새로운 깊이로 돌입

포르쉐 911 초고속 차량 1,200대의 원동력에 해당하는 용량은 Siemens의 SGT5-8000H 가스 터빈 한 대와 맞먹으며, 이 터빈의 무게는 연료를 가득 채운 에어버스 A380과 같다.

오늘날 SGT5-8000H는 세계에서 가장 크고 강력한 가스 터빈 중 하나로, 일부 예측에 따르면 글로벌 가스 시장은 매년 6% 이상 성장하고 있어 이러한 추세로부터 이익을 얻기 위해 제작되었습니다.

이 거대한 부품은 독일 베를린의 Siemens 가스 터빈 공장에서 제조됩니다. 이 공장은 1909년 신고전주의 양식으로 길이 약 120 m, 높이 25 m의 유리 및 강철 벽으로 지어졌으며, 1956년 이후 Siemens 발전 사업부의 일부로 역사적 건물로 분류되어 왔습니다. 공장에 갖춰진 기계와 기술은 최고 수준이며 최첨단 머시닝 센터를 보유하고 있습니다.

2012년 Siemens가 거대한 가스 터빈을 위한 새로운 맥시 하우징을 도입했을 때 공장은 기술을 조정해야 했습니다. 앵글 헤드와 헬리컬 밀링을 이용한 황삭 밀링과 정삭 보링을 기반으로 한 기존 생산 공정은 버너용 직경 600 mm의 보링 16개를 처리하기에는 충분히 안정적이지 못했습니다.

터빈 공장의 기술·툴링 프로세스 및 기계 공급 책임자인 Markus Zapke는 “문제가 매우 심각했습니다. 앵글 헤드가 공정에서 약한 부분이었습니다. 진동이 과도했고 공구 고장이 잦았습니다. 설치된 기술의 한계에 도달한 상태였습니다.”라고 말합니다.
공장은 다른 공급업체들과 함께 Sandvik Coromant에 연락했고, 2013년 8월 Sandvik Coromant의 플런지 밀링과 새로운 스핀들 전략에 기반한 개념을 채택했습니다. Zapke는 “Sandvik Coromant는 오랜 기간 기술 파트너였습니다. 그들은 거의 즉시 우리 문제에 대한 잠재적 해결책을 제시할 수 있었습니다.”라고 말합니다.

Sandvik Coromant의 지역 영업 및 기술 컨설팅 책임자인 Olaf Zahn이 새로운 개념의 주역입니다. 그는 “우리는 앵글 헤드가 매우 불안정하다는 것을 알고 있었습니다.”라며 “그래서 공구가 하우징의 프리캐스트 보링으로 직선으로 침입하는 플런지 밀링을 선택했습니다.”라고 회상합니다.
플런지 밀링 자체는 새로운 기술이 아닙니다. Siemens 공장의 생산 팀장인 Herbert Imrich는 “저는 자동차 산업에서 20년 동안 이 기술을 보아 왔습니다. 문제 발생 시점에 가장 먼저 생각해내지 못한 것이 놀랍습니다.”라고 말합니다.

실제로 Sandvik Coromant가 제안한 플런지 밀링은 새로운 생산 공정의 첫 단계입니다. 플런지 밀링은 표면이 거칠어지기 쉬워 높은 표면 품질 요구와 필요한 공차를 충족하기 위해 두 번째 단계에서 정삭 보링이 필요합니다. 이 마지막 단계에서 보링 직경을 598 mm에서 600 mm로 증가시킵니다. 새로운 개념은 Siemens와 Sandvik Coromant의 긴밀한 협력 하에 테스트되고 개선되었습니다.

테스트는 실전 환경에서 수행되었습니다. 절삭공구 기술 전문가인 Thomas Reich는 “기존 기술로는 새로운 요구사항을 충족할 수 없어 지체 없이 새로운 공정을 도입하고자 했습니다. 따라서 실제 생산에서 필요한 모든 적응과 프로그램 작업을 진행했습니다.”라고 설명합니다.
지금까지의 결과는 매우 긍정적입니다. 플런지 밀링으로 가공 시간은 가공물당 100시간에서 42시간으로 단축되었고, 정삭 보링 시간은 480분에서 160분으로 줄었습니다. Siemens의 계산에 따르면 하우징당 총 가공 시간은 63시간 이상 단축되어 3년간의 생산에서 총 11주의 가공 시간이 절약됩니다.

수치로 환산하기 어려운 추가적인 긍정적 효과도 분명히 존재합니다. Zapke는 “표준 공구를 지속적으로 사용할 수 있다는 점에 매우 만족합니다. 이는 공구 비용을 낮추고 신뢰성이 높으며 공구를 항상 재고로 보유할 수 있다는 뜻입니다.”라고 말합니다.
무엇보다 중요한 점은 Sandvik Coromant의 솔루션이 추가적인 적용에 유연하다는 것입니다. Sandvik Coromant의 Siemens 담당 수석 키 어카운트 매니저인 Christian Lendowski는 “플런지 밀링은 다른 공정으로 쉽게 이전될 수 있습니다. 이미 다른 Siemens 하우징에도 적용되었고, 더 많은 프로젝트가 계획되어 있습니다. 그런 의미에서 이것은 모델 기술이라 할 수 있습니다.”라고 말합니다.

기술적 통찰력

플런지 밀링은 독일 베를린의 Siemens 가스 터빈 공장에서 적용된 새로운 Sandvik Coromant 공정의 핵심입니다. 세계 최대 가스 터빈의 하우징에는 버너용으로 프리캐스트된 16개의 보링이 있으며, 프리캐스트 공차는 12~15 mm입니다. 완료되면 보링의 직경은 600 mm, 길이는 450 mm입니다.

Sandvik Coromant는 플런지 밀링에 CoroMill® 210을 사용합니다. 길이 약 430 mm인 이 공구는 프리캐스트 보링 안으로 300 mm를 곧장 침입하여 이전 공정에서 앵글 헤드에 작용하던 큰 레버리지를 회피합니다. 공구는 각 보링마다 126회 원형으로 상하로 플런지합니다. 이 황삭 공정으로 앵글 헤드와 헬리컬 밀링을 사용했을 때보다 각 가공물의 기계 가공 시간이 100시간에서 42시간으로 단축되었습니다. 이후 정삭을 통해 보링 직경을 598 mm에서 600 mm로 증가시켰습니다. 이 작업에는 Sandvik Coromant CoroBore® 820 XL을 사용하여 정삭 보링 공구에 비해 이송을 높이면서도 요구되는 공차와 표면 품질을 유지합니다.

구현 단계에서는 새로운 공구 클램핑 개념이 도입되었고, 셋업 수를 3회에서 1회로 줄인 것도 매우 긍정적인 부작용이었습니다. 기존 공정과 비교해 하우징당 320분을 절약할 수 있습니다. 또한 표준 공구를 사용함으로써 공구 가격을 낮게 유지하고 신뢰성 있는 공구를 안정적으로 공급받을 수 있습니다. Siemens와 Sandvik Coromant이 베를린 가스 터빈 공장에서 긴밀히 협력해 개발한 이 새로운 개념은 안정적인 공정과 상당한 시간 절감을 제공합니다. Siemens의 계산에 따르면 총 가공 시간은 가공물당 63시간 이상 단축됩니다.