MQL 가공의 장점

1. 절삭가공의 비용분석

일반적인 금속 가공기(CNC, MCT 등)에서 수용성 절삭유 사용에 따라 발생되는 비용은 전체 가공비용의 최대 16%를 차지하며, 이에는 절삭유 관련설비, 에너지 폐수처리 비용 등이 포함됩니다. 따라서 일반 습식가공 대신 MQL(Minimum Quantity Lubrication)가공으로 전환 시 모두 절약할 수 있는 항목들입니다.

전체 가공 공정의 16%, 외 공구수명 연장이나 전력비 절감 등의 수많은 원가절감 요소들을 포함한다면 전체 공정의 원가 중 30% 이상 절약이 가능합니다.

2. 절삭유 사용량의 절감효과

MQL(Minimum Quantity Lubrication)가공의 경우 절삭유 사용량의 대폭적인 감소가 가능합니다. 최소량의 절삭유로 보다 훌륭한 품질의 제품 생산이 가능합니다. MQL가공은 윤활유를 0.5미크론(㎛)의 미립자 형태로 에어와 함께 분사시켜 소량의 절삭유만으로도 최대의 가공효과를 이끌어 낼 수 있습니다.

예를 들어 4날 18mm 엔드밀로 15mm 탄소강 절단을 했을 경우 월 18리터(ℓ)의 절삭유를 사용하지만 MQL가공 시 월 0.6리터(ℓ)로 가공이 가능합니다. 비용적 관점에서 일반 습식가공에 비해 약 90% 이상의 원가 절감이 가능합니다.

* 절단 외 평균 금속가공 CNC, MCT 가공시 평균 오일 사용량 계산

단순계산식 = 시간당 20mℓ(=0.020ℓ/h) x8h(working hour) x 20일(working day) = 3.2리터

20리터(pail)의 MQL 전용오일로 약 6개월 이상 사용이 가능합니다

3. 절삭성의 향상

절삭가공에서 중요한 요소 중 하나인 절삭저항(절삭력)은 공작물을 가공할 때 공구에 작용하는 힘으로 정의됩니다. 절삭저항이 크면 그만큼 열에너지를 많이 발생시키며, 공구수명 또한 감소되며, 매끄러운 가공조차 불가능해집니다. 절삭저항을 감소시키는 가장 좋은 방법은 절삭유를 사용하여 표면에 유막을 생성시켜 마찰계수를 줄여 저항을 감소시키는 방법입니다.

기존 습식 절삭유 258ℓ/h를 사용했을 시의 절삭력은 MQL 가공에서는 단지 16.8mℓ/h의 양으로 동일한 절삭력을 얻을 수 있습니다. 이는 기존 습식 절삭유의 단 1%에 해당되는 양입니다. 이렇듯 소량의 절삭유를 가지고 동일한 효과를 보여줄 수 있는 이유는 MQL가공 에서 발생되는 미립자 형태의 에어로졸이 가공부에 얇은 유막을 형성시켜 주기 때문입니다.

4. 표면조도의 향상

표면거칠기는 절삭 깊이, 속도, 이송속도 등 여러 가지 요인으로 인해 결정되어지기 때문에 어느 한 요소만 가지고는 단정 짓기 어렵습니다. 동일 재료, 동일 조건으로 건식가공, 습식절삭가공과 MQL가공을 단순 비교 실험을 하였을 때 결과는 다음과 같습니다. 절삭유가 사용 되지 않는 건식가공의 표면조도가 가장 거칠었으며 절삭유를 사용하는 습식절삭가공, 반 건식가공(semi-dry)인 MQL가공이 가장 매끄러운 표면조도를 보여주었습니다.

MQL가공에서는 윤활성을 극대화시킨 MQL전용오일을 사용했으며, 미립자형태의 에어로졸이 피삭재 표면 깊게 침투하여 절삭성을 향상시키게 됩니다. 절삭성의 향상은 당연 표면조도와 깊게 연관이 있습니다. 3" 인코넬바 절단면 사진을 보면 기존의 습식쿨란트 가공과 MQL가공면을 쉽게 한눈에 비교할 수 있습니다.

또한 티타늄 표면 머시닝 작업에서의 MQL압력조건을 변화하면서 비교실험을 해본 결과 어느 조건에서도 기존 습식절삭가공에 비하여 우수한 품질의 조도를 볼 수 있었습니다.

5. 전력비 감소

보통크기의 CNC공작기계 시스템의 전력소모비를 보면 절삭유 관련 전력소모량이 전체 전력 중 30%이상의 비중을 차지합니다. 이에는 절삭유펌프, 냉각기, 냉각기구동 펌프 전력 등이 포함됩니다. MQL 가공에는 절삭유 순환펌프 및 냉각펌프 등의 전력(사진참조)이 필요가 없으므로 그만큼의 전력소모량이 감소하게 됩니다. 이처럼 MQL시스템을 적용한다면 공작기계에서 발생되는 30%이상의 전력량을 감소시킬 수 있습니다.

MQL가공의 대표사례로 Mazda 자동차는 알루미늄 직렬 4기통 엔진의 심공가공에서 드릴 끝으로 고압의 쿨란트를 분사하여 칩을 밖으로 배출하는 기존의 방식에서 MQL가공방식을 최초로 실현하여 생산성과 제품 품질을 확보할 수 있었고 에너지 절약을 30% 이상 절감한 사례가 있습니다.

6. 냉각효과향상과 공구 수명의 증가

절삭공구의 수명은 절삭온도와 밀접한 관련이 있습니다. 절삭온도는 절삭가공 시 발생하는 에너지가 열로 소비되는 과정입니다. 대부분 칩과 함께 빠져나가거나 절삭유에 의해 급냉각이 됩니다. 이처럼 절삭유는 절삭가공 시 발생되어지는 열에너지를 제거하기엔 매우 효과적이지만, 급열, 급랭의 반복적인 열 순환이 반복 될 수록 공구의 마모가 더욱 더 극심해집니다. 이것이 바로 절삭유제를 이용하면 공구 수명이 줄어드는 이유입니다. 반면에 MQL을 사용시 적정온도를 일정하게 유지하여 주기 때문에 공구 수명이 최소 20% 이상 향상이 가능합니다.

공구마모도 분석은 공정의 안정화의 기준이 되어질 만큼 중요한 요소입니다. 절삭유 분사 방식에 따른 공구마모도는 동일하게 12m 가공 시 MQL 방식이 가장 적은 것을 확인 할 수 있습니다.

7. 친환경성 가공

국내의 경우에 최근 연간 약 500~550톤 정도 이상의 절삭유 폐기량이 발생하나, 폐기처리 업체에 의해 수거되는 양은 약 30~40% 정도 미만입니다. 나머지는 그대로 대지나 하천에 방출되어 심각한 환경오염의 요인이 되고 있는 실정입니다. 수거된 절삭유의 폐기처리 시에도 소각방식에 따른 황, 인 성분 등의 유해 성분과 이산화탄소 가스 등의 발생이 대기오염의 요인으로서 심각하게 작용합니다.

특히 이러한 염소화합물은 가공중의 절삭 열에 의해서 발암성 유해물질인 다이옥신을 발생시킵니다. 이 때문에 최근 일본에서는 극압 첨가제를 절삭유에 첨가하지 못하도록 JIS규격의 개정작업이 진행 중입니다. 반면, MQL 가공은 염소와 황, 인 등과 같은 유해성분이 포함된 극압첨가제 없이 순식물성 에스테르계 오일을 사용하는 매우 친환경적인 가공방식입니다.

또한 절삭유 폐수처리가 불필요할 뿐 아니라 작업자의 건강과 공장 환경 개선에 상당히 많은 도움이 되고 있습니다. 이렇게 아인스루브는 MQL 가공시스템을 통하여 작업환경을 보다 깨끗하고 건강하게 최적의 공장 환경 솔루션을 제안해드리고 있습니다.