기어박스 내부 스플라인드 가공에서의 브로칭 대비 CNC 성형: 복잡성 및 공구 비용

소개

기어박스 설계 또는 수리 시 반복적으로 발생하는 과제 중 하나는 내부 스플라인드 가공입니다. 가장 일반적인 두 가지 공정인 브루잉 그리고 CNC 성형 가공 —은 종종 엔지니어들 사이에서 어느 것이 더 우수한지 논쟁이 일어납니다. 하지만 사실 단일한 정답은 존재하지 않습니다. 적절한 선택은 부품 형상, 생산량, 공구의 장기적 비용에 따라 달라집니다.

10년 이상 기어박스 부품 제조에 종사해온 당사 팀은 자동차, 항공우주 및 중장비 프로젝트에서 브로칭 머신과 CNC 셰이퍼 모두를 운용해 왔습니다. 이 기사에서는 실제 사례를 통해 두 가공 방식의 차이점을 정리해 드릴 것이며, 이를 통해 귀사의 특정 스플라인 요구사항에 적합한 방법을 판단하는 데 도움이 되길 바랍니다.

브로칭이란 무엇인가?

브로칭은 긴 다단절 도구를 사용하여 보어를 통과할 때 점진적으로 스플라인 형상을 절삭하는 가공 방식입니다.

• 가장 적합한 용도: 스플라인 형상이 표준화된 중량~대량 생산에 적합

• 사이클 시간: 설비 세팅이 완료된 후에는 부품당 소요 시간이 20초 미만인 경우가 많음

• 표면 마감: 우수함 (Ra 값 약 0.8–1.2 µm 수준)

• 제한 사항: 최초 금형 비용이 비쌈 ($8,000–$20,000/브로치), 형상 변경 시 유연성이 제한적임

예시로 들면: 5,000개 규모의 자동차 변속기 프로젝트에서 셰이핑(shaping) 공정에서 브로칭(broaching)으로 전환함으로써 사이클 시간이 78% 단축되었고, 부품당 비용이 약 $4.20 절감되었습니다. 그러나 이후 고객이 표준이 아닌 변경 사양을 요청하면서 새로운 브로치가 필요해졌고, 이로 인해 프로젝트 기간이 6주 추가 소요되었으며 비용이 $12,000 증가하게 되었습니다.

CNC 셰이핑이란?

CNC 셰이핑(CNC 싱킹 또는 슬로팅라고도 함)은 보어 내부에서 왕복 운동을 하는 단일 포인트 공구를 사용하여 스플라인 이빨을 하나씩 절삭하는 방식입니다.

• 가장 적합한 용도: 저~중량 생산, 프로토타입 또는 맞춤형 스플라인 형상에 적합합니다.

• 사이클 시간: 스플라인 수에 따라 3~7분 정도로 상대적으로 느립니다.

• 유연성: 공구 비용이 저렴하며(형상 공구 기준 약 $200~$500), 설계 변경 시 CAM 조정만으로 충분합니다.

• 제한 사항: 경화 재료의 경우 가공 시간이 길고 공구 마모가 심합니다.

현장 전문가 의견: 복잡한 27개 이가 있는 항공우주 감속기 기어박스의 경우, 공구 클리어런스 문제로 인해 브로칭조차 불가능했습니다. CNC 성형 가공은 부품을 허용오차 범위 내에서 가공하여 각 조각당 4.8분 이내로 생산이 가능했으며, 300개 생산량 기준으로도 경쟁력 있는 시간이었습니다.

복잡성과 공구 비용 비교

어느 공정을 선택해야 할까요?

이 결정은 보통 균형을 맞추는 데 달려 있습니다. 생산량 대 유연성 :

• 만약 당신이 수만 개의 기어박스 표준 스플라인드 형상 → 브루잉 부품당 비용 측면에서 우위를 차지합니다.

• 당신이 프로토타입 개발, 소량 생산, 또는 비표준 스플라인드를 다룰 때 → CNC 성형 가공 필요한 민첩성을 제공합니다.

• ~에 중간 런(500–2,000개) , 많은 작업장에서는 하이브리드 방식을 사용합니다: 먼저 프로토타입을 제작한 후 기하학적 형태가 확정되면 보어 공구에 투자합니다.

엔지니어와 구매자를 위한 실용적인 요약

1. 브로칭 공구에 투자하기 전에 평생 생산 부품 수량을 계산하십시오.

2. 부품의 기하학적 형태 및 공구 클리어런스 확인 —모든 내부 스플라인드가 브로칭 가능한 것은 아닙니다.

3. 향후 설계 변경 사항 평가 —단일 스플라인 조정만으로도 고가의 브로치를 더 이상 사용할 수 없게 만들 수 있습니다.

4. 하청 생산 검토 일부 기계 가공 업체들은 여러 고객에 걸쳐 비용을 분산시키기 위해 표준 브로치 라이브러리를 보유하고 있습니다.

브로칭과 CNC 성형 가공 모두 기어박스 내부 스플라인을 제작하는 데 검증된 방법이지만, 적합성 여부는 귀하의 우선순위에 따라 달라집니다. 브로칭은 대량 생산 및 반복 작업에 우수한 반면, CNC 성형 가공은 복잡하거나 소량의 프로젝트에 유연성을 제공합니다. 복잡성과 공구 비용을 면밀히 비교함으로써 엔지니어와 구매 담당자는 불필요한 비용을 절감하고 기어박스의 신뢰성을 보장할 수 있습니다.