절삭공구 선정 기준, 소재별 절삭 조건 (절삭속도, 이송, 절삭깊이)

절삭 공구의 선정 기준이란?

1. 개요

 

1) 절삭공구 구비 조건 

① 고온경도 (hat hardness) : 높은 절삭열로 인한 고온에서도 경도가 저하되면 안됨
② 내마모성 (resistance wear) : 절삭공구와 재료의 마찰로 인해 쉽게 마모되면 안됨
③ 강인성 (toughness) : 단속절삭, 외력 등을 받았을때 충격에 대한 저항을 가지고 있어야함
④ 저마찰 (low friction) : 마찰계수가 적을수록 경제적이고 효율적인 절삭이 가능함
⑤ 성형성, 가격이 염가여야함 

 

2 )절삭공구 재료 종류 

① 탄소 공구강 (STC1 ~ 7)
② 합금 공구강 (KS D 3753, STS1~, STD 1 ~) : 절삭공구용이 STS, 냉간금형용이 STD/STS, 열간 금형용이 STD
③ 고속도강 (SKH2 ~ )
④ 소결 초경 합금 (P종, M종, K종)
⑤ 주조 경질 합금
⑥ 세라믹
⑦ 서멧
⑧ 다이아몬드
⑨ 입방정 질화붕소 (CBN)
⑩ 피복 초경합금

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

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

 

 

2. 절삭공구의 선정

 

1) 절삭공구 선정 개요

절삭공구는 고온경도, 내마모성, 인성을 갖추어야하며 최종 목표로는 
1) 절삭공구를 규격화하고 종류를 줄여 공구관리를 효율적으로 행할 수 있어야하고 (공구 교체를 여러번 하지 않아야함) 
2) 교환시 호환성이 좋고 절삭공구 마모를 일정하기 위해 TA(Throw way) 공구를 사용하는 것이 효과적임
   ※ TA공구 (Throw way)  : 쓰고 버리는 공구

 

2) 공구 재종과 선정 기준 

<초경합금 절삭공구 기준 적용 기준>

P종(비교적 긴 칩이 발생하는 재질 - 연강 등)
고속절삭이 가능하고 일반 절삭 ~ 정밀 다듬질이 가능함, 흑피, 황삭 등의 절삭은 항절력이 더 높은 공구 사용 

M종(치핑이나 크레이터를 유발하는 재료 - 주철, 고망간강, 스테인리스강 등)
일반적인 선삭, 저속절삭, 흑피, 단속절삭, 용접부 절삭, 황삭 등

K종(칩이 분말상태이거나 짧게 끊어지는 재료 - 주철, 칠드주철, 가단주철 (비연속성 칩), 비철금속) 

기본적으로, 절삭깊이가 낮거나, 절삭저항이 작은 고속절삭은 항정력은 낮아도 무방하며, 
황삭, 흑피, 저속 절삭, 용접부 절삭, 단속 절삭 등 충격이 가해질 수 있는 단단한 소재를 절삭할때는 항절력이 높아야함 

 - 경도가 무작정 높아지면 그만큼 취성이 강해져 항절력이 약해짐, 어느정도 경도에서 타협이 필요 
 - 단단한 소재를 절삭할때, 경도는 비교적 떨어져야함 - 항절력 확보를 위함
 - 조건이 빡셀수록 경도가 낮고 인성/내충격이 우수한 재료를 사용 (연삭과 일맥상통) 

항절력 (Transverse Rupture Strength, TRS) 
굽힘 강도 개념, 항절 시험에서 시험편이 잘라졌을때의 응력, 시험편을 2개의 지점 위에 수평으로 놓고 중앙에 하중을 가해 눌러 파괴 하중을 측정함 (구부러짐에 대한 저항력 및 휨을 측정하는 시험)
인장이나 굴곡에 약한 취성 재료 (주철, 콘크리트, 초경합금 등)에 대하여 실시하는 시험, 물성치 

초경합금 절삭공구 재종, HRD

절삭칩, 절삭칩 종류, 절삭칩 생성 메커니즘, 절삭칩 생성 과정

공구의 수명판정기준, Taylor 공구수명식

고속 절삭

 

 

3) 절삭속도와 이송에 따른 절삭 공구 선정

절삭공구는 재종에 따라 가공범위가 다르다 

절삭속도를 증대하면 절삭시 부하가 상승하고 온도가 상승하여 공구 수명이 짧아진다 (고온경도와 관계)
  : 절삭속도가 어느정도에서는 절삭열의 영향으로 마찰계수가 감소하고, 구성인선이 생기지 않지만 필요 이상으로 커질 경우 고온 경도에 영향을 받고 크레이터 마모의 증가로 인해 절삭공구 수명이 짧아짐 

 - 가공재료와 절삭공구 재료의 친화력이 적어지면 마모저항이 향상됨 (코팅 초경합금을 사용하는 이유) 
 - 고속도강은 고온경도가 낮아 절삭열이 낮은 상태에서 가공해야함 (절삭유의 적절한 사용, 저속 절삭) 
 - 세라믹, CBN 등은 고온경도가 높으므로, 절삭열이 높은 절삭속도로 가공하는 것이 좋음 (경제성 확보)

    (고온경도 문제만 아니면, 온도가 높아지면 절삭저항이 감소하고 구성인선이 발생하지 않아 좋음, 일반적으로 절삭속도가 높아지면 공구 수명이 감소한다 - 고온절삭)
    (절삭속도가 증가하면 절삭온도는 상승하고 마모가 증가하며, 마모가 증가하면 절삭공구 날이 약해져 파손이 발생함)

이송의 증가 또한 공구 온도의 증가를 초래하지만 (마찰 증가) 주분력보다 이송분력 영향도가 작다

 - 일반적으로 절삭 깊이가 커지면 절삭온도와 절삭 저항의 상승으로 공구 수명이 감소한다 
    (절삭 깊이가 매우 작으면 비절삭저항이 증가하는 치수효과 (size effect, 연삭에서 스파크 튀는 것과 동일 원리)때문에 절삭 저항이 증가하는 현상 발생)
 - 절삭속도가 증가하면 가공물 표면 거칠기가 좋아지고 (정밀가공), 가공시간도 단축되지만 절삭공구와 가공물의 마찰력 증가로 절삭온도가 상승되어 절삭공구 수명이 단축됨 (적정 절삭속도 : 60 ~ 120m/min) 
 - 소재의 강도, 경도가 커지면 절삭에 많은 힘이 필요해지고 발생하는 절삭온도가 높아지며 마모량 또한 증대함 

이송과 절삭속도에 따른 공구 선정

 

절삭열, 절삭열 측정 방법, 절삭 열원 비율, 절삭 열원 위치

공구 파손 : 크레이터 마모, 플랭크 마모, 치핑, 온도 파손

고온 절삭, 저온 절삭, 고온절삭시 가열 방법, 저온 절삭시 냉각 방법

이송속도와 절삭속도에 따른 크레이터 시작 조건, WC 공구

위 그래프를 보면, 이송이 빠를수록 크레이터 시작이 더 빨리 되고, 절삭속도가 올라갈수록 크레이터 시작이 빨리 되는 것을 알 수 있음 

 

소재 경도와 온도에 따른 공구 사용 범위, HRD

고온경도가 상대적으로 낮은 탄소공구강이나 고속도강은 낮은 경도의 소재만 가공할 수 있음 
(경도가 높은 소재는 저항이 커서 동일 조건 기준 발열이 커지기 때문에 고온 영역에서 공구 경도에 영항을 줌) 

반면 세라믹이나, 초경합금은 고경도의 소재도 가공할 수 있음 (고온경도가 높음)