난삭재, 난삭재 종류, 난삭재 대책

 

1. 난삭재

 

1) 난삭재 정의

 난삭재란 절삭가공이 어려운 재료를 모두 난삭재라고 분류한다 
고온 강도가 크거나, 열전도율이 낮은 경우도 있을 것이며, 경도가 크거나.. 여러 요인이 있을 수 있음 
딱 정해져있는게 없어서, 현장에서 '난삭재'라고 표현하는 재료의 특성, 혹은 배경을 나열해보면 다음과 같다 

① 피가공물 재질 그 자체가 난삭성을 야기 
티탄 합금, 초내열합금, 세라믹, FRP 등

 

② Al합금과 주철 등의 동시 가공
개별 절삭시 문제가 없으나 함께 절삭시 난삭성이 생김

 

③ 절삭데이터가 없는 신소재 

 

④ 형상적, 혹은 구조적으로 절삭 가공이 곤란한 재료 

채터링이 생기기 쉽거나, 선삭시 가늘고 긴 재료, 박육의 용접 구조물, 구멍 지름에 대하여 구멍 깊이가 엄청 깊은 형상 등

 

⑤ 현재 공작기계 수준으로 실현하기 어려운 고정밀의 가공 정밀도가 요구될 때 

 

2) 금속 재료의 피절삭성 (machinability) 평가 인자

절삭의 용이성을 피절삭성이라고 하며, 난삭재를 구분하는 평가 인자 중 하나 

• 절삭저항, 절삭 동력
• 공구 수명 
• 절삭 가공면의 표면 품위(품질) 
• 가공 정밀도
• 칩 처리성 

 

3) 난삭성을 야기하는 재료의 특성 

난삭성의 재료는 절삭날의 마모 (치핑, 결손 등)을 야기함. 난삭재 절삭시 절삭날이 이상하게 손상되거나 마모도가 증가하여 수명이 짧아지는 경우가 많음. 

피삭제의 절삭하기 쉬운 정도의 척도로, MR (Machinability Rating, 피삭성율)이 있는데, 동일 절삭조건 기준 황 쾌삭강 (SUM 21)을 100으로 표시하여 숫자가 작을수록 절삭이 어렵다고 표현하는데, 일반적으로 50 이하가 난삭재임,

• 고경도, 단단하고 부서지기 쉬움 
• 고온강도와 고온 경도가 큼 
• 가공 경화가 생기기 쉬움 
• 공구 재료와 친화성이 큼
• 재료 강도가 큼
• 열전도율이 작음 (공구가 과열되어 피삭성이 저하됨) 
• 마멸 물질을 함유하고 있음
• 연성이 큼 (연속형 칩은 정상적인 절삭을 방해하기도 한다) 
• 결정입도가 치밀함 
• 압연율이 큼 (가공경화)

금속의 강화기구, 금속조직(결정립) 미세화 방안, 석출강화, 고용체강화, 가공경화

절삭성, 피삭성(Machinability), 절삭성 지수 (Machinability Index)

<원소별 피삭성 영향 요인>
탄소가 많을수록, 망간이 1% 이상 많을수록, 규소가 있을시, 인이 없을시, 황이 없을시, 납이 없을시 피삭성이 좋지 않음 

피삭성 향상 원소 : 인(P), 황(S), 납(Pb)

<조직별 피삭성 추이>
"10% 펄라이트 + 90% 페라이트일때 가장 절삭이 용이함" 

페라이트만 있으면 연성과 점도가 높아 피삭성이 저하되며, 시멘타이트는 취성과 경도가 높아 피삭성이 저하됨. 펄라이트는 저탄소일때 피삭성이 좋으며, 마르텐사이트는 피삭성이 저하됨. 소르바이트나 오스테나이트는 연하고 점도를 갖는 조직이라 피삭성이 저하됨 

 

2. 난삭재 종류 및 대책 

 

1) 대표적인 난삭재

티타늄합금, 복합재료(CFRP등), 니켈합금, CGI주철, 세라믹(SiC등), 고경도강 등이 대표적인 난삭재임 

① 오스테나이트계 스테인리스강

절삭칩의 배출성이 나쁨 (연속형 칩), 절삭칩이 공구날 끝 부분에 응착, 공구 표면과 접촉면에서의 친화력에 의한 마찰력 증가로 마찰열이 발생하여 공구날 끝이 쉽게 마멸 혹은 절편으로 떨어져 나감 

 

② 순철 혹은 철의 순도가 높은 강재

오스테나이트계 스테인리스강과 동일 이유 

 

③ Ni합금

인성과 강도가 높고, 열전도성이 낮아 공구에 융착되기 쉽고 (열이 발생하면 공구에 융착)

 

금속 조직별 일반적인 기계적 성질, 자성차이 - 마르텐사이트, 오스테나이트, 페라이트, 펄라이

고속도강(HSS, SKH2,3,51,59...) 열처리, 고속도강, 고속도강 2차 경화 현상, 고속도강 종류

강재 분류; 탄소강, 합금강, 특수강, 비조질강, 조질강, 듀얼페이스강, 스테인리스 강(듀플렉스강

주철의 종류, 주철 명칭 KC규격, 합금성분의 성질, 주철형성과정, 주철의 성장, 주철의 수축

 

2) 난삭재에 따른 대책 

연강류 및 오스테나이트계 스테인리스 등은 친화력이 높아 마찰열이 발생하기 때문에, 절삭공구에 코팅을 하여 친화력을 낮출 필요가 있다. 
코팅초경합금을 사용하면 친화력을 낮추고 마찰력을 줄일 수 있음 (Al2O3 층) 

공구 재료, 절삭 공구 재료, 공구 코팅, 구비조건, 초경합금, 소결 카바이드, 피복방법 (CVD, PVD)

• 코팅된 공구를 사용하여 모재 친화력을 줄인다 (ex. 코팅초경합금)
• 적절한 절삭유제를 사용하여 절삭저항 감소, 마무리면 정도 향상, 공구 수명 향상, 냉각의 효과를 가져간다 
• 칩브레이커를 활용하면 연강 등의 칩이 꼬이는 것을 방지할 수 있다 

공구의 수명판정기준, Taylor 공구수명식

절삭저항(cutting resistance), 절삭 동력, 절삭저항 3분력

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