올바른 절삭 공구 소재를 선택하는 방법(CNC 및 선반 가이드)

세상에서 CNC 가공 및 선삭절삭 공구는 기사의 검과 같습니다. 적절한 절삭 공구 소재를 선택하는 것은 생산 효율 최적화, 비용 절감, 부품 품질 향상을 위한 가장 중요한 결정 중 하나입니다. 잘못된 공구를 사용하면 공구 파손, 표면 조도 불량, 생산성 저하 등의 문제가 빈번하게 발생합니다.

이 가이드에서는 주요 절삭 공구 재료를 살펴보고 가공 작업에 따라 최상의 선택을 할 수 있도록 명확한 프레임워크를 제공합니다.

절삭 공구의 재료가 왜 그렇게 중요한가요?

절단 공정은 매우 높은 열과 압력을 발생시킵니다. 공구 소재는 다음 사항을 견뎌야 합니다.

· 내마모성: 칩에 의한 마모를 방지하고 날카로움을 유지합니다.

· 경도: 가공되는 재료보다 더 단단해야 하며, 특히 고온에서는 더욱 단단해야 합니다(이를 "적색 경도"라고 함).

· 인성(Toughness) : 충격과 간헐적인 절삭력을 견딜 수 있어 깨짐과 파손을 방지합니다.

· 고온경도: 절삭 중에 발생하는 고온에서 경도를 유지하는 능력.

어떤 재료도 모든 면에서 완벽할 수는 없습니다. 선택 과정은 특정 가공 과제를 해결하기 위해 이러한 속성들 사이에서 최적의 균형을 찾는 것입니다.

주요 절삭공구 소재에 대한 자세한 설명

오늘날 가장 흔히 사용되는 절삭 공구 재료의 종류를 가장 일반적인 것부터 가장 특수한 것까지 순서대로 나열해 보겠습니다.

고속도강(HSS)

정의: 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 바나듐 등의 원소를 첨가하여 만든 고급 합금 공구강입니다.

· 장점: 뛰어난 인성, 낮은 비용, 매우 복잡한 도구 모양(드릴, 탭, 브로치 등)을 제조할 수 있으며, 재연마가 쉽습니다.

· 단점: 내마모성과 열경도가 낮고(약 600℃에서 연화됨), 절삭속도가 초경합금에 비해 훨씬 느립니다.

· 가장 적합한 용도: 저속 가공, 간헐적 절삭, 복잡한 형상의 공구, 비철 금속 가공, 수리 작업장 및 소량 생산.

2. 카바이드

정의: 텅스텐 카바이드(WC) 입자와 코발트(Co) 바인더를 사용하여 분말 야금 공정으로 소결합니다. 텅스텐 카바이드는 경도를, 코발트는 인성을 제공합니다. 이는 현대 CNC 가공의 핵심 동력입니다.

· 장점: 내마모성과 열경도(최대 1000°C)가 우수하며, 허용 절삭 속도가 HSS의 2~3배 이상입니다. 또한, 뛰어난 다재다능성을 자랑합니다.

· 단점: HSS보다 취성이 강하고 가격이 비쌉니다.

· 최적의 적용 분야: 강철, 스테인리스강, 주철 및 초합금에 이르기까지 대부분의 소재의 준정삭부터 정삭까지. (참고: 초경합금 자체는 광범위한 범주이며, 코팅 및 조성 조정을 통해 성능이 크게 달라질 수 있습니다.)

3. 코팅 카바이드

설명: CVD(화학 기상 증착) 또는 PVD(물리 기상 증착) 공정을 통해 매우 얇은(몇 마이크로미터) 초경질 재료 필름을 단단한 합금 기판에 증착합니다.

· 일반적인 코팅:

· 질화티타늄(TiN) : 범용 황금 코팅으로 내마모성을 향상시킵니다.

· 질화티타늄(TiCN) : TiN보다 내마모성이 우수하며 청색 또는 회색입니다.

· 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)/크롬 알루미늄 질화물(AlCrN): 고급 코팅입니다. 높은 절삭 온도에서 알루미나층이 형성되어 매우 높은 열 경도와 내산화성을 가지므로 고속 가공 및 건식 절삭에 매우 적합합니다.

· 장점: 코팅은 표면 경도, 열 차단 성능 및 윤활성을 크게 향상시켜 공구 수명을 몇 배나 늘립니다.

· 최적의 적용 분야: 거의 모든 가공 시나리오를 포괄하며, 가공 소재에 따라 선택이 달라집니다. TiAlN은 강철 및 주철 가공에 탁월한 선택입니다.

4. 도자기

그것은 무엇인가: 주로 두 가지 범주로 나뉜다. 알루미나(Al2O3) 기반(고속 주철 가공에 사용)과 질화규소(Si3N4) 기반(주철의 고속 거친 가공에 사용).

· 장점: 시멘트 카바이드보다 열 경도와 내마모성이 높고, 화학적 안정성이 좋으며, 절삭 속도가 매우 빠릅니다.

· 단점: 매우 취성이 강하고 충격과 간헐적 절단에 대한 내구성이 약하며 알루미늄과 같은 점성 재료에는 적합하지 않습니다.

· 최적의 적용 분야: 주철 및 초합금의 고속 마무리 및 건식 절단.

5. 입방정 질화붕소(CBN)

정의: 다이아몬드 다음으로 경도가 높은 인공 소재입니다. 일반적으로 경질 합금 인서트에 작은 CBN 팁을 용접하여 판매됩니다.

· 장점: 경도가 매우 높고 열 안정성이 뛰어나 강철 및 냉각 주철의 가공 경화에 매우 적합합니다.

· 단점: 비용이 매우 높고 견고성이 보통입니다.

· 최적의 용도: 45HRC 이상의 경도를 가진 담금질강(예: 다이스강, 기어). "선삭" 대신 "선삭"을 위한 최고의 선택입니다. "분쇄" 공정.

6. 다결정 다이아몬드(PCD)

이것은 무엇입니까? 고온, 고압에서 인공 다이아몬드 입자를 소결하여 만들어지며, 보통 단단한 합금 기질에 용접하기도 합니다.

· 장점: 현재 사용 가능한 가장 단단하고 내마모성이 뛰어난 절단 재료입니다.

· 단점: 매우 비싸고, 매우 부서지기 쉽고, 철 기반 소재(강철, 주철)와 화학 반응을 일으킬 수 있습니다(탄소는 800°C에서 확산됨). 따라서 철 금속을 가공하는 데 사용할 수 없습니다.

· 최적의 적용 분야: 실리콘-알루미늄 합금, 복합 소재, 탄소 섬유, 플라스틱, 구리 및 고실리콘 알루미늄 합금과 같은 비철 금속 및 연마재(연마재)의 고속 및 고정밀 가공.

선택 방법: 의사 결정 흐름도 및 핵심 요소

귀하의 용도에 맞는 도구 재료를 선택할 때 다음 순서에 따라 생각해 보세요.

1. 가공할 공작물 소재(공작물 소재) - 이것이 가장 중요한 요소입니다!

알루미늄, 구리, 복합 소재 등: PCD는 고속, 고품질, 긴 수명을 위한 최고의 선택입니다. 무코팅 초경합금은 경제적인 선택입니다.

· 탄소강, 합금강, 스테인리스강: 코팅 초경합금(TiAlN/AlCrN)은 보편적인 선택입니다. 저속 또는 복잡한 절삭 공구의 경우 HSS가 여전히 적합합니다. 담금질 및 경화강(HRC 45 이상)에는 CBN이 선택됩니다.

· 주철: 코팅된 경질 합금은 매우 효과적입니다. 고속 가공에는 세라믹이 이상적인 선택입니다.

· 고온 합금(인코넬 합금, 티타늄 합금 등): 특수 강인 코팅(AlCrN 등)이 적용된 특수 경질 합금 재종이 필요합니다. 세라믹 및 CBN도 적용 가능합니다.

· 비금속(플라스틱, 목재 등): 코팅되지 않은 경질 합금이나 HSS가 일반적으로 충분합니다. 마모성이 강한 강화 플라스틱의 경우 PCD가 가장 긴 수명을 제공합니다.

2. 처리 작업 유형

· 거친 가공 vs. 마무리 가공: 거친 가공에는 인성이 필요하고(인성이 더 좋은 단단한 합금 종류를 선택), 마무리 가공은 내마모성과 경도를 우선시합니다(더 단단한 종류나 CBN/PCD를 선택).

· 연속 절삭 vs. 단속 절삭: 밀링은 일반적으로 단속 절삭이며 높은 인성(경합금 또는 HSS)이 필요합니다. 바깥쪽 원을 선삭하는 작업은 일반적으로 연속 절삭이며, 더 단단하고 취성이 높은 소재(예: 세라믹)를 사용할 수 있습니다.

3. 공작 기계 및 설정

강성이 부족한 오래된 기계 공구나 세팅은 진동을 일으키기 쉽고, 더 높은 인성을 갖춘 공구(예: 견고한 시멘트 카바이드나 HSS)가 필요합니다.

현대의 고속, 고강성 CNC 공작 기계 세라믹과 코팅된 시멘트 카바이드의 성능을 최대한 활용할 수 있습니다.

4. 비용 고려 사항

· 초기 비용 대비 단위 비용: CBN 및 PCD 블레이드는 매우 비싸지만 대량 생산 시 매우 긴 사용 수명과 매우 높은 가공 효율성으로 인해 각 부품의 가공 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

· 소량 생산, 프로토타입 제작: 코팅 초경합금은 최고의 다재다능함과 가격 대비 성능을 제공합니다. HSS는 매우 복잡한 형상이나 소량 작업에도 비용 효율적입니다.