[첨단 헬로티]
쿠로사키 잇세이 (黑﨑 一成) ㈜牧野후라이스제작소
최근 자동차의 안전성 향상과 전동화에 의한 배터리 탑재에 의해 차체 중량이 증가하는 경향에 있으며, 자동차 구조 부품을 고장력 강판으로 소재 변경하는 경량화가 주목받고 있다. 이 고장력 강판을 프레스 가공하는 금형에서는 강한 힘의 프레스에 대해 내구성이 있는 SKD11 등의 매우 단단한(60HRC) 담금질강의 금형이 필요하다.
기존의 절삭가공에서는
① 절입량을 얕게 해야 하고 가공 시간이 길어진다
② 공구 끝단부의 마모가 진행되기 쉽고 공구 수명이 짧아진다
③ 마모된 공구의 가공에 의해 가공 면품위가 나빠진다
등의 3가지 문제점을 해결하는 것이 요구되고 있다.
이들 요구에 대응하기 위해 동사에서는 금형가공기로서 실적이 있는 수직형 머시닝센터(MC) V 시리즈를 베이스로, 새롭게 개발한 A축(경사)/C축(회전)으로 주축을 선회하는 5축 제어 수직형 MC ‘V90S’를 개발했다. 그림 1에 외관, 표에 주된 사양을 나타냈다.
이 가공기는 볼 엔드밀의 끝단을 피한다, 공구의 돌출을 짧게 한다, 공구 수명이 늘어난다 등 5축가공의 우위성을 충분히 발휘할 수 있는 절삭가공기로, 경량․콤팩트하게 설계한 주축과 A/C축에 의해 준민하고 유연한 축 이동을 실현했다. 이 글에서는 다듬질가공 시간과 연마 시간을 단축한 활용 사례를 소개한다.
5축 절삭의 활용 포인트
5축 절삭의 활용 포인트의 첫 번째는 가공에 적합한 공구 자세를 만들 수 있는 동시 5축가공이다. 3축가공에서는 공구축에 대해 수직인 면을 가공할 때에 볼 엔드밀 끝단의 주속 제로 점을 사용하게 되고 가공면에는 잡아 뜯은 것 같은 흔적이 남으며, 또한 날 끝에 큰 부담이 걸려 공구 수명이 짧아진다.
한편 동시 5축가공은 공구 자세를 변경함으로써 공구 끝단의 가공을 회피할 수 있기 때문에 깨끗한 가공면과 공구 수명의 연장을 양립할 수 있다.
두 번째는 동시 5축가공에서 가공점을 컨트롤하는 것에 의한 다날 공구의 사용이다. 기존의 2날에 대해 6날의 다날 공구를 사용함으로써 가공 속도(절삭 이송)을 3배로 할 수 있다. 또한 공구 끝단 회피에 의해 가공 속도를 2배로 하고(기존보다 유리한 가공 조건, 예를 들면 2배로 할 수 있으면), 기존 조건의 6배로 다듬질가공이 가능해져 1/6까지 가공 시간을 단축한다.
다날 공구는 날 수가 많아질수록 주축 회전 시의 동적 정도가 1날당 절입에 크게 영향을 미치는데, 주축 회전 시의 진원도 NRRO, 회전 진동 폭 TIR이 극한까지 작아지도록 추구하고 있는 동사의 주축에 의해 고면품위를 실현하고 있다.
금형가공 사례
본 가공기로 가공한 자동차 고장력 강판 센터필러의 금형 이미지를 그림 2, 그림 3에 나타냈다. 매우 단단한 난삭재인 담금질한 SLD-f(60HRC)를 고속 또는 고면품위로 가공하는 것이 중요하다. 가공 워크 사이즈는 1,400×350×130mm, 사용 공구는 R5mm, 6날의 다날 볼 엔드밀로, 형상 상면을 절삭 이송 속도 12,000mm/min, 형상 측면을 절삭 이송 속도 8,000mm/min의 고속 다듬질가공을 실시했다.
가공 면조도의 결과를 그림 4에 나타냈다. 이론 면조도 1μm의 다듬질 피크에 대해, 실제 면조도는 Rz3.09μm로 양호한 면품위를 얻을 수 있었다. 이 다듬질가공 시간은 9시간 57분인데, 실용적이라고 하는 이론 면조도 5μm의 다듬질 피크로 하면 2시간 27분으로 가공이 완료된다.
이번 사례 소개에서는 담금질강에 대한 5축 절삭을 활용한 고속․고면품위 가공의 실현을 테마로 했는데, 고장력 강판 금형의 가공에 있어서는 워크 세팅의 간이화, 5축 프로그램 작성, 후공정 단축 등의 과제도 많이 있다. 시장의 다양한 요구에 대응하기 위해 앞으로도 고객의 목소리에 신중히 귀를 기울여, 부단의 노력으로 새로운 기술․기능․기계를 계속 개발해 갈 것이다.
