건식 가공(dry machining)이 금속가공 시장의 판도를 바꿀 수 있을까요?

구입부터 폐기에 이르기까지 각종 간접비용과 성능에 의한 영향을 모두 고려하면, 금속가공유의 총 소유 비용은 매우 비쌉니다. 금속가공유를 제대로 관리하지 못하면, 작업 환경이 위험해 질 수 있습니다. 이 때문에 금속가공유를 사용하지 않는 건식 가공(dry machining)에 대한 논의가 자주 제기되곤 합니다. 금속가공유는 가공 부위의 온도를 낮추고, 공구에 가해지는 열적 부하를 줄여 주며, 깨끗한 상태가 유지되도록 세척하는 역할을 합니다. 기계 장비와 가공 재료의 부식을 막아 주는 것도 금속가공유의 중요한 역할 중 하나입니다. 마찰력을 감소시켜 공구가 마모되는 것을 줄여 주며, 가공 과정에서 발생하는 금속 칩과 분진, 각종 오염 물질을 제거하고, 기계 가공의 정밀도를 향상시키는 역할도 합니다. 금속가공유를 가공 부위에 정확한 방향으로 80 bar 이상의 고압으로 분사하면, 가공 전단면의 각도를 변형시켜 주고, 처리하기 쉬운 작은 금속 칩들이 생성되도록 하여, 생산성을 높일 수 있습니다.

하지만 금속가공유는 불편한 점도 있습니다. 우선 구입부터 관리와 폐기까지 비용이 많이 듭니다. 폐기 처리 비용이 구입 비용보다 더 드는 경우가 많으며, 그 비용도 점점 더 증가하고 있습니다. 금속가공유는 조금만 잘못 관리해도 작업 환경을 위험하게 만듭니다. 세균이 급격히 증식하거나 유해 첨가 물질을 과다하게 사용하면, 작업자가 호흡 곤란과 알레르기 반응을 일으킬 수 있고, 예민한 사람은 세균에 의해 감염되거나 화학물질에 의해 중독될 수도 있습니다. 세균의 급격한 증식을 막기 위해 특정 살생물제를 사용하는 경우, 작업자가 천식, 피부 과민 반응, 불임뿐 아니라 암에 걸릴 가능성이 높아질 수 있습니다.

건식 가공은 어떤 경우에 사용할 수 있나?

건식 가공은 단속 밀링 절삭과 같은 간헐적인 금속가공 작업에 적용할 수 있습니다. 이 경우에 금속가공유를 사용하면, 1초 동안에도 수천 배의 온도차가 나는 냉각과 가열이 일어나, 오히려 주기적인 열응력(cyclic thermal stress)을 받게 될 수도 있습니다. 건식 가공에서는 공구의 온도가 상대적으로 좁은 범위 내에서 변화하기 때문에 열충격(thermal shock)이 발생하지 않습니다. 티타늄과 고온 초합금(high-temperature super alloy), 오스테나이트계(austenitic)와 이중(오스테나이트계와 페라이트계) 스테인레스 스틸, 또는 특수 목적 합금 주철 등의 재료는, 가공 과정에서 마찰과 열이 많이 발생하기 때문에 건식 가공을 적용하기 어렵습니다. 절삭력과 열 발생이 극한 상태에 이르게 되면 공구가 부러지게 됩니다.

최소 윤활 가공

건식과 습식의 중간이라고 할 수 있는 최소 윤활 가공(MQL: minimum quantity lubrication)은 오일 미스트를 압축 공기로 가공 부위에 분사하는 방식입니다. 이 기술이 발전된 형태가 극저온 윤활(cryogenic lubrication) 가공이며, 액체 질소나 이산화탄소를 사용하여 가공 부위의 열을 제거하게 됩니다. 최소 윤활 가공에는 몇 가지 불확실한 사항들이 있습니다. 가공 과정에서 발생하는 나노 입자와 기체 성분, 오일의 열분해에 의한 잔류물 등에 대한 위험성이 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다. 유럽의 신 화학물질관리제도인 REACH는 다양한 분사 방식에 대한 등록 절차를 진행 중이며 2018년 5월 31일까지 이를 완료할 예정입니다.

금속가공유를 사용하지 않고도 금속가공을 할 수 있을까?

건식 가공으로 모든 것이 가능하다면, 더 이상 비용 문제나 환경 문제로 걱정할 필요가 없게 될 것입니다. 하지만, 아직까지는 건식 가공이 특정 가공 재료와 가공 방식, 그리고 이에 적합한 가공 공구가 있는 일부 영역에만 적용되고 있습니다. 공차 문제, 냉각 온도 문제 등은 건식 가공이나 최소 윤활 가공이 풀어야 할 숙제입니다.

전 세계 시장 동향

새로운 가공 기술과 재료가 등장함에 따라 일부에서는 금속가공유를 사용하지 않고도 금속가공이 가능하게 될 것입니다. 하지만, 전 세계적으로는 금속가공유의 사용량과 생산량이 계속 증가할 것으로 예측되고 있습니다. 2014년 기준으로 250만 톤의 금속가공유가 생산되었으며, 2017년에는 280만톤이 생산될 것으로 예상됩니다. 특히 전 세계 수요의 40% 이상을 차지하고 있는 아시아 시장의 수요가 크게 증가하고 있으며, 향후 5~10년 동안은 자동차, 항공기 등 운송 분야의 수요가 가장 많이 증가할 것으로 보입니다.

전 세계 시장 동향에 관한 보다 자세한 내용은 이 자료(영문: GROWTH OPPORTUNITIES IN THE MWF MARKET)에서 보실 수 있습니다.