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바이메탈 엔진 블록 과제의 극복

기술 2018-03-29 Åsa Backman

경량 엔진에 대한 수요가 증가하면서 바이메탈 엔진 블록을 가공하기 위한 공구와 방법을 필요로 하는 고객이 증가하고 있다.

이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 비행기, 선박, 자동차, 트럭 등 모든 이동 수단의 무게를 줄이기 위한 노력이 강화되고 있다. 더 가벼운 차량은 탄소 발자국의 감소를 의미한다.

이러한 요구를 충족하기 위해 일부 자동차 엔진 제조사들은 본체는 알루미늄-실리콘 합금으로 만들고 높은 기계적 및 열적 부하에 노출되는 라이너는 회주철(GCI)로 만드는 경량 바이메탈 엔진 블록을 개발해왔다. 이 조합은 기계적 안정성이 우수하고 기존의 주철 엔진 블록보다 훨씬 더 가볍다. 그러나 두 금속의 기계적 특성이 크게 다르기 때문에 가공이 까다로울 수 있다.

"파이어 페이스의 평면 밀링 가공은 엔진 블록의 마지막 작업 중 하나입니다. 실패하면 엔진 블록 전체를 폐기해야 할 수 있어 비용 부담이 큽니다."라고 샌드빅 코로만트 글로벌 자동차 애플리케이션 엔지니어 필립 안드레(Phillipe Andre)는 말한다.

바이메탈을 가공할 때 동일한 인서트가 열적 및 기계적 특성이 완전히 상이한 두 소재를 동시에 절삭한다. 알루미늄 합금은 고온에서 연화되고 점착성이 생기는 반면, CGI 소재는 취성이 있는 고강도 소재이다. 제한된 공구 수명, 나쁜 표면 조도, 버 형성, 표면 긁힘, 라이너 박리 등 일반적인 과제들은 완벽하게 수행되어야 하는 핵심 형상에서는 허용될 수 없는 문제들이다.

"뿐만 아니라, 오늘날 자동차 산업은 고도로 자동화되어 있어 무인 생산 수준이 매우 높습니다. 불규칙하고 빈번한 인서트 교환이나 최악의 경우 갑작스러운 인서트 파손으로 인한 비용을 상상해 보십시오."라고 샌드빅 코로만트 자동차 부문 글로벌 제품 매니저 엠마누엘 데이비드(Emmanuel David)는 말한다.

따라서 신뢰할 수 있는 공구 수명, 표면 조도, 반복성 및 안정적인 공정은 자동차 팀이 자동차 엔진 제조사를 위한 새로운 솔루션을 개발할 때 초점을 맞춘 주요 측면이었다.



 



"이 가공 작업에서 우수한 표면 조도의 필요를 절대로 과소 평가하지 마세요. 라이너의 박리나 표면의 작은 긁힘이 누출, 성능 저하, 결과적으로 배출 증가로 이어질 수 있습니다."라고 필립은 설명한다.  

다양한 고객 요구사항을 충족하기 위해 프랑스와 스웨덴의 샌드빅 코로만트 팀은 두 가지 솔루션을 개발했다. 하나는 트랜스퍼 라인이나 CNC 기계를 위한 평면 밀링 공구 M610이고, 다른 하나는 머시닝 센터에 적용하기 위한 완전히 새로운 가공 공정이다. M610 커터는 인서트와 설계의 혁신적인 조합의 결과물이다. 인서트가 반경 방향 및 축 방향 절삭 각도를 지원하고 전용 날 전처리를 적용했을 뿐만 아니라 두 소재를 밀링할 때 표면 조도 및 공차 요건을 충족하도록 설계되었다. "M610 커터의 중요한 특징 중 하나는 조정이 불필요하다는 점입니다. 이 특허받은 커터는 기본적으로 아무런 셋업 없이 높은 표면 품질을 보장합니다. 평면 위에서 커터 직경의 완전한 맞물림이 요구되는 엔진 생산에 적합한 솔루션입니다."라고 필립은 말한다.

"M610 평면 밀링 커터의 뛰어난 성능은 수많은 고객 테스트에서 입증되었습니다. 버, 치핑 또는 표면 긁힘 없이 런아웃이 0에 근접합니다."라고 데이비드는 말한다.

M610의 성능을 보완하는 새로운 바이메탈 가공법은 CGI 라이너에서 시작하는 영리한 공구 경로를 생성한다. 완료되면 공구가 알루미늄 합금으로 이동하기 때문에 인서트가 동시에 두 금속에서 맞물리는 일이 거의 없다. 새로운 가공법은 CBN 인서트를 사용한 CoroMill® 590 고속 정삭 밀링 공구에 기반을 두고 있고 탁월한 결과를 보여주었다.
이 솔루션은 유연성이 요구되는 엔진 생산이나 커터 직경이 평면 위에서 완전히 맞물릴 필요가 없을 때 적합하다.


"두 솔루션 모두 자동차 산업이 더욱 친환경적인 엔진을 생산하도록 지원합니다. 지금까지는 바이메탈 파이어 페이스의 밀링 가공과 관련해 엔진 제조사들 사이에 엄청난 좌절이 있었습니다. 이 두 솔루션은 이러한 요구를 훌륭하게 충족할 수 있을 것입니다."라고 데이비드는 말한다.

 

 

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