콜드 톱: 정의와 작동 방식

과열 없이 금속을 절단하는 방법이 궁금한 적이 있나요? 원형 날을 사용하는 콜드 톱은 열을 공작물 대신 톱밥에 전달하여 두 가지 모두 시원하게 유지합니다. 이 방법을 사용하면 버 없이 정밀하게 절단할 수 있어 다양한 금속 가공 분야에 이상적입니다. 이 글에서는 콜드 톱날의 종류와 절단 속도, 정확도 향상, 재료 응력 감소, 칼날 수명 연장 등 콜드 톱 사용의 장점에 대해 알아보세요. 콜드 톱으로 금속 절단 공정을 개선할 수 있는 방법을 자세히 알아보세요.

목차

금속 절단 냉간 톱이라고도 하는 냉간 톱은 효율적이고 정확한 재료 가공을 위해 원형 날을 사용하는 정밀 금속 절단 공구입니다. 이 절단 방식은 작동 중 고유한 열 관리 특성에서 그 이름이 유래되었습니다. 톱날의 톱니가 공작물과 맞물리면서 발생하는 열의 대부분은 공작물이나 톱날 자체에 흡수되지 않고 금속 칩(가공용어로는 스와프라고 함)으로 효율적으로 전달됩니다.

이 방열 메커니즘은 몇 가지 장점을 제공합니다:

  1. 온도 제어: 냉간 톱질 공정은 공작물과 칼날의 온도를 낮게 유지하여 열 왜곡을 최소화하고 치수 정확도를 보장합니다.
  2. 공구 수명 연장: 칼날에 가해지는 열 스트레스가 감소하여 기존 절단 방식에 비해 수명이 크게 연장됩니다.
  3. 향상된 표면 마감: 제어된 절단 환경으로 2차 마감 작업의 필요성을 최소화하면서 더 깨끗하고 버가 없는 절단이 가능합니다.
  4. 건식 절단 기능: 많은 응용 분야에서 냉간 톱은 절삭유 없이도 작동할 수 있어 환경에 미치는 영향을 줄이고 절단 프로세스를 간소화할 수 있습니다.

콜드 톱의 종류

콜드 톱날은 크게 두 가지 유형으로 분류됩니다: 고속 강철(HSS) 블레이드와 텅스텐 카바이드 팁(TCT) 합금 블레이드입니다. 각 유형은 다양한 절단 용도에 따라 뚜렷한 장점을 제공합니다.

고속 강철(HSS) 블레이드

HSS 블레이드는 일반적으로 M2 또는 M35 등급 강철로 제조됩니다. 절단 속도는 분당 10~150미터이며, 공작물 재질과 치수에 따라 다릅니다. 고급 코팅 HSS 블레이드는 분당 최대 250미터의 절단 속도를 달성할 수 있어 향상된 성능을 제공합니다.

HSS 블레이드의 톱니 이송 속도는 톱니당 0.03~0.15밀리미터이며, 톱 장비의 출력, 토크 및 전반적인 품질에 따라 달라질 수 있습니다. HSS 블레이드는 50~650밀리미터의 외경으로 제공되며, 표준 경도는 HRC 65입니다.

HSS 칼날의 주요 장점은 재연마가 가능하다는 점으로, 일반적으로 공작물 사양에 따라 15~20회의 재연마 주기가 가능합니다. 더 큰 HSS 블레이드 사양의 경우 절삭 수명이 절삭 끝면 면적의 0.3~1제곱미터까지 연장될 수 있습니다.

직경이 2000mm를 초과하는 블레이드의 경우 복합 구조가 사용되는 경우가 많습니다. 여기에는 톱니에는 HSS 인레이를 사용하고, 블레이드 본체는 바나듐 또는 망간강으로 제작하여 성능과 내구성을 최적화합니다.

텅스텐 카바이드 팁(TCT) 합금 블레이드

TCT 칼날은 뛰어난 경도와 내마모성으로 잘 알려진 텅스텐 카바이드로 만든 절삭 날이 특징입니다. 이 칼날은 분당 60~380m의 절단 속도로 작동하며 다양한 공작물 재료와 치수에 맞게 조정할 수 있습니다. TCT 블레이드의 톱니 이송 속도는 톱니당 0.04~0.08밀리미터입니다.

TCT 블레이드는 일반적으로 직경 250~780mm로 제공됩니다. 철 소재 절삭에는 두 가지 다른 TCT 블레이드 디자인이 널리 사용됩니다:

1. 고속, 미세 이빨 블레이드:

  • 작은 톱니와 얇은 블레이드 프로파일이 특징입니다.
  • 빠른 절단 속도로 작동
  • 15~50평방미터를 절단할 수 있는 연장된 칼날 수명 제공
  • 재연마용이 아닌 일회용 칼날로 설계되었습니다.

2. 튼튼하고 이가 굵은 칼날:

  • 더 큰 톱니와 더 두꺼운 블레이드 프로파일이 특징입니다.
  • 낮은 절삭 속도에서 작동
  • 대형 공작물 절단에 이상적
  • 직경 2000밀리미터 이상에서 사용 가능
  • 일반적인 절단 수명 약 8평방미터
  • 5~10회 재연마가 가능하여 성능과 수명의 균형을 맞출 수 있습니다.

HSS 블레이드와 TCT 블레이드 사이의 선택과 각 범주 내의 특정 블레이드 디자인은 공작물 재료, 크기, 절삭 속도 요구 사항, 초기 비용과 장기 효율성 사이의 원하는 균형과 같은 요인에 따라 달라집니다.

고속 강철 냉간 절단 톱날
고속 강철 냉간 톱의 일부

비교

(망간강 플라잉 톱과 비교)

콜드 톱 절단과 마찰 톱 절단은 절단 메커니즘과 그 결과 효과에서 큰 차이가 있습니다:

망간강 플라잉 톱: 이 방법은 고속 회전하는 망간강 날을 사용하여 공작물과 상당한 마찰을 일으킵니다. 접촉 지점에서 발생하는 강한 열로 인해 용접된 파이프가 국부적으로 용융되고 이후 분리됩니다. 이 공정은 본질적으로 제어된 번스루이며, 절단 표면에 눈에 보이는 그을린 자국과 열 영향을 받는 영역의 잠재적인 미세 구조 변화가 특징입니다.

고속 강철 냉간 절단 톱: 이와는 대조적으로, 이 기술은 느리게 회전하는 고속 강철 날을 사용하여 용접된 파이프에 밀링과 같은 절단 작업을 수행합니다. 제어된 절단 속도와 HSS 블레이드의 우수한 모서리 유지력으로 버 형성을 최소화하면서 부드럽고 정밀하게 절단할 수 있습니다. 이 방법은 열이 훨씬 적게 발생하여 절단부 근처의 재료의 미세 구조와 기계적 특성을 보존합니다. 또한 냉간 절단 공정은 마찰 톱질에 비해 소음이 현저히 줄어든 상태에서 작동합니다.

이러한 방법 중 선택은 재료 특성, 원하는 절단 품질, 생산 속도 요구 사항 및 다운스트림 처리 요구 사항과 같은 요인에 따라 달라집니다. 콜드 톱 절단은 일반적으로 우수한 절단 품질과 더 엄격한 공차를 제공하므로 높은 정밀도가 요구되거나 절단 후 마감 작업을 최소화해야 하는 응용 분야에 적합합니다.

장점

고속 강철 냉간 절단 톱은 금속 파이프 절단에 상당한 이점을 제공합니다:

절단 효율성: 이 톱은 최적의 절단 속도를 달성하여 작업 효율성과 생산성을 높입니다.

정밀도와 품질: 칼날의 편차가 최소화되어 강관 표면에 버가 거의 없는 절단을 생성합니다. 따라서 공작물 절단 정확도가 향상되고 블레이드 수명이 극대화됩니다.

열 안정성: 냉간 밀링 및 절단 방식을 사용하여 열을 최소화합니다. 따라서 절단 섹션의 내부 응력 분포와 재료 구조를 보존하여 바람직하지 않은 변경을 방지합니다. 칼날은 강관에 최소한의 압력을 가하여 파이프 벽과 입구의 변형을 방지합니다.

뛰어난 엔드 페이스 품질:

  • 내부 또는 외부 버가 없는 고정밀 절단 섹션
  • 평평하고 매끄러운 절단 표면으로 후속 가공(예: 모따기)이 필요 없음
  • 낮은 열 발생으로 인한 재료 특성 보존
  • 처리 단계 및 원자재 낭비 감소

작업자 인체공학: 이 프로세스는 작업자의 피로도를 낮춰 장시간 동안 지속적인 절단 효율을 유지합니다.

환경 및 안전상의 이점: 절단 과정에서 스파크, 먼지 또는 과도한 소음이 발생하지 않아 환경 친화적이고 에너지 효율적입니다.

비용 효율성과 수명: 특수 연삭기를 사용하여 칼날을 반복적으로 연마하여 새 칼날과 동등한 성능을 유지할 수 있습니다. 이 기능은 생산 효율성을 크게 향상시키고 운영 비용을 절감합니다.

애플리케이션 기술

공작물의 재료 특성 및 사양에 따라 톱질 매개변수를 최적화합니다:

  1. 블레이드 선택:
    - 톱니 피치: 재료 두께와 경도에 따라 적절한 1인치당 톱니 수(TPI)를 선택합니다.
    - 치아 형상: 소재에 맞는 최적의 톱니 모양(예: 스킵, 후크, 직선)을 선택합니다.
    - 레이크 및 클리어런스 각도: 절단 효율과 칩 배출을 최적화하기 위해 전면(레이크) 및 후면(클리어런스) 각도를 조정합니다.
    - 칼날 두께: 재료의 경도와 필요한 절단 정밀도에 따라 결정합니다.
    - 칼날 직경: 공작물 크기와 기계 용량에 따라 선택합니다.
  2. 커팅 속도:
    - 재료 유형과 경도에 따라 최적의 분당 표면 피트(SFM) 또는 분당 미터(m/min)를 설정합니다.
    - 특정 합금 또는 열처리된 재료에 맞게 조정하여 조기 칼날 마모 또는 공작물 손상을 방지합니다.
  3. 피드 속도:
    - 적절한 치아당 인치(IPT) 또는 치아당 밀리미터(mm/치아) 이송 속도를 결정합니다.
    - 원하는 칩 하중과 절삭력을 얻기 위해 이송 속도와 절삭 속도의 균형을 맞춥니다.
  4. 냉각수 선택:
    - 재료와 절단 조건에 따라 적절한 절삭유 또는 절삭유를 선택합니다.
    - 효율적인 칩 제거와 열 방출을 위해 냉각수 공급 방법과 압력을 최적화합니다.
  5. 공작물 클램핑:
    - 진동을 최소화하고 절단 정확도를 유지하기 위해 공작물을 올바르게 고정해야 합니다.
  6. 모니터링 및 조정:
    - 가능한 경우 절삭력, 진동 및 온도에 대한 실시간 모니터링을 구현하세요.
    - 관찰된 칩 형성, 절단 품질, 칼날 마모 패턴에 따라 매개변수를 미세 조정합니다.

문제의 존재와 그 치료

진동 문제와 그 해결 방법

절단 과정에서 진동이 발생하여 절단 효과가 떨어지거나 장비 가동 중단 시간이 길어지거나 절단 과정에서 블레이드가 파손되거나 스핀들에 고르지 않은 압력으로 인한 베어링 화상과 같은 기타 문제가 발생할 수 있습니다. 톱질로 절단된 강철의 표면 크기와 버가 공차를 벗어난 경우.

취해진 조치:

(1) 기존 방식: 설치 과정에서 레벨링을 채택하고 (기준점을 기준으로 상부 슬라이드 지지대와 하부 아이들러 휠의 수평 위치를 설정) 와이어 드로잉 방법을 사용하여 V 자형 휠을 일직선으로 정렬하여 아이들러 휠이 균일 한 높이와 동일한 선에 있도록합니다. 상부 슬라이드 지지대의 힘 분석을 기반으로 톱 커버 영역에 평형추를 추가하여 힘의 균형을 맞추고 안정적인 작동을 보장합니다.

강철의 적재 문제와 그 처리

절단 과정에서 응력이 고르지 않으면 특히 작은 크기의 강철을 절단할 때 강철이 쌓여 톱날과 장비가 손상될 수 있습니다.

취해진 조치:

(1) 기압 구동 토크 클램핑 장치를 절단 포트에 설치하여 스택 현상을 제거하고 톱날을 보호하며 톱날에 작용하는 반경 방향 힘에 의한 강철의 변형으로 발생하는 반력을 줄입니다.

(2) 절단 포트에 지지 롤러를 추가하고 지지 롤러를 늘린 후 클램핑 장치와 함께 작동하여 절단하기 전에 강철에 압력을가합니다. 이렇게하면 톱날의 표면 품질이 크게 향상되고 톱날의 손상률이 크게 감소합니다.

넓은 물 분사 면적과 그 처리 문제

냉간 톱에 들어갈 때 둥근 강철은 약 320℃이며 절단 및 인출 과정에서 톱날을 식히기 위해 물을 분사합니다. 실제 생산에서는 물 분사 면적이 너무 커서 강철의 표면 품질이 저하되고 물 낭비가 발생합니다.

취해진 조치:

(1) 기존 스프링클러 배관을 스프레이 배관으로 교체합니다. 더 많은 노즐이 추가되고 절단 지점의 키 스프레이에는 안개 스프레이 방식이 사용됩니다. 노즐 끝이 원호 오목한 표면을 가지고 있기 때문에 물 안개를 분무하고 스프레이를 균일하게 만들 수 있으며 나사 연결을 사용하기 때문에 교체가 용이하여 유지 보수 작업에 도움이됩니다.

(2) 주변 냉각 방법을 사용하여 톱 커버를 냉각하고 주요 부품의 절단 포트와 절단 톱니를 목표 방식으로 분무 냉각합니다.

 (3) 톱질 중에 공급할 때 스프레이 밸브를 사용하고 분사 압력을 높입니다. 인출 중에는 스프레이 밸브가 닫힙니다.

톱 커버와 톱날 사이의 마찰 문제 및 처리 방법

톱 커버와 톱날 사이의 마찰은 상단 슬라이드 지지대의 전반적인 진동을 유발하여 모터 접지 볼트를 느슨하게 만들고, 이것이 장시간 지속되면 베어링 화상 또는 모터 화상의 직접적인 원인이 됩니다.

취해진 조치:

 (1) 원래 톱 커버 스핀들의 연결 방법이 불합리하고 톱 커버 핀 샤프트의 응력 지점이 상단 슬라이드 지지대의 한쪽 측면 플레이트에있어 측면 플레이트가 쉽게 변형되고 톱 커버가 기울어졌습니다. 핀 샤프트를 늘리고 응력 지점을 높이고 측면 플레이트를 지렛대로 사용하고 상단 슬라이드의 내부 패널이 실제 응력 지점을 지원함으로써 톱 커버의 구조가 더 합리적이되어 유사한 사고를 피할 수있었습니다.

(2) 톱날을 교체할 때 크레인을 사용하여 톱 커버를 들어 올리는 기존 방식은 커버가 쉽게 변형될 수 있습니다. 이제 유압 실린더 를 사용하여 톱 커버를 들어 올리고, 톱 커버를 뒤집은 후 커버가 강철과 접촉하는 부분에 쿠션 패드를 추가하여 문제를 효과적으로 해결합니다.

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Shane
작성자

Shane

MachineMFG 설립자

MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.

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