 소재의 가공에서는 정밀 절삭유를 사용해 절삭 속도를 높여도 온도 상승이나 공구 수명 손실 없이 작업 성능을 향상시킬 수 있다. 높은 이송에서도 절삭 부하는 증가하지 않으면서 냉각 효과가 확실하다. 내경 선삭에서도 정밀 절삭유를 이용해 칩 형성과 전단 특성을 개선할 수 있으며 이를 통해 보링 작업에서 공구의 안정성과 수명이 향상된다.

가공물 표면 무결성은 가공 중에 발생하는 온도와 부하에 따라 달라진다. 온도 제어에서 절삭유가 매우 중요하며 정밀 절삭유를 사용할 때 표면 가공 결과가 더욱 안정적이다. 공구 노즐이 정삭된 표면과 접촉하는 인서트 부분을 직접 겨냥해 고정된 노즐에 의해 많은 변수가 사라지므로 더욱 안전하고 일관된 가공이 가능하다.

고정밀 절삭유는 부적절한 인서트, 불안정성, 잘못된 절삭 조건 등으로 인한 문제를 해결하는 수단이 아니라 올바르게 셋업 된 작업을 최적화하는 기능이다. 선삭 및 밀링에서 가공 시간을 단축하고 가공물 품질 일관성을 높이며 공정 안정성을 향상시키는 것이 정밀 절삭유를 사용하는 이유다.<자료 협조=샌드빅 코로만트>/ 자료 정리=김지성 기자