[첨단 헬로티]
히로세 케이타 (廣瀨 景太), 오사키 히데키 (大崎 英樹) 유니온툴(주)
1. 서론
자동차 업계에서는 연비 향상을 위한 경량화가 계속적으로 추진되고 있다. 이에 동반해 초하이텐재와 같은 인장강도가 큰 소재의 프레스 가공에 견딜 수 있게 금형재에는 보다 경도가 높은 재료를 선택하는 경우가 많아지고 있다. 그렇기 때문에 금형가공에 사용하는 엔드밀에는 고경도재를 고능률, 장수명, 그리고 고정도로 가공할 수 있는 것이 요구되고 있다.
60HRC를 넘는 고경도재의 절삭가공은 공구의 마모 진행이 빠르기 때문에 장시간에 걸쳐 안정된 가공을 하는 것이 어려워진다. 최근 높은 내마모성을 가진 cBN 소재의 공구가 주목받아 다듬질가공에 사용되고 있다.
한편 cBN 공구는 내마모성은 우수하지만, 날끝이 결손되기 쉬운 문제가 있으며, 거친가공, 중다듬질가공에는 부적합하다. 그래서 동사는 코팅 초경 공구의 개량을 거듭해 2018년 11월에 고경도재 가공용 2날 볼 엔드밀 ‘HGB/HGLB’ 시리즈를 발매했다. 이 글에서는 이 HGB/HGLB의 특징과 가공 사례에 대해 소개한다.
2. HGB/HGLB의 특징
HGB/HGLB는 60HRC를 넘는 고경도재의 고능률, 장수명 가공을 실현하기 위해 기존품보다 내마모성․내결손성을 향상시키고 있다. 내마모성에서는 코팅과 초경 재료를 재검토했다. 코팅은 그림 1에 나타낸 새로운 코팅인 HMGCOAT를 적용했다.
동사에는 고경도재 가공용 코팅으로서 경도, 내열성에 중점을 둔 HARDMAX가 있다. HMGCOAT는 그 HARDMAX를 베이스로 조성을 더욱 고경도 쪽으로 조정함으로써 내마모성을 향상시켰다.
또 다른 초경 재료는 기존보다 내마모성이 우수한 새로운 초경 재료를 적용함으로써 내마모성을 향상시켰다. 또한 내결손성을 향상시키기 위해 볼의 레이크각, 릴리프각의 날 형상을 고경도재 가공용으로 최적화했다. 레이크각을 기존보다 마이너스각으로 강하게 함으로써 가공 능률을 높여도 결손이 잘 생기지 않고, 고능률, 장수명으로 가공할 수 있게 됐다.
3. 가공 결과
그림 2에 R 0.25×유효길이 1mm의 볼 엔드밀의 코팅 차이품인 HAP10(64HRC)의 가공 결과를 나타냈다. 절삭 조건은 회전 속도 : 39,820min-1, 이송 속도 : 670mm/min, 절입량 : ap 0.023mm, ae 0.069mm, 쿨런트에 에어블로를 사용해 4×4×깊이 0.324mm의 사각 포켓 가공을 실시했다.
릴리프면 마모폭을 비교한 결과 HARDMAX보다 HMGCOAT 쪽이 작고, HMGCOAT의 높은 내마모성이 확인됐다. 이 글에서 결과는 나타내지 않았지만, 새로운 초경 재료를 적용함으로써 내마모성이 향상된 것도 확인했다.
다음으로 그림 3에 R1×유효길이 6mm의 HGLB(HMGCOAT)와 기존품(HARDMAX)인 분말하이스재 HAP72(69HRC)의 가공 결과를 나타냈다. HGLB는 기존품의 2배의 가공 능률이 되게 이송 속도를 설정, 공구에 가해지는 절삭부하가 보다 큰 상태로 가공했다.
이송 속도로부터 HGLB의 절삭부하가 크다고 추측되는데, 마모폭은 기존품과 비교해 40% 억제되고 기존품보다 고능률의 가공이 가능하다는 것이 확인됐다.
이것은 앞에서 말한 HMGCOAT와 새로운 초경 모재에 의한 내마모성 향상 외에, 레이크각을 마이너스각으로 강화시켜 내결손을 향상시킨 날 형상이 효과적이라고 생각된다.
4. HGB/HGLB의 평기어 모델의 가공 사례
HGB/HGLB 3형번 외에, 동사의 고경도재 가공용 다날 래디우스 엔드밀 HMERS(전체 날길이 타입) 1형번, 각 1개의 합계 4개를 사용해 분말하이스재 HAP72(69HRC)로 평기어 모델 가공을 했다(그림 4).
순수 재료에서 등고선 거친가공으로 1시간 41분 가공한 후의 HGB R 1.5의 공구 손상 상태를 그림 5에 나타냈다. 절삭 조건은 회전 속도 : 8,280min-1, 이송 속도 : 1,140mm/min, 절입량 : ap 0.12mm, ae 0.55mm, 쿨런트는 에어블로이다.
릴리프면의 마모 상태로부터 계속 사용 가능한 상태이고, 실제 금형을 가정한 가공 형상에서도 고능률, 장수명으로 가공이 가능하다는 것이 확인됐다.
5. 맺음말
새로운 코팅 HMGCOAT, 내마모성이 우수한 새로운 초경 재료, 레이크각을 마이너스각으로 강화시킨 새로운 형상이 고경도재의 고능률, 장수명 가공에 효과적이라는 것을 확인했다.
이들을 적용한 HGB/HGLB 시리즈는 현재 전체 날길이 타입의 HGB가 R 0.25～R 3.0까지 13형번, 유효길이 타입의 HGLB는 R 0.25～R 1.0까지 37형번을 발매하고 있다. 앞으로는 외경과 유효길이의 라인업을 확충해 갈 예정이다. 이 제품이 금형 제작 시의 문제 해결에 도움이 되기를 바란다.
