Kennametal, 자동차 공급업체 Voith를 위한 3D 프린팅 공구로 금속 절삭 혁신 가속화

수상 경력에 빛나는 전기 자동차 기계 가공용 3D 프린팅 고정자 보어 공구의 성공을 바탕으로 Kennametal은 Voith용 혁신적인 3D 프린팅 변속기 하우징 공구를 개발하여 무게를 약 45% 줄이고 기계 가공 시간을 약 50% 단축했습니다.

운송 부품이 점점 더 정교해지고 요구 사항이 더욱 엄격해짐에 따라 제조업체는 이러한 부품을 가공하기 위한 복합적인 툴링 솔루션이 필요합니다. 그러나 이러한 툴링의 중량은 머시닝 센터, 공구 교환장치 및 툴 매거진에서 효율적으로 작동하기에는 너무 무거워질 수 있기 때문에 이는 어려운 문제입니다. 기계 조작자는 공구를 관리하는 데 어려움을 겪을 수도 있습니다.

산업 기술 리더인 Kennametal과 드라이브 기술의 선두 공급업체인 Voith의 최근 협업을 통해 3D 프린팅 또는 적층 가공이 생산성과 효율성을 향상시키면서 이러한 문제를 극복하는 새롭고 가벼운 툴링 솔루션으로 가는 길을 제시합니다.

과제: 기존 가공 센터에서 정밀 공차와 큰 직경을 가진 여러 개의 보어 가공

Voith는 변속기 하우징의 가공 공정을 더욱 최적화하기 위한 혁신적인 솔루션을 원했습니다. 이 회사는 필요한 공차를 달성하기 위해 한 번에 여러 개의 보어를 가공할 수 있는 다단 공구가 필요했습니다. 이 공구는 또한 지정된 사이클 시간을 달성하기 위해 주 직경에 2개의 유효 절삭날이 있어야 했습니다. 마지막으로, 공구 체인의 공구 교환 및 틸팅 모멘트에 대한 요건을 충족하기 위해 공구의 무게가 12kg 미만이어야 했습니다.

제품 엔지니어링 관리자인 Werner Penkert는 “최대 350mm의 여러 보어와 IT7 공차 등급을 갖춘 대형 알루미늄 하우징 가공을 마감하는 것은 까다로운 작업입니다.”라면서 "이러한 큰 보어를 이렇게 엄격한 공차로 가공하려면 일반적으로 중량급을 의미하는 매우 단단한 공구가 필요합니다. 기존 방법을 사용하여 제조할 경우 이러한 유형의 응용 분야에 대한 일반적인 툴링 솔루션은 25kg까지 나갈 수 있어, 기존 기계나 공구를 사용하는 작업자에게는 너무 무거울 수 있습니다.”라고 말했습니다.

Kennametal이 3D 프린팅을 활용하여 전기 자동차 기계 가공을 위한 경량 고정자 보어 공구를 제작하는 방식에 흥미를 느낀 Voith 팀은 산업 기술 리더에게 솔루션을 위해 협력할 것을 제안했습니다.

Voith의 생산 기술 담당 이사인 Friedrich Oberländer는 "3D 프린팅에 대한 Kennametal의 혁신적인 접근 방식은 우리가 이 길을 함께 할 수 있도록 고무시켰습니다."라고 말했습니다.

솔루션: 생성형 설계 및 3D 프린팅에 대한 Kennametal의 전문성

고정자 보어 공구와 마찬가지로, Kennametal은 금속 적층 가공에 대한 전문성과 생성형 설계 개념을 활용하여 Voith 변속기 공구의 까다로운 요구 사항을 충족했습니다.

종래의 절삭 가공에서는 과량의 소재를 제거하여 무게를 줄였습니다. 그러나 3D 프린팅을 활용하면 제조업체는 아무것도 하지 않고 필요한 곳에만 재료를 배치할 수 있으므로 기존 제조 공정으로는 불가능한 더 가볍고 복잡한 형상을 만들 수 있습니다.

적층에 대한 자유로운 설계를 최대한 활용하기 위해 Kennametal은 3D 프린팅 부품의 설계를 최적화하여 애플리케이션별 제약 조건을 충족하는 반복적인 프로세스인 생성형 설계를 사용했습니다. 생성형 설계 프로세스는 종종 자연에서 발견되는 구조를 연상시키는 복잡한 유기적 형태로 이어집니다.

Voith 공구의 경우, 생성형 설계는 공구의 가공력을 직접 다루어 Kennametal이 단 11.5kg의 무게로 안정성, 강성, 균형 및 절삭유 공급에 최적화된 솔루션을 설계할 수 있게 했습니다.

Kennametal은 적층 가공뿐만 아니라 공구 생산 가공에도 전문성을 적용했습니다. 공구 포켓은 Kennametal의 입증된 RIQ 인서트 기술과 함께 사용할 수 있도록 정밀 가공되어 설계되었습니다.

“적층은 공구함에 있는 하나의 공구이지만 정밀 가공에 대한 심층적인 전문 지식을 적용하여 여러 대구경과 함께 심공을 뚫어야 하는 문제를 효율적으로 해결하는 새로운 솔루션을 개발했습니다.”  Penkert. 

Kennametal의 3D 프린팅 변속기 하우징 공구의 디자인은 자연에서 발견되는 유기적 형태를 모방하여 무게를 줄이고 고객인 Voith의 가공 시간을 50% 단축합니다. 이미지 크레딧: Kennametal

결과: 가공 시간 50% 단축

Kennametal은 Voith와의 긴밀한 협력을 통해 프로토타입 도구를 제작하고 독일 퓌르트에 있는 시연 센터에서 테스트했습니다. 이 센터는 고객과 협력하여 가공 솔루션을 설계, 반복 및 검증하는 글로벌 네트워크의 일부입니다.

이 솔루션은 제조 및 부품 품질 요건을 모두 달성하기가 특히 어려웠습니다. 시연 센터의 설계 시뮬레이션, 적층 제조 및 실제 테스트를 통해 팀은 가공 결과를 검증할 수 있었습니다. 그런 다음 Voith는 현장에서 첫 번째 테스트를 실시한 후 시리즈 생산에서 장기 테스트를 수행했습니다. 추가 고객 요구 사항이 구현되었으며, 이 공구는 공동으로 완성 및 마무리되었습니다.

Oberländer는 “Kennametal 공구는 최초 사용 시부터 뛰어난 품질과 성능을 제공하여 가공 시간을 50% 단축하는 동시에 정확성과 표면 마감 요건을 충족했습니다. 또한 중량이 줄어들면 매거진, 공구 교환장치 및 스핀들의 부하가 제한되어 유지보수 비용이 효과적으로 절감됩니다."라면서 “Kennametal과의 협력은 이러한 협력 관계에 적용되었을 때 적층 제조의 엄청난 혁신 잠재력을 분명히 보여줍니다.”라고 말했습니다. 

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