고속가공(High Speed Machining)의 핵심은 단순히 회전수를 높이는 데 있지 않습니다. 고속 회전에 대응할 수 있는 공구의 재질과 코팅 기술이 병행되어야만 안정적인 절삭 품질과 공구 수명을 확보할 수 있습니다. 본 글에서는 RPM 구간별로 적합한 공구 재질과 코팅 기술을 분류하고, 각각의 특징과 실제 적용 사례를 정리해드립니다. 실무자와 장비 선택자에게 유용한 최신 고속가공 공구 정보를 제공합니다.
1. 저RPM 구간 (10,000~20,000)에서 적합한 공구 재질과 코팅
저RPM 고속가공 영역에서는 일반적으로 10,000~20,000RPM 사이의 회전수를 사용하는 가공기에서 활용되는 공구를 의미하며, 이 구간에서 가장 널리 사용되는 재질은 초경합금(Tungsten Carbide)입니다. 초경합금은 경도와 인성이 우수하여 다양한 금속 가공에 활용되며, 가공 시 공구 파손을 방지하고 일정한 형상을 유지하기 좋습니다. 이 구간은 특히 SUS, 연강, 알루미늄 합금과 같은 범용 금속을 중속으로 절삭할 때 주로 사용됩니다.
코팅은 공구 성능을 좌우하는 중요한 요소로, 저RPM에서는 TiAlN(티타늄 알루미늄 나이트라이드) 코팅이 대표적으로 사용됩니다. 이 코팅은 내산화성이 강하고 800℃ 이상의 고온에서도 내마모성을 유지해주기 때문에, 중속 가공에서 발생하는 열로부터 공구를 보호합니다. 또한 칩 배출을 원활하게 해주는 낮은 마찰 계수 덕분에 절삭 저항을 줄이고, 공구 수명도 연장됩니다. 이 외에도 AlTiN, CrN 같은 코팅이 병행 적용되며, 재료 특성에 따라 다양한 조합이 사용됩니다.
예를 들어 일반 금형 제작, 알루미늄 부품 가공, 중형 금속 절삭 등에서는 TiAlN 코팅된 초경합금 공구가 널리 활용되며, 단순 형상과 반복 가공이 많은 경우에 적합합니다. 이 구간은 고속가공 입문 단계로도 활용되며, 공구 선택 시 형상, 피치, 코팅 두께까지 종합적으로 고려해야 최적의 성능을 발휘할 수 있습니다.
2. 중RPM 구간 (20,000~30,000)에서의 고경도 공구와 다층 코팅
중RPM 고속가공 영역에서는 20,000~30,000RPM의 고속 회전이 요구되며, 일반적인 CNC보다 높은 정밀도와 내구성을 갖춘 공구가 필요합니다. 이 때 많이 사용되는 재질은 초미세립 초경(Micro-grain carbide)입니다. 일반 초경보다 입자가 작아 미세 형상 유지에 탁월하며, 고정밀 부품, 금형, 정밀 부속품 가공에 적합합니다. 또한 열과 진동에 강한 특성을 지녀 고속 절삭 환경에서도 형상이 유지됩니다.
이 RPM 구간에서는 고급 다층 코팅(Multi-layer Coating) 기술이 공구의 수명을 결정짓는 핵심 요소입니다. TiAlN을 기본으로 하여 AlCrN, SiN 계열을 포함한 복합층 코팅이 많이 사용됩니다. 이 코팅은 고온 산화에 강하고, 마찰 저항이 낮으며, 연속 절삭 시에도 일정한 경도와 유연성을 유지할 수 있습니다. 특히 나노복합층(Nano-composite) 코팅은 내열성과 내충격성이 동시에 확보되어 고속 회전 조건에서도 공구 날끝 파손을 방지합니다.
중RPM 가공에서는 알루미늄, 티타늄, 인코넬, 난삭재 등이 대상이 되는 경우가 많아 공구 선택 시 소재별 절삭 조건에 따라 다양한 코팅 조합이 적용됩니다. 예를 들어 알루미늄은 마찰열과 칩 용착 문제가 있기 때문에 DLC(다이아몬드 유사 탄소) 코팅 공구가 사용되며, 티타늄과 인코넬은 고열에 강한 AlCrN 계열이 적합합니다. 따라서 이 구간은 공구 재질과 코팅의 조화가 무엇보다 중요하며, 고속가공 전용 CAM 설정도 함께 병행되어야 합니다.
3. 고RPM 구간 (30,000 이상)에서 요구되는 초고속 전용 공구 기술
고RPM 고속가공 영역은 30,000RPM 이상의 회전 속도를 요구하며, 일반적인 공구로는 진동, 열, 파손 문제로 인해 가공이 어렵습니다. 이 영역에서 선택되는 공구 재질은 세라믹(Ceramic) 또는 PCD(폴리크리스탈 다이아몬드)입니다. 세라믹 공구는 비금속과 고경도 소재 절삭에 유리하며, 고온에서도 경도를 유지하고 산화에 강한 특징을 가지고 있습니다. PCD는 경도가 매우 높아 알루미늄, 동, 플라스틱, CFRP와 같은 비철금속 및 복합소재 가공에 탁월한 성능을 보입니다.
이 RPM 구간에서는 단순한 코팅보다는 공구 자체의 열전도율, 진동 흡수 능력, 회전 밸런스가 훨씬 중요하게 작용합니다. 최근에는 초고속 회전을 위해 공구에 다이내믹 밸런싱(Dynamic Balancing) 설계가 적용되고 있으며, 방진 구조와 오일미스트 냉각(MQL) 시스템도 함께 활용됩니다. 특히 PCD 공구는 마찰 계수가 매우 낮아 칩이 붙지 않으며, 마이크로 가공에서도 정밀도가 유지됩니다.
고RPM 가공은 주로 항공기 엔진 부품, 렌즈 금형, 의료기기, 반도체 장비 부품 등 정밀성과 품질이 극도로 요구되는 분야에 활용됩니다. 하지만 이 구간에서는 공구 단가가 높고 장비 요구 조건이 까다롭기 때문에 반드시 사전 테스트와 장비 정밀도 분석이 필요합니다. 결과적으로 공구의 재질 선택, 진동 제어, 냉각 방식, CAM 경로 설정까지 하나의 시스템으로 최적화되지 않으면 고RPM 고속가공의 장점을 제대로 발휘하기 어렵습니다.
고속가공에서 공구 선택은 단순히 회전수에 맞는 제품을 고르는 것이 아니라, 가공 조건, 소재 특성, 냉각 방식, 장비 정밀도 등 여러 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. RPM 구간별로 적합한 공구 재질과 코팅 기술을 정확히 이해하면 생산성 향상과 공구 수명 연장, 품질 안정성을 동시에 달성할 수 있습니다. 고속가공을 본격적으로 운영하고자 한다면, 각 RPM에 최적화된 공구 사양을 기반으로 CAM 전략과 장비 세팅을 함께 설계하는 것이 필수입니다.