기계 가공 개발의 전반적인 추세는 고효율, 고정밀, 고유연성 및 향상된 환경 의식입니다. 기계 가공 분야에서 절삭(연삭) 가공은 가장 널리 사용되는 가공 방법입니다. 고속 절삭은 절삭 가공의 개발 방향이며 절삭 가공의 주류가 되었습니다. 그것은 첨단 제조 기술의 중요한 공통 핵심 기술입니다. 고속 절삭 기술의 홍보 및 응용은 생산 효율성과 가공 품질을 크게 향상시키고 비용을 절감할 것입니다. 고속 절삭 기술의 개발 및 응용은 공작 기계 및 공구 기술의 진보에 의해 결정되며, 그 중 공구 재료의 진보가 결정적인 역할을 합니다.
연구에 따르면 고속으로 절단할 때 절단 속도가 증가함에 따라 절삭력이 감소하고 절단 온도가 매우 높게 상승하며 특정 값에 도달한 후 상승이 점차 느려집니다. 공구 손상의 주요 원인은 절삭력과 절단 온도의 작용으로 인한 기계적 마찰, 결합, 화학적 마모, 칩핑, 분쇄 및 소성 변형과 같은 마모 및 손상입니다. 따라서 고속에 대한 가장 중요한 요구 사항 절단 도구 재료는 기계적 특성, 열물리적 특성, 고온에서의 안티본딩 특성, 화학적 안정성(산화성, 확산성, 용해성 등) 및 열충격 저항성 및 코팅 균열 저항성입니다. 이러한 요구 사항을 기반으로 지난 20년 동안 고속 절삭에 적합한 여러 공구 재료가 개발되어 다양한 절삭 조건에서 다양한 작업물 재료를 절삭할 수 있습니다.
우리는 항상 공구의 내마모성을 보장하기 위한 높은 경도와 공구 파손을 방지하기 위한 높은 인성을 모두 갖춘 공구 소재를 얻기를 바랐지만, 현재의 기술 개발은 아직 그러한 우수한 성능의 공구 소재를 찾지 못했고, 둘 다 가질 수 없습니다. 따라서 우리는 실무의 필요에 따라 더 적합한 공구 소재를 선택할 것입니다. 공구 소재의 인성은 거친 가공에서 우선시되고, 공구 소재의 경도는 정밀 가공에서 우선시됩니다. 물론, 사람들은 또한 초고속 절삭 속도로 가공하여 더 나은 결과를 얻기를 기대합니다.
알루미늄 합금 소재 가공
자유절단 알루미늄 합금은 항공우주 산업에서 널리 사용됩니다. 적합한 도구에는 K10, K20 및 PCD가 포함됩니다. 절삭 속도는 2000~4000m/min이고, 이송 속도는 3~12m/min이며, 도구 레이크 각도는 12°~18°이고, 백 각도는 10°~18°이며, 블레이드 경사 각도는 25°에 도달할 수 있습니다.
주조 알루미늄 합금은 기본 Si 함량에 따라 다른 도구를 사용합니다. Si 함량이 12% 미만인 주조 알루미늄 합금의 경우 K10 및 Si3N4 도구를 사용할 수 있습니다. Si 함량이 12%보다 큰 경우 PKD(인조 다이아몬드), PCD(다결정 다이아몬드) 및 CVD 다이아몬드 코팅 도구를 사용할 수 있습니다. Si 함량이 16%~18%인 실리콘 오버 실리콘 알루미늄 합금의 경우 절삭 속도가 1100m/min이고 이송 속도가 0.125mm/r인 PCD 또는 CVD 다이아몬드 코팅 도구를 사용하는 것이 가장 좋습니다.
주철 소재 가공
또는 주조물의 경우 절삭 속도가 350m/min보다 클 때 고속 가공이라고 하며 절삭 속도는 공구 선택에 큰 영향을 미칩니다. 절삭 속도가 750m/min보다 낮을 때는 코팅된 카바이드와 금속 세라믹을 사용할 수 있습니다. 절삭 속도가 510~2000m/min일 때는 Si3N4 세라믹 공구를 사용할 수 있습니다. 절삭 속도가 2000~4500m/min일 때는 CBN 공구를 사용할 수 있습니다. 주조물의 금속 조직은 고속 절삭 공구 선택에 어느 정도 영향을 미칩니다. 절삭 속도가 펄라이트가 지배적인 주조물을 가공하는 경우 500m/min보다 클 때는 CBN 또는 Si3N4를 사용할 수 있습니다.
페라이트가 우세한 경우 확산 마모로 인해 공구 마모가 심각합니다.CBN을 사용하든 안하든 세라믹 공구를 사용해야 합니다.예를 들어, 결합상이 금속 Co이고 평균 입자 크기가 3um이고 CBN 함량이 90%~95%보다 큰 경우, BZN6000은 V=700m/min일 때 페라이트 함량이 높은 회주철을 가공하는 데 적합합니다.세라믹(AIN+AIB2) 결합상, 평균 입자 크기가 10um이고 CBN 함량이 90%~95%인 앰보라이트 블레이드는 펄라이트 함량이 높은 회주철을 가공할 때 절삭 속도가 1100m/min 미만일 때 절삭 속도가 증가함에 따라 공구 수명이 증가합니다.
일반 강철 소재 가공
절삭 속도는 강철의 표면 품질에 큰 영향을 미칩니다. 연구에 따르면 최적의 절삭 속도는 500~800m/min입니다. 현재 코팅된 카바이드 공구, 금속 세라믹 공구, 비금속 세라믹 공구, CBN 공구는 모두 강철 부품의 고속 절삭을 위한 공구 재료로 사용할 수 있습니다. 그 중 코팅된 카바이드 공구는 절삭유를 사용할 수 있습니다. PVD 코팅법으로 생산된 TiN 코팅 공구의 내마모성은 CVD 코팅법으로 생산된 코팅 공구보다 우수합니다. 전자는 절삭날의 모양을 잘 유지할 수 있기 때문에 가공된 부품은 더 높은 정밀도와 표면 품질을 얻을 수 있습니다.
세르멧 툴 카운티는 현재 큰 시장 점유율을 차지하고 있습니다. TC-Ni-Mo를 기반으로 하는 금속 세라믹은 화학적 안정성이 좋지만 굽힘 강도와 열 전도도가 낮습니다. 이들은 400~800m/min의 절삭 속도에서 작은 공급 및 작은 절삭 깊이로 마무리하는 데 적합합니다. 매트릭스로 TiCN을 사용하고 바인더에 몰리브덴이 적고 텅스텐이 많은 금속 세라믹은 강도와 내마모성을 결합합니다. TiN은 금속 세라믹의 인성을 높이는 데 사용됩니다. 강철 또는 주철의 절삭 깊이는 2~3mm에 도달할 수 있습니다.
고경도 강철 소재 가공
고경도강(HRC40~70)용 고속 절삭 공구는 금속 세라믹 공구, 세라믹 공구, TiC 코팅 카바이드 공구, PCBN 공구 등이 될 수 있습니다. 금속 세라믹은 TiC를 기본 성분으로 하고 TiN을 첨가한 금속 세라믹이 될 수 있습니다. 경도와 파괴 인성은 초경합금과 거의 동일하고 열전도도는 초경합금의 1/10 미만이며 내산화성, 접착 저항성 및 내마모성이 뛰어납니다. 또한 고온에서 기계적 성질이 좋고 강과의 친화성이 낮아 중·고속(약 200m/분) 금형강 SKD 가공에 적합합니다. 금속 세라믹은 특히 홈 가공에 적합합니다. 세라믹 공구는 경도가 HRC63인 공작물 재료를 절단하는 데 사용할 수 있습니다. 절단 전에 공작물을 담금질하면 "연삭 대신 절단"을 달성할 수 있습니다.
HRC48~58의 담금질 경도를 가진 45강을 절단할 때, 절단 속도는 150~180m/min, 이송 속도는 0.3~0.4min/r, 절단 깊이는 2~4mm가 될 수 있습니다. 입자 크기가 1um이고 TiC 함량이 20%~30%인 AI203-TiC 세라믹 공구는 약 100m/min의 절단 속도에서 높은 안티 스트리핑 성능을 가진 고경도 강을 가공하는 데 사용할 수 있습니다. 절단 속도가 1000m/min보다 높을 때 PCBN이 가장 좋은 공구 재료이고 CBN 함량이 90%보다 큰 PCBN 공구는 경화 공구 강(예: HRC55의 H13 공구 강)을 가공하는 데 적합합니다.
고온 니켈 기반 합금 소재 가공
인코넬718 니켈 기반 합금은 고온 강도, 동적 전단 강도 및 낮은 열 확산 계수를 가진 전형적인 난가공 재료입니다. 절삭 중에 가공 경화가 발생하기 쉽고, 이는 공구의 절삭 영역에서 고온과 가속 마모로 이어질 것입니다. 이 합금을 고속으로 절삭할 때 세라믹 및 CBN 공구가 주로 사용됩니다. 실리콘 카바이드 휘스커 강화 알루미나 세라믹은 100~300m/min에서 더 긴 공구 수명을 얻을 수 있습니다. 절삭 속도가 500m/min보다 높을 때 TiC 첨가 알루미나 세라믹의 공구 마모는 작고, 노치 마모는 100~300m/min에서 큽니다.
질화규소 세라믹(Si3N4)도 Inconel718 합금을 가공하는 데 사용할 수 있습니다. 일반적으로 SiC 휘스커 강화 세라믹으로 Inconel718을 가공하는 데 가장 적합한 절삭 조건은 다음과 같습니다. 절삭 속도 700m/min, 절삭 깊이 1~2mm, 이송 속도 0.1~0.18mm/z, Sialon 세라믹은 인성이 높고 용액 처리된 Inconel 718(HRC45) 합금을 절삭하는 데 적합합니다. AI203-SiC 휘스커 강화 세라믹은 경도가 낮은 니켈 기반 합금을 가공하는 데 적합합니다.
티타늄 합금(Ti6Al6V2Sn) 소재 가공
티타늄 합금은 강도와 충격 인성이 높고 경도는 인코넬 718보다 약간 낮지만 가공 경화가 매우 심각하여 절삭 시 고온과 심각한 공구 마모가 발생합니다. 실험 결과 직경 10mm의 카바이드 K10 2날 나선형 밀링 커터(나선 각도 30°)로 티타늄 합금을 고속 밀링하면 만족스러운 공구 수명을 얻을 수 있으며 절삭 속도는 최대 628m/min, 이빨당 이송은 0.06~0.12mm/z가 될 수 있습니다. 티타늄 합금의 연속 고속 선삭 절삭 속도는 200m/min을 초과해서는 안 됩니다.
복합소재 가공
항공우주에 사용되는 첨단 복합소재는 과거에 카바이드와 PCD를 사용했습니다. 카바이드의 절삭 속도는 제한적이었습니다. 그러나 900℃ 이상의 고온에서는 PCD 블레이드가 카바이드 또는 고속 강철 커터 바디와의 용접 지점에서 녹아내리고 세라믹 공구는 약 300m/min의 고속 절삭을 달성할 수 있습니다.
