MEP 가 항공우주 부품 제조의 경쟁력을 높여줍니다.
제조업체는 선반, 밀링 및 드릴 작업으로 공작물의 형상을 가공합니다. 그러나 이 과정에서 공작물의 끝 지점에 버(burr)가 발생하거나, 의도와 달리 날카롭게 가공될 수도 있습니다. 모서리가 이렇게 가공되면 사용 중에 손상될 수 있고, 구조적으로 약화될 수 있으며, 부품을 만지는 사람이 다칠 수 있습니다. 이런 부정적인 이유들 때문에 대부분의 최종 사용자들이 납품 받은 물건의 불량을 판정할 때 버(burr)가 있거나 모서리가 날카롭지는 않은지 검사합니다.제조업체는 선반, 밀링 및 드릴 작업으로 공작물의 형상을 가공합니다. 그러나 이 과정에서 공작물의 끝 지점에 버(burr)가 발생하거나, 의도와 달리 날카롭게 가공될 수도 있습니다. 모서리가 이렇게 가공되면 사용 중에 손상될 수 있고, 구조적으로 약화될 수 있으며, 부품을 만지는 사람이 다칠 수 있습니다. 이런 여러 문제들이 발생하기 때문에 대부분의 최종 사용자들이 납품 받은 물건의 불량을 판정할 때 버(burr)가 있거나 모서리가 날카롭지는 않은지 검사합니다.
제조업체들은 전통적으로 핸드 그라인더 및 기타 수작업 공정으로 버(burr)와 날카로운 모서리를 제거해 왔습니다. 이런 방법들은 속도가 느리고, 공작 기계에서 부품을 꺼낸 후 어딘가에 다시 고정한 뒤 디버링 또는 챔퍼(모따기) 작업을 해야 합니다. 게다가 숙련된 장인이 수행하더라도 부품 이동 중에 공정의 일관성을 잃기 쉽습니다.
수작업 디버링의 생산적인 대안으로는 MEP (모서리 처리 기계화; Mechanized Edge Profiling) 가 있습니다. MEP 공정은 부품의 형상을 가공했던 바로 그 장비에서 MEP 용 공구로 가공물 모서리의 불량 형상을 제거합니다. MEP 공정은 다양한 이점을 제공합니다. 이 공정은 CAM 시스템을 통해 모서리의 최종 조건을 정확하게 정의하고 프로그래밍할 수 있어, 반복성을 극대화할 수 있습니다. 부품을 공작기계에서 꺼낸 뒤 다른 곳에 다시 고정할 필요가 없으므로 전체 생산 시간이 단축되고, 공차 누적 및 각 세팅마다 발생하는 여러 불일치를 예방합니다. 이러한 추세에 대응하여 오늘날의 절삭공구 제조사들은 MEP 공정을 위한 새롭고 생산적인 공구를 지속적으로 개발하고 있습니다.
부품 정확도와 일관성에 대한 항공우주 산업의 점점 더 엄격해지는 요구 사항을 생각해볼 때, 제트 항공기 부품은 MEP 공정의 도입을 검토하기에 적합합니다.
예를 들어 항공기 터빈 엔진 부품은 일반적으로 비회전식과 회전식으로 나뉩니다. 드럼 및 케이싱과 같은 비회전 엔진 부품에 MEP 공정을 적용하는 경우, 일반적인 표준 챔퍼 툴이나 모서리 가공용 공구를 사용할 수 있습니다.
팬 및 컴프레서 디스크를 비롯한 중요한 회전 부품의 경우, 최종 사용자는 더 높은 기준을 가지고 있으며 표면 결함을 완벽하게 제거할 것을 요구합니다. 모서리 조건은 일반적으로 연구소 승인 및 인증을 거쳐야 합니다. 이러한 부품을 디버링하기 위해 공구 제조사들은 매우 정밀하며 반복성이 좋은 맞춤형 MEP 공구를 개발하기도 합니다.
비회전 부품 가공에 사용하는 표준 디버링 및 프로파일링 공구에는 초경에 코팅이 적용된 45˚ 및 60˚ 챔퍼 엔드밀과 인덱서블 인서트를 사용하는 45˚ 및 60˚ 챔퍼 툴이 있습니다.
가장 중요한 공정을 위해, 공구 제조사들은 모서리의 모양을 내고 특히 홀의 출구나 입구에서 버(burr)를 제거하도록 맞춤 설계된 공구를 제공하기도 합니다. 입구와 출구 모두에서 버를 제거할 수 있도록 설계되는 공구도 있습니다.
이러한 스페셜(맞춤형) 공구는 종종 복잡한 형상으로 제작되곤 합니다. 가장 정교한 MEP 공구 중에서는 모서리를 R 형상으로 가공하면서 이차 버(2nd Burr)가 생기지 않도록 리드인/리드아웃 설계가 적용된 디자인도 있습니다.
스페셜 공구 개발은 절삭날에만 국한되지 않습니다. 홀의 입구 또는 부품 상단에서 버를 제거하거나 모서리를 가공하는 경우, 연구 결과에 따르면 우승수 절삭+우승수 헬릭스의 조합이 절삭된 물질을 가공물에서 분리하기 때문에 가장 효과적이라는 사실이 밝혀졌습니다. 반대로 홀의 출구 또는 부품 바닥면의 버를 없애려면, 우승수 절삭+좌승수 헬릭스의 조합이 칩을 가공물에서 더 잘 배출합니다.
다른 분석에 따르면 홀의 상단 또는 입구에서 버를 제거하도록 설계된 MEP 공구는 관통 홀의 하단 또는 출구에서 버를 제거하기 위한 공구보다 수명이 더 긴 것으로 나타났습니다. 홀의 출구를 가공하기 위하여 홀을 통과하도록 설계된 공구는 홀의 입구에서만 가공하도록 설계된 공구보다 직경이 작고 길이는 더 길기 때문입니다. 직경이 작고 길이가 긴 공구는 불안정하고 진동에 더 취약하기 때문에 초경 공구가 깨지거나 파손될 수 있습니다. 따라서 대부분의 공장에서는 홀의 입구와 출구를 디버링할 때 두 작업을 모두 수행할 수 있는 하나의 공구를 개발하기 보다는 각각 별개의 공구를 사용하는 편입니다.
직경이 작고, 길이가 긴 공구는 절삭 조건을 선정할 때 더 많은 주의가 필요합니다. 짧고 튼튼한 도구는 진동이나 그 외의 문제 없이 더 빠른 조건을 적용할 수 있습니다. 부품 형상과 특성도 차이를 만듭니다. 절삭 환경이 안정적이고 매끄럽게 절삭되며 간헐적으로 중단되지 않으면, 더 공격적인 절삭 조건을 적용할 수 있습니다. 반면에 진입 홀을 비롯하여 가공물의 형상적 특성이 MEP 절삭 경로를 방해하는 경우, 공구 마모를 최소화하고 조기 고장을 방지하기 위해 보수적인 절삭 조건을 적용해야 합니다.
MEP 공구의 발전에 따라 형상 가공과 디버링을 한꺼번에 하는 공구도 개발할 수 있게 되었습니다. 예를 들어, MEP 절삭날은 엔드밀의 상단에 위치하여 홀의 직경을 가공하고 진입 모서리를 디버링할 수 있습니다.
큰 홀이나 큰 모서리를 가공하는 경우, 공구 제조업체는 얼마든지 큰 공구를 설계할 수 있습니다. 그러나 작은 공구에서는 한계가 있습니다. 모서리 가공에서 현재 만들 수 있는 최소 R 약 R0.2 mm이며, 그에 비례하여 리드인 및 리드아웃 각도가 작아집니다.
스페셜 MEP 공구에는 특정 R, 챔퍼, 각도 등을 맞춤형으로 조합하여 개발할 수 있습니다. 이런 공구들은 일반적으로 직각 절삭날을 가지고 있습니다. 그러나 볼 및 롤리팝(막대사탕)형 공구는 일반적인 직각 절삭날의 MEP 공구로는 접근할 수 없는 형상에도 사용할 수 있습니다. 이 공구들은 5축 장비와 함께 사용하며, 복잡한 부품 형상에 적용할 수 있고, 윤곽이 긴 모서리에도 래디우스(R)를 생성할 수 있습니다.
정확성과 일관성을 극대화하고 기계에서 기계로 가공물을 이동하는 데 소요되는 시간을 절약하기 위해 제조업체들은 실제 부품 형상 가공 작업의 일부로 MEP 공정을 수행하는 경우가 많습니다.
일반적으로 디버링은 모든 가공 작업을 완료한 후에 진행됩니다. CAM 프로그램은 모든 홀을 디버링하고 날카로운 모서리를 순서대로 없애도록 MEP 공구에 지시합니다. 어떤 MEP 툴은 다양한 홀을 디버링하는 데 사용할 수 있으며, 또 어떤 프로파일링 툴은 홀의 바닥이나 스캘럽 윤곽의 바닥을 비롯하여 3~4 군데의 위치 또는 형상에 적용할 수 있습니다.
모서리 프로파일링이 올바른 위치에서 적절한 양으로 이루어지도록 하려면 MEP 작업을 시작하기 전에 관련된 홀 또는 형상을 정의하거나 측정해야 합니다. 부품 공차가 매우 엄격한 경우, 부품 표면의 위치가 잘 정의되어 있어 공정 중 측정이 불필요할 수 있습니다. 그러나 공차가 넉넉하다면 가공할 모서리 또는 형상의 위치를 결정하기 위해 초기 가공 후 측정이 필요합니다.
또한 공구 자체를 측정하고 위치를 파악하여 부품 모서리의 형상을 올바르게 가공할 수 있도록 해야 합니다. 공구의 R이 너무 작고, 사실상 측정할 수 없기 때문에 공구 길이는 CAM 프로그램에서 지정됩니다. 작업자는 프리세터로 장비에서 공구가 얼마나 떨어져 있는지 레이저 또는 터치 프로브를 통해 기계에서 확인할 수 있습니다. 이송값은 공작물 특성과 공구의 측정된 치수를 기준으로 계산됩니다. 가장 정교한 맞춤형 디버링 툴은 제조업체에서 런아웃을 포함하여 공구 프로파일의 공차를 40미크론까지 100% 측정합니다.
디버링 또는 챔퍼링 작업은 품질에 중점을 두고 마무리 공정으로 간주해야 합니다. 생산성은 항상 중요하지만, 특히 수십만 유로에 달하는 항공우주 부품의 경우 생산량을 극대화하기 위해 공구를 무리하게 사용하면 부정적이고 값비싼 결과를 초래할 수 있습니다. 일관성, 신뢰성, 그리고 불량 폐기를 예방하는 것이 가장 중요합니다.
MEP (모서리 처리 기계화; Mechanized Edge Profiling) 는 다양한 응용 가공에서 제조업체에 도움이 됩니다.
한 제조업체는 트윈 스핀들 장비에서 SUS 303 스테인리스 강을 가공하고 있었습니다. 부품의 양과 배치(로트) 규모가 증가함에 따라 생산성 향상에 대한 필요성도 커졌습니다. 작업의 균형이 맞지 않고 시간이 많이 걸렸습니다 - 가공의 90%가 메인 스핀들에서 이루어졌고, 가공물의 밑면을 수동으로 디버링해야 했기 때문에 추가 세팅이 필요했습니다. 이 제조업체는 장비의 서브 스핀들에 맞춤 설계된 초경 MEP 공구를 장착하여, 부품의 양쪽 플랜지 볼트 구멍을 동시에 프로파일링할 수 있었습니다. 두 스핀들 간의 가공 시간이 더욱 균형을 이루고 사이클 타임이 크게 단축되었습니다. 또한 MEP 툴을 사용하면 수동 디버링이 필요 없고 추가 세팅과 시간이 필요하지 않습니다.
또 다른 사례는 가공물의 모서리에 단순 챔퍼 처리와 래디우스(R 형상) 처리 중에서 선택해야 하는 경우였습니다. 일부 부품의 경우 모서리를 어떤 형상으로 디버링해야 한다는 특정한 요구사항은 없었습니다. 그런데 한 제조업체가 챔퍼 대신 래디우스(R형상)로 가공했을 때 가공물의 수명이 단순 챔퍼 처리한 경우보다 3배 더 길다는 사실을 발견했습니다. 공구 선택의 작은 차이로 가공물의 품질이 크게 향상되었습니다.
마지막으로, TiAl-4V 팬 디스크의 항공우주 제조 작업은 MEP 컨투어링 툴의 적용 사례를 보여줍니다. 한 제조업체는 캠 핏 홀더에 고정된 초경 성형 공구로 디스크를 가공하고 있었습니다. 디스크와 슬롯 반경 주변 임의의 위치에서 표면 마감이 불량했으며, 일관성이 없었고 심각도와 빈도도 다양했습니다. 제조업체는 직경 Φ10 mm, 10날 센터 커팅의 롤리팝(막대사탕) 형태의 코팅 초경 커터에 30˚ 우승수 헬릭스를 적용한 공구를 사용하였습니다. 이 공구는 표면 마감 문제를 해결했으며 디스크의 양면을 훨씬 짧은 시간 내에 마감할 수 있었습니다.
사양을 벗어난 날카로운 모서리와 버(burr)가 있는 부품은 점점 더 값비싼 고철로 간주됩니다. 이러한 현상은 항공우주 산업에서 두드러지게 나타나지만, 의료, 에너지 및 기타 산업군에서도 증가하는 추세입니다. 제조업체는 일관적이고 문서화 할 수 있으며 비용 효율적인 디버링 및 모서리 프로파일링 방법이 필요합니다. MEP (모서리 처리 기계화) 공정은 이러한 요구를 충족합니다. 아무리 능숙하게 수행해도 일관성이 떨어지고 인건비, 세팅 및 기타 처리 비용이 많이 드는 수작업을 대체하기 때문입니다. 일부 최종 사용자는 문서화 및 인증이 불가능하다는 이유로 이미 수작업 디버링을 금지하고 있습니다.
가장 효율적이고 비용 효율적인 MEP는 엔지니어링 개발과 가공 전문 지식의 결합으로 이루어집니다. 이러한 토탈 솔루션을 제공하는 공구 업체들은 항공우주 제조 공정(및 기타 다른 산업의 유사한 공정)을 간소화하고 새로운 수준의 품질과 생산성을 창출하는 데 도움을 드릴 것입니다.
