높은 절삭 속도에서 공구 수명을 연장하려면 어떤 마모 징후를 경계해야합니까?

금속 절단 과정에서 소비 전력은 절단 열과 마찰의 형태로 표현됩니다. 이러한 요인으로 인해 공구는 높은 표면 하중과 높은 절삭 온도와 함께 나쁜 가공 조건에 놓이게 됩니다. 고온의 원인은 칩이 공구의 전면을 따라 고속으로 미끄러져 절삭날에 높은 압력과 강한 마찰이 발생하기 때문입니다.

무너지다

가공 과정에서 커터는 구성 요소의 미세 구조에서 단단한 지점을 만나거나 간헐적으로 절단되어 절삭력이 변동될 수 있습니다. 따라서 절삭 공구는 고온 저항, 고 인성, 고 내마모성 및 고경도의 특성을 가지고 있습니다.

그루브 마모

지난 반세기 동안 절삭공구의 성능을 지속적으로 향상시키기 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. 거의 모든 공구 재료의 마모율에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나는 가공 과정에서 달성되는 절삭 온도입니다. 불행히도 절삭 온도 계산의 매개변수를 정의하는 것은 어렵지만 실험적 측정은 경험적 공식의 기초를 제공할 수 있습니다.

일반적으로 절단 과정에서 발생하는 모든 에너지는 절단 열로 변환되고 절단 열의 80%는 칩에 의해 제거된다고 가정합니다.

수치는 몇 가지 요인으로 변경되며 절삭 속도가 주요 요인입니다. 이로 인해 약 20%의 열이 공구에 유입됩니다. 저탄소강을 절단하더라도 공구 온도는 HSS가 견딜 수 있는 최고 온도인 550℃를 초과할 수 있습니다. CBN 공구로 고경도강을 절단할 때 공구와 칩의 온도는 1000℃를 초과할 수 있습니다.

공구 마모와 공구 수명의 관계

공구 마모 패턴은 다음 범주로 나눌 수 있습니다.

리어 커터 페이스 마모

그루브 마모

크레이터 마모

최첨단 붕괴

뜨거운 균열

버스트 실패

현재 업계에서 보편적으로 인정되는 공구 수명에 대한 통일된 정의는 없습니다. 피삭재 재질과 절삭 기술에 따른 공구 수명을 지정해야 합니다. 공구 수명을 정량화하는 방법은 후면의 허용 가능한 최대 마모 값, 즉 VB 또는 VBmax를 정의하는 것입니다.

리어 커터 페이스 마모

수학적 관점에서 공구 수명은 다음 공식으로 나타낼 수 있습니다. Taylor 공식은 공구 수명 예측을 위한 좋은 근사 계산 방법을 제공합니다.

Vctn = C, 이는 Taylor 공식의 일반적인 형태입니다. 관련 매개변수는 다음과 같습니다.

VC = 절단 속도

T = 공구 수명

D = 절삭 깊이

F = 이송 속도

X 및 y는 실험에 의해 결정됩니다. N 및 C는 실험 또는 경험적 값에 의해 결정된 상수입니다. 공구 재료, 공작물 재료 및 이송 속도가 다르기 때문에 서로 다릅니다.

실용적인 관점에서 과도한 공구 마모를 억제하고 고온을 극복하려면 모재, 코팅 및 절삭 날 처리의 세 가지 핵심 요소에주의를 기울여야합니다. 각 요소는 금속 절단의 성공 또는 실패와 관련이 있습니다. 이 세 가지 요소는 칩 컬링 홈의 모양 및 도구 끝의 필렛 반경과 결합되어 각 도구의 적용 가능한 재료와 적용 사례를 결정합니다. 위의 모든 매개 변수는 함께 작동하여 절삭 공구의 긴 수명을 보장하고 마지막으로 가공의 경제성과 신뢰성을 반영합니다.

행렬

내마모성과 인성을 갖춘 텅스텐 카바이드 공구는 더 넓은 범위의 가공 응용 분야를 가지고 있습니다. 도구 공급업체는 일반적으로 매트릭스의 성능을 파악하기 위해 WC 입자 크기 범위를 0.3μm에서 5μm로 제어합니다. WC 입자 크기는 공구 절삭 성능에 큰 영향을 미칩니다. WC 입자 크기가 작을수록 도구의 내마모성이 높아집니다. 반대로 WC 입자 크기가 클수록 도구 인성이 더 좋습니다. 초미세 입자 기지로 만들어진 블레이드는 주로 티타늄 합금, 인코넬 합금, 고온 합금 등과 같은 항공 우주 산업의 가공 재료를 처리하는 데 사용됩니다.

축적 종양

또한 코발트 함량을 6%에서 12%로 조정하여 매트릭스의 인성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 따라서 금속 가공 적용 시 인성 및 내마모성에 대한 도구의 요구 사항을 충족하도록 매트릭스 재료의 조성을 조정하기만 하면 됩니다.

매트릭스의 특성은 표면층에 인접한 코발트가 풍부한 층에 의해 향상될 수 있을 뿐만 아니라 초경합금에 다른 유형의 합금 원소(예: 티타늄 카바이드(TIC), 탄탈륨 카바이드(TAC), 바나듐 카바이드(VC) 및 니오븀 카바이드(NBC). 코발트가 풍부한 층은 절삭 날 강도를 크게 향상시켜 공구가 거친 가공 및 간헐적 가공 응용 분야에서 탁월한 성능을 발휘하도록 합니다.

뜨거운 균열

또한 공작물 재료를 일치시키고 특정 가공 요구 사항을 충족하기 위해 적절한 매트릭스를 선택할 때 충격 인성, 횡방향 파괴 강도, 압축 강도, 경도 및 열 충격 인성의 5가지 물리적 특성을 고려해야 합니다.

코팅

현재 시장의 주류 코팅 재료는 다음과 같습니다.

질화 티타늄(TIN) – 일반적으로 PVD 코팅은 높은 경도와 높은 산화 저항 온도의 특성을 가지고 있습니다.

티타늄 질화물 카바이드(TiCN) – 탄소를 추가하면 코팅의 경도와 자체 윤활성을 향상시킬 수 있습니다.

알루미나 층으로 구성된 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN 또는 AlTiN)은 특히 준 건식/건식 절삭의 경우 절삭 온도가 높은 작업에서 공구 수명을 연장합니다. TiAlN 코팅과 비교하여 코팅의 표면 경도는 알루미늄과 티타늄의 비율이 다르기 때문에 더 높습니다. 이 코팅 방식은 고속 가공 응용 분야에 매우 적합합니다.

높은 경도와 높은 내마모성의 장점을 지닌 크롬 질화물(CRN)은 칩 부착을 방지하기 위한 첫 번째 선택 솔루션입니다.

다이아몬드(PCD) – 특히 흑연, 금속 매트릭스 복합재, 고규소 알루미늄 합금 및 기타 연삭 재료 가공을 위해 비철 합금 재료의 가공 성능이 가장 뛰어납니다. 화학 반응이 코팅과 모재의 결합을 파괴하기 때문에 강철을 가공하는 것은 전혀 적합하지 않습니다.

크레이터 마모

최근 몇 년 동안의 코팅 재료 개발 및 시장 수요 증가 분석을 통해 CVD 코팅 도구보다 PVD 코팅 도구가 더 인기가 있음을 알 수 있습니다. CVD 코팅 두께는 일반적으로 5-15미크론으로 다양합니다.

PVD 코팅의 두께는 일반적으로 2-6 μM 사이입니다. CVD 코팅이 기판의 상부 표면에 적용될 때 CVD 코팅에서 인장 응력이 생성되고 PVD 코팅에서 압축 응력이 생성됩니다. 이 두 요소는 절삭날, 특히 간헐 절삭 또는 연속 가공에서 공구 성능에 큰 영향을 미칩니다. 코팅 공정에서 새로운 합금 원소를 추가하는 것은 코팅의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라 코팅의 특성을 향상시키는 데에도 도움이 됩니다.

블레이드 커팅 엣지 처리

많은 경우 절삭날 처리(패시베이션)가 가공의 성패를 결정합니다. 패시베이션 매개변수는 사전 설정된 애플리케이션에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 강재의 고속 정삭에 필요한 인선 처리는 황삭에 사용되는 것과는 완전히 다릅니다.

일반적으로 연속 선삭은 대부분의 강 및 주철 밀링과 마찬가지로 절삭날의 패시베이션이 필요합니다. 가혹한 간헐적 가공의 경우 패시베이션 매개변수를 증가시키거나 절삭날의 t-land 음의 챔퍼링이 필요합니다.

이에 반해 스테인리스강이나 초합금을 가공할 때는 작은 부동태반경을 얻기 위해 날을 부동태화해야 하고 날카로운 인선을 채택해야 한다. 이러한 재료를 가공할 때 칩 부착이 쉽기 때문이다. 마찬가지로 알루미늄을 가공할 때도 날카로운 절삭날이 필요합니다.

기하학에서 iska는 나선형 절단 날이 있는 광범위한 블레이드를 제공하며, 그 프로파일은 축을 따라 원통형 표면 주위에 점진적으로 분포됩니다. 나선형 블레이드의 방향은 나선과 유사합니다. 나선형 모서리 디자인의 장점 중 하나는 절단 프로세스를 부드럽고 과도하게 만들고 떨림을 줄이며 더 높은 표면 조도를 얻는 것입니다. 또한 나선형 절삭 날은 더 많은 절삭 부하를 견딜 수 있으므로 절삭력을 줄이고 동시에 더 많은 금속을 제거할 수 있습니다. 헬리컬 절삭 공구의 또 다른 장점은 절삭력과 열이 낮기 때문에 공구 수명이 더 길다는 것입니다.