금속가공유 순환 시스템 (1): 순환 시스템의 중요성

살아있는 액체 공구인 금속가공유는, 마치 우리 몸의 피처럼 시스템을 계속 순환하면서 금속가공 공정의 핵심적인 역할을 수행하게 됩니다. 금속가공유 순환 시스템(MWF circulation system)은 크게 다음과 같이 주요 기능적 단위로 나누어 볼 수 있습니다.

금속가공유 순환 시스템을 어떻게 설계하고 운전하느냐에 따라 전체 금속가공 공정의 성능과 생산성이 크게 달라집니다. 금속가공유 순환 시스템의 주요 목적은 금속가공유를 적절한 유량으로 중단 없이 안정적으로 공급하는 것입니다. 이를 위해서는 입자(고형 오염물질)와 타유(tramp oil)를 반드시 제거해 주어야 하며, 불안정한 운전 조건이 형성되지 않도록 금속가공유 내의 공기를 배출하고 미생물 제거(살균)와 온도 조절도 해 주어야 합니다.

금속가공유 순환 시스템은 전체 공정의 안전성(safety), 연계된 가공 장비들의 안정적 운전(stable operation), 가공장비/공구/금속가공유의 수명, 금속가공유 소모량, 폐기물 발생량, 금속가공유의 유지 관리 등 다양한 영역에 걸쳐 결정적인 영향을 주게 되는데, 전체 금속가공 체계(machining system)의 40~90%가 금속가공유의 성능과 품질에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있습니다.

금속가공 체계(machining system)

Source: Metalworking Fluids (Third Edition) - Jerry P. Byers: STLE(Society of Tribologists and Lubrication Engineers), 2018.

적절한 금속가공유 순환 시스템을 갖추지 않고서는, 다음과 같은 금속가공유의 1차, 2차 필요 조건을 충족시킬 수 없습니다.

- 금속가공유의 1차 필요 조건(primary requirements):

냉각(cooling)
윤활(lubrication)
칩 세척(chip flushing)
칩 이송(chip transportation)

- 금속가공유의 2차 필요 조건(secondary requirements):

안정성(stability)
미생물 저항성(resistance to microorganisms)
방식성(protection against corrosion)
안전성(safety)
적절한 폐기처리(proper disposal): 수용성 금속가공유의 우수한 분해성(good cleavage properties for water-based cutting fluids)
여과 능력(filtration ability)

많은 금속가공유 전문가들이 경험적으로(a rule of thumb), 금속가공유의 구입부터 폐기까지의 직/간접 비용과 성능에 의한 영향(performance leverage)을 모두 고려한 총 소유 비용(total cost of ownership)을 금속가공유 구입 비용의 10배 정도로 보고 있는데, 살생물제를 비롯한 각종 화학물질의 사용 규제가 계속 강화되고 있으므로, 이 비율은 앞으로 점점 더 늘어나게 될 것입니다.