1.개요
절삭가공 : 절삭가공은 절삭공구를 사용하여 피삭재를 원하는 형상으로 가공하는 공정이다.
절삭열 : 절삭을 할때 절삭공구와 피삭재간의 마찰 등으로 인해 발생하는 열
절삭열은 절삭가공의 품질과 생산성에 큰 영향을 미친다. 절삭열은 다음과 같은 문제점을 야기한다.
- 피삭재의 열변형: 피삭재가 가열되어 변형을 일으키는 현상
- 공구의 손상: 공구가 가열되어 변형되거나 마모되어 손상될 수 있다
- 가공 품질의 저하: 절삭열로 인해 피삭재의 표면이 거칠어지거나 변형될 수 있다
따라서 절삭가공에서는 절삭열을 적절하게 제어하는 것이 중요하다.
2. 절삭가공의 절삭열 발생 메커니즘
절삭열의 열원은 크게 세 가지로 나눌 수 있다.
- 주 전단영역 : 피삭재의 소성 변형이 열을 초래 (대부분 칩 내 잔류한다)
- 공구와 칩 공유 접촉 영역 (2차 전단 영역) : 추가 소성 변형이 칩에서 발생하고, 미끄럼 마찰로 열 발생
- 공구 플랭크 영역 : 새로 생기는 공작물 표면과 공구 사이 마찰
절삭열은 절삭공구의 전진 속도, 절삭깊이, 절삭날 형상, 절삭유의 사용 여부 등에 의해 영향을 받는다.
3. 절삭열의 문제점 및 대책
절삭열의 문제점은 다음과 같다.
- 열변형 : 피삭재가 가열되어 변형을 일으키는 현상
- 공구의 손상 : 공구가 가열되어 변형되거나 마모되어 손상될 수 있다. 온도에 직접적으로 영
- 가공 품질의 저하 : 절삭열로 인해 피삭재의 표면이 거칠어지거나 변형될 수 있다
- 재료 성질 변화 : 고온에서 금속이 변태를 일으켜 경도나 강도의 변화가 발생할 수 있다 (고온경도에 영향, 재결정)
절삭열의 문제점을 해결하기 위해서는 다음과 같은 대책을 고려할 수 있다.
- 절삭공구의 재질 개선: 절삭열에 강한 재질의 절삭공구를 사용하면 공구의 손상을 방지할 수 있다. (고온경도)
- 절삭유의 사용: 절삭유를 사용하면 마찰열을 감소시켜 열변형을 방지할 수 있다.
- 절삭 조건의 최적화: 절삭공구의 전진 속도, 절삭깊이, 절삭날 형상 등을 최적화하여 절삭열을 줄일 수 있다.
4. 절삭열로 인한 잔류응력에 대한 대책
절삭열이 표면에만 국부적으로 가해지다보면, 불균일한 냉각조건으로 인해 잔류응력이 발생할 수 있고, 불균형의 정도가 크면 열변형까지 발생할 수 있다. 또한, 잔류응력을 그대로 두면 시간이 지난 후에 잔류응력이 사라지게 되면 응력의 평형이 깨져서 변형이 올 수도 있고, 외부에 변형이나 응력이 가해지면 제품에 잔류응력에 의한 변형이 생길 수 있다.
잔류응력은의 대책은 다음과 같다.
- 예열: 절삭 전 피삭재를 예열 후 절삭하여 열의 불균형을 줄인다.
- 숏피닝 : 작은 쇠구슬로 표면을 연속적으로 때려 용접 표면상에 압축 잔류응력을 발생시켜 잔류응력을 상쇄시킨다. 압축잔류응력은 인장 응력을 완화하고 피로 특성을 개선시킨다.
- 열처리(풀림): 노 내 풀림으로, 제품 전체를 가열로 안에 넣고 적당한 온도에서 일정시간 유지한 다음 노 내에서 서랭시킴으로서 잔류응력을 제거할 수 있다.
5. 결론
절삭열은 절삭가공의 품질과 생산성에 큰 영향을 미치는 중요한 요소이다. 따라서 절삭가공에서는 절삭열을 적절하게 제어하는 것이 중요하다.
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