절삭열, 절삭열 측정 방법, 절삭 열원 비율, 절삭 열원 위치

 

<기출 정리> 

• 23-1-7 절삭가공에서 발생하는 절삭열에 대하여 설명하시오.
• 21-4-3 고온 절삭에 대하여 설명하시오.
• 17-1-11 고속절삭의 장점 4가지를 설명하시오.
• 14-1-6 절삭가공시 발생하는 절삭열을 측정하는 방법 중 5가지를 쓰고 설명하시오.
• 13-3-1 절삭온도를 측정하는 방법 5가지를 설명하시오

 

1. 개요

[절삭가공, 2023] 절삭가공에서 발생하는 절삭열에 대하여 설명하시오

1) 절삭온도의 정의

 절삭시 에너지는 대부분 열로 소비됨 
이때 발생한 열은 칩, 일감, 공구로 전달되며, 열의 일부는 대기중으로 방열되거나 절삭유에 의해 제거됨 
이때 일감 내부에 잔류되어있는 일정한 양의 열이 절삭부에 어떠한 온도로 남게되는데, 이 온도를 절삭온도라 함 

• 절삭온도가 높아지면 인선에 온도가 상승하여 마모가 증가하여 공구 수명이 감소함 
• 가공물도 절삭온도의 상승으로 열팽창을 하여 가공치수가 변해 정밀도에 영향을 미침 
• 가능한 절삭온도가 높아지지 않게 절삭조건을 설정 
• 고온절삭(Hot machining) : 가공물을 200~800도로 가열하여 재료의 경도를 감소시키고 절삭저항도 감소시키는 가공
• 저온절삭(Cold machining) : 재료를 -20 ~ -150도 정도로 냉각시켜 가공시 절삭성이 향상되고 마모가 적어지는 특정한 재료를 가공 하는 것 

절삭온

가공물, 공구, 칩의 열에너지 비율, 칩으로 가장 많이 열이 빠져나감

2) 열원 위치 

절삭 열원의 발생 위치, HRD

① A-B부분 
전단면에 전단 소성 변형에 의해 열 발생 

 

② A-C부분

칩과 공구 상면과의 마찰열(칩이 절삭공구의 경사면 AC를 가압하면서 흐를 때 발생하는 마찰)

 

③ A-D부분

절삭공구의 선단이 가공물의 표면 A-O를 절삭할 때 마찰로 인해 발생하는 절삭열 

 

3) 절삭온도 측정 방법 

• Chip 색에 의한 측정
• Calorimeter(열량계)에 의한 측정 
• 열전대(thermocouple)에 의한 측정
• 복사고온계에 의한 측정 
• 시온도료를 이용하는 방법
• PbS 셀 광전지를 이용하는 방법 

절삭온도 측정

① Chip 색에 의한 측정

금속이 가열온도와 가열시간에 따라 색이 달라지는 성질을 이용 

가열온도, 가열시간과 산화색과의 관계

온도에 따른 색상 변화

 

② Calorimeter에 의한 측정 

유출하는 칩을 칼로리미터(열량계) 중에 넣어 칩이 갖고 있던 전열량을 측정. 이것을 칩의 중량과 비열로 나누어 평균 온도를 구하는 방법 
칩의 온도를 구하면 절삭열의 분포를 통해 가공물 및 공구의 온도를 유추할 수 있음 

 

③ 열전대(thermocouple)에 의한 측정

공구 선단의 측면으로부터 수개소에 0.5파이 구멍을 뚫고 작은 써모커플을 삽입하여 각점의 온도 측정 
구멍은 방전가공으로 뚫는다 (잔류응력 발생 - 공구 수명 영향 주의) 

방전가공 (EDM; Electric Discharge Machining)

열전대 삽입 개념도

④ 복사고온계에 의한 측정 

칩(chip)상의 1점의 온도를 측정시, 그 측면에 암염 또는 형석으로 만든 렌즈를 놓고 그 점으로부터 나온 열선을 흡수하여 작은 써모커플에 연결, 온도에 따라 열기전력이 생겨 이를 감도가 좋은 galvanometer로 측정하면 그 점의 온도를 알 수 있음 

복사고온계를 이용한 측정

 

 

2. 절삭에 대한 고찰 

 

1) 고온절삭 및 저온 절삭

고온절삭(Hot machining) : 가공물을 200~800도로 가열하여 재료의 경도를 감소시키고 절삭저항도 감소시키는 가공저온절삭(Cold machining) : 재료를 -20 ~ -150도 정도로 냉각시켜 가공시 절삭성이 향상되고 마모가 적어지는 특정한 재료를 가공 하는 것 

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

 

 

2) 고속절삭

고속절삭 : 고속절삭은 이송 속도를 높여서 절삭을 얕게 하여 많은 칩을 배출하는 가공법 
생산성 향상과 가공 시간의 절감과 가공 정도를 향상시켜 낭비가 없게 하는 고능률 가공법 

고속 절삭

 

 

3) 절삭성, 절삭성 지수 

절삭성 :절삭이 용이한 정도 
절삭성이 좋기 위해서는 공구의 마모가 적고 절삭 저항이 적으며 절삭칩의 처리가 용이하며 가공표면의 품질이 좋아야함