절삭칩, 절삭칩 종류, 절삭칩 생성 메커니즘, 절삭칩 생성 과정

 

<기출 정리> 

• 23-1-8 구성인선(built-up edge)에 대하여 설명하시오.
• 22-2-2 절삭저항을 정의하고, 절삭저항을 변화시키는 요소 및 절삭동력과의 관계를 설명하시오.
• 22-2-1 절삭 칩 생성과정을 4단계로 적고, 선삭가공에서 칩의 형태와 특성 및 칩 형태에 영향을 주는 인자에 대하여 설명하시오.
• 21-3-4 칩 제어(Chip control)의 필요성과 칩의 형상에 대하여 설명하시오.
• 19-4-3 선삭 시 발생되는 칩의 형태와 특성에 대하여 설명하시오.
• 18-3-1 절삭 칩 4가지 유형을 쓰고, 각각의 발생원인과 특징에 대하여 설명하시오.
• 13-1-3 2차원 절삭모델을 그림으로 그리고, 경사면, 여유면, 전단면을 표시한 후 절삭 메커니즘을 설명하시오

 

 

1. 개요

 

1) 절삭 칩 (Chip) 개요

 절삭가공을 하면, 가공물은 칩을 형성함 
가공물을 절삭할 때 발생하는 칩 형태는 절삭공구의 형상, 절삭깊이, 가공물의 재질, 절삭조건 등에 따라 다름 
칩의 형상, 종류에 따라 절삭성(절삭이 용이한 정도), 표면 거칠기 등 절삭가공에 큰 영향을 미침 

 

2) 절삭 칩 형태 4가지 

• 유동형 칩 (flow type chip)
• 전단형 칩 (shear type chip)
• 경작형 칩 (tear type chip)
• 균열형 칩 (crack type chip)

 

3) 절삭 저항 3분력 

• 주분력
• 이송분력
• 배분력 

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

 

 

4) 절삭 메커니즘

절삭 공구 수명 영향 요소

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

여유각 : 바이트와 공작물 사이각
경사각 : 바이트와 소재의 법선 사이 각 

바이트의 윗면 경사각은 절삭력에 영향을 주며 경사각이 크면 (더 날카로우면) 절삭성이 좋고 공작물의 표면도 깨끗하게 다듬어지지만 날끝은 약하게 됨 

절삭 개략도

절삭칩 형성 mechanism, 소성영역, 전단영역의 콜라보레이션

 

 

 

2. 절삭 칩 형태 구분 및 특징 

절삭 칩 4가지 형태

구분	재질	경사각	절삭속도	절삭 깊이
유동형 칩	연하고 점성	큼	빠름	작음
전단형 칩	↓	↓	↓	↓
경작형 칩	↓	↓	↓	↓
균열형 칩	굳고 취성	작음	느림	큼

※ 표면 거칠기 정밀도 : 유동형 > 전단형 >>>균열형>>>>경작형

1) 유동형 칩 (flow type chip) 

칩이 경사면(top rake surface)위를 연속적으로 원활하게 흘러 나가는 모양. continuous chip이라고도 함 
가장 이상적인 칩의 형태 
절삭공구 선단부에서 칩은 전단응력을 받고, 미끄럼이 생기면서 전단이 되기에 진동이 적고 표면 품질이 좋음 

(1) 유동형 칩 발생 조건

• 절삭 깊이가 적을 것
• 경사각이 클 것 
• 절삭 속도가 빠를 것 
• 연성의 재료일 것 (연강, 구리, 알루미늄)
• 윤활성이 좋은 절삭유제를 사용할 것 

유동형 칩

2) 전단형 칩(shear type chip) 

칩이 유동형처럼 경사면 상단을 원활하게 흐르지는 못하고, 절삭공구가 칩을 밀어내는 압축력이 커지면서 발생 
칩이 연속적으로 가공되기는 하나 분자 사이에 전단이 일어나는 형태 
연성재료를 저속절삭(low speed cutting)시, 절삭 깊이가 클때 발생 

• 칩의 두께가 수시로 변해 진동이 발생하기 쉬움
• 표면 품질이 좋지 않음 

전단형 칩

3) 경작형 칩(tear type chip), 열단형 칩 

점성이 큰 가공물을 경사각이 적은 절삭공구로 가공시, 절삭깊이가 클 때 발생
가공물이 경사면에 점착되어 원할하게 흘러가지 못하고, 절삭공구 전진에 따른 압축에 의한 가공재료 터짐이 일부 나타남 
면에 뜯어낸 것과 같은 파임, 불규칙한 면이 형성됨 (열단형 칩 = 경작형 칩) 

경작형 칩, 열단형 칩

 

경작형 칩으로 인한 표면 파임

4) 균열형 칩(crack type chip) 

주철과 같이 메진 재료 (표면이 단단하고 취약한 재료, 취성재료)를 저속으로 절삭시 발생 
순간적인 균열이 발생하여 생기는 칩 
균열시 발생하는 진동으로 절삭공구 인선에 치핑(chipping) 발생 

• 절삭공구 수명 단축
• 가공된 면의 거칠기 불량 

균열형 칩

공구 파손 : 크레이터 마모, 플랭크 마모, 치핑, 온도 파손

 

 

3. 절삭 칩 형성에 대한 고찰

 

1) 구성인선

구성인선 (BUE; Built-Up Edge), 크레이터 마모, 플랭크 마모

 

 

2) 고속절삭

고속 절삭

 

 

3) 절삭 관련 개념 

(1) 절삭 바이트 크기 및 종류 

출처 : 한국 미스미

• 노즈각이 클수록 경제성이 제일 좋음 (바이트의 수명이 제일 길다 = 인서트 강성이 제일 크다)
• 진동 경향이 있으면 작은 노즈 반경을 선택  

(2) 황삭, 중삭, 사상 

절삭, 이송에 따른 절삭 구분 (출처 : 한국 미스미)

• 황 절삭(R) : 큰 절삭깊이와 어려운 가공 조건. 큰 절삭깊이와 높은 이송의 조합. 날 끝 안정성을 최우선 
• 중 절삭(M) : 대부분의 가공 (일반적인 절삭과 이송) 
• 사상 절삭(F) : 작은 절삭깊이와 낮은 이송. 절삭저항을 낮게 억제하려는 가공 

(3) 절입각(리드각) 선택

절입각(리드각) 선택, SANDVIK COROMANT

• 되도록 90도에 가까운 절입각(0도에 가까운 리드각) 선택 
• 절입각 75도 미만, 15도 이상의 리드각 선택시 반경 방향 절삭 부하 Fr이 급격히 증가할 수 있으니 가능한 선택하지 말 것 
  (반경방향 부하 감소 = 휨 감소)

(4) 인서트 여유각 선택

인서트의 여유각

 

• positive insert는 낮은 절삭 부하와 공구 편향을 발생 (최상의 경제성)
• 안정적인 조건이거나, 짧은 오버행일때는 negative insert 사용 

(5) 진동 성향에 영향을 주는 요소 

SANDVIC COROMANT

• 절입각이 작을수록 진동이 커짐
• 리드각이 커질수록 진동이 커짐 
• 노즈 반경이 커질수록 진동이 커지고 표면 거칠기가 거칠어짐
• 네거티브 인서트일수록 절삭부하가 커져 진동이 커짐 
• 인서트가 마모될 수록 진동을 유발함 
• 절입깊이가 깊을수록 진동이 커짐