두 가지 요소가 결합하여 부품의 합보다 더 큰 무언가를 만들어낼 때, 그 결과는 일반적으로 반가운 놀라움으로 다가옵니다. Kline Tools라고도 알려진 Kline Oilfield Equipment Inc.는 718개의 인코넬 볼 밸브를 가공하기 위해 고효율 SoliCAM 소프트웨어와 범용 엔드밀을 결합했을 때 놀라움을 금치 못했습니다.
그 결과 공구 수명이 500% 증가하고 사이클 시간이 86% 단축되었습니다.
오클라호마주 털사 소재의 지상 유정 서비스 공구 제조업체인 Kline Tools에서 프로그래밍 및 기술 애플리케이션을 담당하고 있는 Jake Aasness는 2011년 버전의 SolidCAM을 사용하고 있다고 언급했습니다. 이 소프트웨어에는 전체 공구 경로를 통해 절삭 공구 각도와 이송 속도를 최적화하여 절삭 속도를 두 배 또는 세 배로 높여주는 iMachining 모듈이 포함되어 있다고 개발사인 SolidCAM Inc, 워싱턴 크로싱, 펜실베이니아주
Aasness에 따르면 이 모듈의 알고리즘은 절삭 각도, 이송 속도 및 커터 속도를 제어하면서 부드러운 나선형 공구 경로를 생성합니다.
“이론상 공구는 어떤 경우에도 항상 동일한 칩 부하를 가져야 합니다.” 그는 이 가공 기술이 트로코이드 밀링과 막연히 유사하다고 지적하면서 이렇게 말했습니다. “저는 아직도 그 장면을 볼 때마다 감탄합니다. 마치 공구가 스스로 재료를 당기는 것 같고, 테이블 자체를 움직이는 것보다 서보에 더 많은 부하가 필요하지 않습니다.”
그러나 소프트웨어가 생성하는 공구 경로가 모든 절삭 공구가 가공하기 어려운 재료를 효과적으로 절단할 수 있게 해주지는 않습니다. Kline Tools는 1년에 한두 번씩 받는 718개의 인코넬 볼 밸브 주문을 생산할 때 계속해서 문제가 발생했습니다. “매번 악몽과도 같았습니다.”라고 Aasness는 말하며, 건식으로 가공하면 금속 가공물이 단단해지고, 절삭유를 사용하여 가공하면 엔드밀이 열에 의해 미세 파손되는데, 이는 절삭날이 재료에 맞물리면서 가열되었다가 다음 맞물림을 향해 회전하면서 냉각되는 것을 반복하기 때문이라고 덧붙였습니다.
IMCO 영업 담당자인 크리스 쿠퍼(왼쪽)와 Kline Tools의 제이크 아스니스는 718 인코넬 볼 밸브(아래)를 다른 고성능 엔드밀보다 8배 빠르게 가공하는 IMCO Everyday Advantage 엔드밀의 성능에 놀라움을 금치 못했습니다.
Aasness에 따르면, iMachining의 선형 공구 경로 기술은 절삭날 마찰을 줄여 회전 속도를 증가시킴으로써 두 가지 상황을 모두 완화합니다. “회전 속도가 증가하면 절삭 날이 맞물리는 시간과 맞물림 사이의 시간이 모두 줄어듭니다.”라고 그는 말하며 “이는 커터의 열 안정화에 더욱 기여합니다.”
이 공장은 고급 공구 설계와 공구 경로 생성기를 함께 사용하면 크게 개선될 것으로 기대하면서 몇 가지 “멋진” 고성능 엔드밀을 시도했지만 결과는 실망스러웠다고 Aasness는 말합니다. “공구는 두 번째 부품도 통과하지 못했습니다.”
오하이오주 페리스버그에 있는 IMCO 카바이드 툴사의 Everyday Advantage 범용 엔드밀은 Kline Tools의 주력 엔드밀로, 이 공구의 사용 가이드에 인코넬에 대한 속도 및 이송 권장 사항이 포함되지 않아 인코넬 절삭은 이전에는 예외로 취급되었습니다. 하지만 이 공장은 3⁄8인치 엔드밀의 공급이 끊긴 상태였습니다. 공구를 찾던 중 현지 유통업체에 범용 IMCO가 진열되어 있었습니다.”라고 오클라호마와 텍사스 북서부 지역의 IMCO 영업 담당자인 Chris Cooper는 말합니다.
익숙한 엔드밀이 도착하자 Aasness는 4,074rpm과 50~60ipm의 이송 속도로 스핀들 냉각수를 통해 한 대를 시험 가동했습니다. 그는 718 인코넬 볼 밸브 2개를 문제없이 가공했을 뿐만 아니라 경도가 36~38 HRC인 4140 열처리 강철로 만든 볼 밸브 12개를 절단하는 데 성공했습니다. “아마 10개는 더 돌릴 수 있었을 겁니다.” 사이클 타임이 3분인 4140개의 부품에 대해 Aasness는 이렇게 말했습니다. “작업이 끝난 후에도 엔드밀은 여전히 좋아 보였습니다.”
이제 Kline Tools는 6,000rpm, 100ipm으로 작동하는 Everyday Advantage 엔드밀당 5개의 718 인코넬 공작물을 생산합니다. 주기 시간이 2시간에서 16분으로 단축되었습니다. “그것은 엔드밀이 할 수 있는 일의 목록에도 없습니다.”라고 Aasness는 말합니다.
“우리 중 누구도 이 도구가 이렇게 잘 작동할 것이라고 생각하지 못했습니다.”라고 Cooper는 말합니다. “저희는 매우 놀랐습니다.”
Cooper는 이 공구의 성공 요인으로 AlTiN(스펙터) 코팅, 카바이드 기판 및 헬릭스, 클리어런스 및 릴리프 각도를 꼽았습니다. 또한 그는 티타늄 및 니켈 베이스 합금과 같은 까다로운 소재를 절삭하도록 설계된 IMCO의 enDURO 엔드밀이 훨씬 더 우수한 성능을 발휘할 것이라고 생각합니다.
Aasness는 이러한 공구로 실험해보고 싶지만 가격과 성능의 조합을 고려할 때 Everyday Advantage 엔드밀은 따라오기 어렵다고 언급했습니다. “매우 튼튼한 엔드밀입니다.”라고 그는 말합니다.