[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 전기차 시대가 다가오면서 자동차 OEM 업체들이 배터리 셀 생산에 더욱 적극적으로 참여하고 있다. 차량 조립 공장에 최대한 가까운 곳에서 배터리 셀을 생산하려고 하고 있으며, 맥킨지앤드컴퍼니 보고서는 배터리 기술, 내구성 및 성능이 OEM을 차별화하는 주요 요소로 꼽았다.
금속 절삭 전문기업 샌드빅코로만트는 새로운 M5F90 평면 밀링 커터를 소개하며, 자동차 OEM 업체들의 경쟁력 강화에 중요한 요소가 될 수 있다고 강조했다.
배터리 시스템은 향후 몇 년간 계속 발전할 것이고 새로운 개발과 형태에 대한 연구가 활발하게 진행중이다. OEM 업체들의 경우 더욱 복잡한 설계에 기반한 준정형(near-net) 배터리 시스템 부품의 생산이 여기에 포함된다.
샌드빅코로만트 페르난도 올리베이라(Fernando Oliveira) 자동차 알루미늄 부문 글로벌 매니저는 “복잡하게 설계된 부품을 가공하려면 가공 기계에 미치는 영향을 최소화하고 부품의 형태를 유지하기 위해 효율적인 경절삭 공구가 필요하다”고 설명했다.
OEM 업체들이 배터리 생산에 더욱 적극적으로 참여함에 따라 OEM 업체들의 역할도 커지고 있다. 맥킨지앤드컴퍼니는 팩과 모듈에서 셀 생산에 이르는 OEM 업체들의 후방 통합이 진행중이며, 충전당 차량 주행 거리가 극대화돼 더 먼 거리를 이동하는 더 가볍고 효율적인 전기 자동차(EV)를 만들기 위한 경쟁이 치열해지고 있다고 분석했다.
제조업체들은 복잡한 부품을 생산하면서, 품질을 극대화하면서 생산성도 높여야 하는 과제를 안고 있다. 제조업체들이 낮은 부품당 비용을 유지하면서 이를 달성하려면 어떻게 해야 할까? 샌드빅코로만트는 접근성이 우수하고 가벼워 신속한 공구 교환이 가능한 더욱 효율적인 절삭 공구에 있다고 강조했다.
알루미늄 사용으로 경량화와 함께 CO2 감소
제조업체들은 향상된 연비와 핸들링을 위한 방법으로 더 가벼운 자동차와 트럭을 만드는 경량화로 눈을 돌리고 있다.
맥킨지앤드컴퍼니의 ‘Lightweight, heavy impact’ 보고서에 따르면 경량화 조치를 통해 CO2 배출량을 킬로그램당 약 0.08g 정도까지 줄일 수 있다. 이 보고서는 “OEM 업체들이 차량 중량을 100kg 줄일 수 있다면 100km당 약 8.5g의 CO2를 줄일 수 있다”고 분석했다.
세계에서 가장 가벼운 금속 중 하나인 알루미늄은 경량화 솔루션으로 널리 사용된다. 알루미늄은 철보다 약 3배 가볍고, 철보다 강도는 낮지만 여전히 강도와 내부식성이 뛰어나다. 설계 엔지니어링 관점에서 보면 기존의 주철 부품을 알루미늄 합금으로 대체할 경우 엔진 블록의 중량을 최대 40~55%까지 줄일 수 있다.
알루미늄의 또 다른 장점은 재활용성이 뛰어나고 기계적 특성의 손상이나 변화 없이 용융해 재사용할 수 있다는 점이다. 실제로 지금까지 생산된 모든 알루미늄의 약 75%가 오늘날에도 여전히 사용되고 있으며, 이는 OEM 업체의 지속 가능성 전략에서 알루미늄의 유용성을 입증한다.
EU-중국, 알루미늄 배터리 랙 권장
유럽 승용차의 파워 트레인에는 일반적으로 약 80kg의 알루미늄이 포함돼 있다. 이는 엔진, 기어 박스, 서스펜션 부품, 하우징 등의 부품이 경량화 조치의 대상임을 의미한다. 알루미늄은 배터리 자체에도 사용할 수 있다. EU-중국 에너지 협력 플랫폼(ECECP)은 리튬 이온 배터리의 ‘저렴하고 가볍고 강력한 대안’으로 알루미늄 공기(AI-air) 배터리를 권장하고 있다.
알루미늄 배터리 랙을 중심으로 설명한다. 이 부품은 일반적으로 더 작은 표면에 더 많은 나사, 홀, 형상이 있다. 또 중요한 고려사항은 트럭용 전기 배터리 랙, 특히 길이가 최대 2미터에 달하는 대형 모델이다.
배터리 랙에는 밀링 가공, 리머 가공 등 다양한 가공 기계와 공정이 필요하다. 배터리 랙이 더 크다고 큰 공구가 필요한 것은 아니지만, 대신 더 작은 표면에 더 많은 형상, 나사, 홀이 있다. 따라서 필요한 품질과 공차에 따라 부품을 생산할 수 있는 직각 및 평면 밀링 공구나 리머가 필요하다.
M5F90, 얇은 박판 알루미늄 부품 가공 전용
샌드빅코로만트는 버, 긁힘 또는 치핑없이 부품을 가공하도록 설계된 M5F90 평면 밀링 커터를 포함한 M5 자동차 알루미늄 밀링 커터 제품군을 배터리 랙 가공에 사용할 것을 권장한다. 이 커터는 얇은 박판 알루미늄 부품 가공 전용이며, 이를 위해 직경이 25-80 mm(0.98-3.15인치)인 더 작은 커터 바디가 장착돼 있다. 또 M5F90에는 브레이징 다결정 다이아몬드(PCD) 팁도 포함돼 있어 조정이 불필요하고 런아웃이 크게 감소해 고이송이 가능하고 절삭 진동을 방지할 수 있다.
페르난도 올리베이라(Fernando Oliveira) 매니저는 “M5F90을 사용해 알루미늄 배터리 트레이를 가공한 사례가 있다”면서, “새로 주조한 알루미늄 부품의 첫 번째 가공 단계에서 한 번의 작업으로 버 없이 표면을 가공해야 했기 때문에 이 새로운 평면 밀링 커터에 적합한 작업이었다”고 전했다.
치수는 약 980 x 600 x 130mm이었다. 전체적으로는 솔리드 초경 드릴, 솔리드 초경 엔드밀, 고속도강(HSS) 탭, 브레이징 PCD 리머, 브레이징 PCD 밀링 커터 그리고 M5F90 커터를 포함한 48개의 공구를 사용해 부품을 가공했다. 또한 HSK 63 고속 공구 홀더가 장착된 5축 머시닝 센터에서 알루미늄 부품을 가공했다.
M5F90의 브레이징 PCD 인서트는 반경 방향과 접선 방향 모두에서 단계에 따른 절삭날이 있다. 이러한 특징 덕분에 출력 소비가 감소해 더 높은 절삭 매개변수를 적용할 수 있어 가공 중 버를 방지하고 진동을 줄일 수 있다. 특히 안정적인 성능과 향상된 공구 수명을 보장하고 더 많은 부품을 가공하는 데 도움이 된다.
결과적으로 배터리 트레이 가공 작업은 M5F90의 주요 이점을 입증했다. 즉 한 번의 작업으로 황삭과 정삭을 수행해 시간을 절약했다. 부품을 가공하는 데 20.3분이면 충분했다. 향상된 공구 성능을 통해 OEM 업체들은 배터리 시스템 생산에 적극적으로 참여하면서 경쟁업체와 차별화할 수 있을 것으로 기대된다.
