알루미늄 절삭 공구: 최고의 가이드
가벼운 금속이 현대 사회를 어떻게 움직이는지 궁금한 적이 있나요? 이 글에서는 알루미늄의 고유한 특성과 다양한 응용 분야를 살펴보며 알루미늄에 대해 자세히 알아보세요. 항공기부터 우주 로켓까지, 알루미늄의 선택이 어떻게 ...
가공 공구가 왜 그렇게 빨리 마모되는지 궁금한 적이 있으신가요? 이 글에서는 절삭 공구 재료의 필수 특성과 유형을 살펴보고 경도, 인성 및 내열성의 발전이 공구 수명과 가공 효율성을 어떻게 향상시킬 수 있는지 설명합니다. 다이아몬드, 입방정 질화 붕소, 세라믹, 코팅, 초경 및 고속 강 공구의 특성과 응용 분야에 대해 알아보세요. 마지막에는 올바른 소재를 선택하는 것이 가공 작업에 얼마나 큰 영향을 미치는지 이해하게 될 것입니다.
고급 가공 장비와 고성능 CNC 공구는 그 성능을 충분히 활용하고 좋은 경제적 이점을 얻을 수 있습니다.
공구 재료의 급속한 발전으로 다양한 신공구 재료의 물리적, 기계적 특성 및 절삭 성능이 크게 향상되어 적용 범위가 지속적으로 확대되고 있습니다.
절삭 공구 재료의 선택은 공구 수명, 가공 효율성, 품질 및 비용에 큰 영향을 미칩니다. 절삭 작업 중 공구는 고압, 고온, 마찰, 충격, 진동 등 극한의 조건에 노출됩니다. 따라서 절삭 공구 재료는 다음과 같은 필수 특성을 갖춰야 합니다:
(1) 경도 및 내마모성
절삭 공구 재료의 경도는 공작물 재료의 경도를 초과해야 하며, 일반적으로 최소 60 HRC(로크웰 C 스케일)가 필요합니다. 일반적으로 경도가 높을수록 내마모성이 향상됩니다. 그러나 취성을 방지하기 위해 경도와 다른 특성의 균형을 맞추는 것이 중요합니다.
(2) 강도와 인성
절삭 공구 재료는 절삭력, 충격, 진동에 견딜 수 있는 높은 강도와 인성을 갖춰야 합니다. 이러한 특성의 조합은 공구 모서리의 부서지기 쉬운 파손과 칩핑을 방지하여 일관된 성능과 공구 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 강도와 인성 사이의 최적의 균형은 특정 가공 응용 분야에 따라 다릅니다.
(3) 내열성
절삭 공구 재료가 가공 중 발생하는 높은 온도에서 기계적 특성을 유지하려면 우수한 내열성이 필수적입니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:
(4) 처리 가능성 및 경제성
도구 재료는 다음을 포함하여 제조 및 유지 관리에 유리한 특성을 가져야 합니다:
또한 소재는 가격 대비 높은 성능을 제공해야 하며, 우수한 절삭 특성과 용도에 맞는 비용 효율성의 균형을 유지해야 합니다.
(5) 화학적 안정성
공구 재료는 공작물 재료 및 절삭유와의 화학 반응에 저항하여 공구의 조기 성능 저하를 방지하고 일관된 가공 품질을 보장해야 합니다.
(6) 열 전도성
적절한 열전도율은 절삭 영역에서 열을 방출하여 공구와 공작물의 열 응력을 줄이고 잠재적으로 더 빠른 절삭 속도를 가능하게 합니다.
다이아몬드는 자연에서 발견된 가장 단단한 물질인 탄소의 이성질체입니다.
다이아몬드 절삭 공구는 높은 경도, 높은 내마모성 및 높은 열전도율을 가지며 비철금속 및 비철금속 가공에 널리 사용됩니다.금속 재료.
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특히 알루미늄 및 실리콘-알루미늄 합금의 고속 가공에서 다이아몬드 공구는 주요 절단 유형 교체하기 어려운 공구. 다이아몬드 공구는 고효율, 높은 안정성 및 긴 수명을 달성할 수 있으며 최신 CNC 가공 공정에서 없어서는 안 될 필수 요소입니다.
다이아몬드 커터 유형
천연 다이아몬드 커터
천연 다이아몬드는 수백 년 동안 절삭 공구로 사용되어 왔습니다. 천연 단결정 다이아몬드 공구는 미세하게 연마되어 있으며 절삭날 반경이 0.002μm로 가장자리를 날카롭게 연마할 수 있습니다. 초박형 절삭으로 매우 높은 공작물 정확도와 매우 낮은 표면 거칠기. 이 제품은 대체 불가능한 이상적인 초정밀 가공 도구로 인정받고 있습니다.
PCD 다이아몬드 커터
천연 다이아몬드는 가격이 비쌉니다. 절삭 가공에 널리 사용되는 다이아몬드는 다결정 다이아몬드(PCD)입니다. 1970년대 초부터 다결정 다이아몬드(PCD 블레이드)가 성공적으로 개발되었고 천연 다이아몬드 공구는 합성 다결정 다이아몬드로 대체되었습니다.
PCD 원재료는 풍부하고 가격은 천연 다이아몬드의 10분의 1에서 10분의 1에 불과합니다. PCD 도구는 극도로 날카로운 모서리가공된 공작물의 표면 품질은 천연 다이아몬드만큼 좋지 않습니다.
현재 업계에서 칩브레이커로 PCD 인서트를 제조하는 것은 쉽지 않습니다. 따라서 PCD는 비철금속 및 비금속의 미세 절삭에만 사용할 수 있으며 초정밀 미러 절삭은 어렵습니다.
CVD 다이아몬드 커터
1970년대 후반부터 1980년대 초반까지 일본에서 CVD 다이아몬드 기술이 등장했습니다. CVD 다이아몬드는 이질적인 기판(예를 들어 초경합금세라믹 등)에 화학 기상 증착(CVD)으로 가공합니다. CVD 다이아몬드는 천연 다이아몬드와 구조와 특성이 완전히 동일합니다.
CVD 다이아몬드의 성능은 천연 다이아몬드에 매우 가깝고 천연 단결정 다이아몬드와 다결정 다이아몬드(PCD)의 장점을 가지고 있으며, 단점을 어느 정도 극복했습니다.
다이아몬드 절삭 공구 성능 특성
매우 높은 경도 및 내마모성
천연 다이아몬드는 자연에서 발견되는 가장 단단한 물질입니다. 다이아몬드는 내마모성이 매우 높습니다. 고경도 재료를 가공할 때 다이아몬드 공구의 수명은 초경 공구의 10~100배, 심지어 수백 배에 달합니다.
마찰 계수가 매우 낮습니다.
다이아몬드와 일부 비철금속 사이의 마찰 계수는 다른 공구의 마찰 계수보다 낮습니다. 마찰 계수가 낮기 때문에 가공 중 변형이 적고 절삭력이 감소합니다.
절삭 날이 매우 날카롭습니다.
다이아몬드 공구의 절삭날을 날카롭게 할 수 있습니다. 천연 단결정 다이아몬드 공구는 초박형 절삭 및 초정밀 가공을 위해 0.002~0.008μm의 높은 절삭날 선명도를 달성할 수 있습니다.
높은 열 전도성
다이아몬드의 열전도율과 열확산성이 높습니다. 따라서 절삭 열이 쉽게 발산되어 공구의 절삭 온도를 낮출 수 있습니다.
열팽창 계수가 낮습니다.
다이아몬드는 초경합금보다 열팽창 계수가 몇 배 더 작습니다. 절삭 열로 인한 공구 크기의 작은 변화는 치수 정확도가 중요한 정밀 가공 및 초정밀 가공에 특히 중요합니다.
다이아몬드 도구 애플리케이션
다이아몬드 공구는 주로 비철 및 비금속 소재를 고속으로 미세 절삭 및 보링 가공하는 데 사용됩니다. FRP 분말 야금 블랭크, 세라믹 재료 등과 같은 다양한 내마모성 비금속 재료뿐만 아니라 다양한 실리콘-알루미늄 합금 및 비철금속 마감과 같은 다양한 내마모성 비철금속을 가공하는 데 적합합니다.
하지만 다이아몬드 공구의 단점은 열 안정성이 떨어진다는 점입니다. 절삭 온도가 700°C~800°C를 초과하면 다이아몬드의 경도가 완전히 손실됩니다. 또한 다이아몬드(탄소)는 고온에서 철 원자와 쉽게 상호작용하여 탄소 원자를 흑연 구조로 변환시켜 공구를 매우 취약하게 만들 수 있기 때문에 다이아몬드 공구는 철 금속 절삭에 적합하지 않습니다.
두 번째 초경질 소재인 입방정 질화 붕소(CBN)는 다이아몬드 제조법과 유사한 방법으로 합성한 것으로, 경도와 열전도율 면에서 다이아몬드에 이어 두 번째로 우수한 소재입니다.
열 안정성이 뛰어나 대기 중 10,000℃까지 가열해도 산화되지 않습니다.
CBN은 철 금속에 매우 안정적인 화학적 특성을 가지고 있으며 철강 제품 가공에 널리 사용될 수 있습니다.
입방정 질화 붕소 도구의 유형
입방정 질화 붕소(CBN)는 자연계에 존재하지 않는 물질입니다.
단정과 다결정, 즉 CBN 단정과 다결정 입방정질화붕소(PCBN)의 두 가지 유형이 있습니다.
CBN은 질화붕소(BN)의 이성질체 중 하나이며 다이아몬드와 유사한 구조를 가지고 있습니다.
PCBN(다결정 입방정 질화 붕소)은 미세한 CBN 물질을 고온, 고압에서 결합 단계(TiC, TiN, Al, Ti 등)를 거쳐 함께 소결한 다결정 물질입니다.
현재 다이아몬드 다음으로 인공적으로 합성한 경도를 사용하는 공구 소재입니다.
이를 통칭하여 초경질 도구 재료라고 합니다.
PCBN은 주로 도구를 만드는 데 사용됩니다.
PCBN 공구는 일체형 PCBN 인서트와 초경합금으로 소결된 PCBN 복합 인서트로 나눌 수 있습니다.
PCBN 복합 블레이드는 강도와 인성이 우수한 초경합금에 0.5~1.0mm 두께의 PCBN 층을 소결하여 형성됩니다.
우수한 인성, 높은 경도 및 내마모성을 결합한 특성입니다.
CBN 인서트의 굽힘 강도가 낮고 용접이 어려운 문제를 해결합니다.
입방정 질화 붕소의 주요 특성 및 특징
입방정 질화 붕소의 경도는 다이아몬드보다 약간 낮지만 다른 고경도 재료보다 훨씬 높습니다.
CBN의 뛰어난 장점은 열 안정성이 최대 1200°C로 다이아몬드보다 훨씬 높다는 것입니다(다이아몬드의 700-800°C에 비해).
또 다른 뛰어난 장점은 화학적으로 불활성이며 1200~1300°C에서 철과 화학적으로 반응하지 않는다는 점입니다.
입방정 질화 붕소의 주요 성능 특성은 다음과 같습니다:
높은 경도 및 내마모성
CBN 결정 구조는 다이아몬드와 유사하며 비슷한 경도 및 강도.
PCBN은 특히 이전에 연마해야만 가공할 수 있는 고경도 소재 가공에 적합하며, 공작물의 우수한 표면 품질을 얻을 수 있습니다.
높은 열 안정성
CBN의 내열성은 1400~1500℃에 달해 다이아몬드(700~800℃)의 내열성보다 거의 두 배나 높습니다.
PCBN 공구는 초합금 및 경화강을 카바이드 공구보다 3~5배 빠른 속도로 절단할 수 있습니다.
뛰어난 화학적 안정성
최대 1200~1300℃의 철 기반 재료에서는 화학적 역할을 하지 않습니다.
다이아몬드처럼 날카롭게 마모되지는 않지만 초경합금의 경도를 그대로 유지합니다.
PCBN 공구는 경화강 부품 및 냉간 주철 절단에 적합하며 주철의 고속 절단에 널리 사용될 수 있습니다.
열 전도성이 우수합니다.
CBN의 열전도율은 다이아몬드를 따라갈 수는 없지만 다양한 공구 재료에서 PCBN의 열전도율은 다이아몬드에 이어 두 번째로 높으며 고속 강철보다 훨씬 높습니다. 경질 합금.
마찰 계수가 낮습니다.
마찰 계수가 낮으면 절삭 시 절삭력이 감소하고 절삭 온도가 낮아지며 표면 품질이 향상됩니다.
입방정 질화 붕소 도구 적용
입방정 질화 붕소는 경화강, 경질 주철, 초합금, 경질 합금 및 표면 스프레이 재료와 같이 절단하기 어려운 재료를 마감하는 데 적합합니다.
처리 정확도는 IT5(구멍은 IT6)에 도달할 수 있으며 표면 거칠기 값은 Ra 1.25~0.20μm로 작을 수 있습니다.
입방정 질화 붕소 공구 재료는 인성과 굽힘 강도가 낮습니다. 따라서 입방정 질화 붕소 선삭 공구는 저속 및 큰 충격 하중의 거친 가공에는 적합하지 않습니다. 또한 플라스틱 재료(알루미늄 합금, 구리 합금, 니켈 기반 합금, 가소성이 큰 강철 등)를 절삭하면 심각한 모서리 축적이 발생하여 가공 표면이 열화될 수 있으므로 플라스틱 재료 절삭에는 적합하지 않습니다.
세라믹 나이프는 높은 경도, 우수한 내마모성, 우수한 내열성 및 화학적 안정성의 특성을 가지고 있으며 금속과의 결합이 쉽지 않습니다.
세라믹 공구는 CNC 가공에서 중요한 역할을 하며 고속 절삭 및 가공하기 어려운 재료를 위한 주요 공구 중 하나가 되었습니다.
세라믹 공구는 고속 절단, 건식 절단, 경질 절단 및 가공하기 어려운 재료의 기계 가공에 널리 사용됩니다.
세라믹 나이프는 기존 나이프가 전혀 가공할 수 없는 고경도 소재를 효율적으로 가공하여 "밀링 대체 연삭"을 실현할 수 있습니다.
세라믹 공구의 최적 절삭 속도는 초경 공구보다 2~10배 빨라 절삭 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
세라믹 공구 재료에 사용되는 주요 원재료는 지각에서 가장 풍부한 원소입니다. 따라서 세라믹 공구의 홍보와 적용은 생산성 향상, 가공 비용 절감, 전략적 귀금속 절약에 큰 의미가 있습니다. 이는 절삭 기술의 발전을 크게 촉진할 것입니다.
세라믹 공구 재료의 종류
세라믹 공구 재료의 종류는 일반적으로 알루미나 기반 세라믹, 질화규소 기반 세라믹, 질화규소-알루미나 복합 세라믹의 세 가지로 나눌 수 있습니다.
그 중에서도 알루미나 기반 및 질화규소 기반 세라믹 공구 재료가 가장 널리 사용됩니다.
질화규소 기반 세라믹은 알루미나 기반 세라믹보다 우수합니다.
세라믹 도구 성능, 특성
높은 경도와 우수한 내마모성
세라믹 공구의 경도는 PCD 및 PCBN만큼 높지는 않지만 경질 합금 및 고속 강철 공구보다 훨씬 높아 93-95 HRA에 이릅니다.
세라믹 공구는 기존 공구로는 가공하기 어려운 고경도 소재를 가공할 수 있으며 고속 절삭 및 경질 절삭에 적합합니다.
높은 온도 저항 및 내열성
세라믹 도구는 1200°C 이상의 온도에서도 절단할 수 있습니다.
세라믹 도구는 고온 기계적 특성이 우수합니다.
Al2O3 세라믹 공구는 내산화성이 뛰어나 절삭날이 빨갛게 달아오른 상태에서도 지속적으로 사용할 수 있습니다.
따라서 세라믹 공구는 건식 절삭이 가능하므로 절삭유가 필요하지 않습니다.
우수한 화학적 안정성
세라믹 나이프는 금속과 접착하기 쉽지 않고 내식성과 화학적 안정성이 우수하여 공구의 접착 마모를 줄일 수 있습니다.
낮은 마찰 계수
세라믹 나이프는 금속과의 친화력이 낮고 마찰 계수가 낮아 절삭력과 절삭 온도를 낮춥니다.
세라믹 도구 적용
세라믹은 주로 고속 마감 및 반마감에 사용되는 공구 재료 중 하나입니다.
세라믹 커터는 모든 종류의 주철(회주철, 연성 주철, 연성 주철, 냉간 주철, 고합금 내마모성 주철) 및 강철(탄소 구조강, 합금 구조강)을 절단하는 데 적합합니다, 고강도 강철, 고망간강, 경화강 등). 또한 구리 합금, 흑연, 엔지니어링 플라스틱 및 복합재 절단에도 사용할 수 있습니다.
세라믹 공구 재료의 성능은 굽힘 강도가 낮고 충격 인성이 좋지 않으며 저속 및 충격 하중 하에서 절단하는 데 적합하지 않습니다.
도구 코팅은 도구 성능을 개선하는 중요한 방법 중 하나입니다.
의 등장 코팅 도구 공구 절삭 성능에 획기적인 발전을 이루었습니다.
코팅 공구는 더 단단한 공구 본체에 내마모성이 우수한 내화 화합물을 하나 이상의 층으로 코팅한 것입니다. 이렇게 하면 공구 베이스와 하드 코팅이 결합되어 공구 성능을 극대화할 수 있습니다.
코팅된 공구는 가공 효율성을 높이고, 가공 정확도를 높이며, 공구 수명을 연장하고, 가공 비용을 절감할 수 있습니다.
약 80%의 절삭 공구가 새로운 CNC 기계 도구는 코팅된 도구를 사용합니다.
코팅 공구는 앞으로 CNC 가공 분야에서 가장 중요한 도구가 될 것입니다.
코팅된 도구의 유형
코팅 방법에 따라 다릅니다:
코팅된 도구는 화학 기상 증착(CVD) 코팅 도구와 물리적 기상 증착(PVD) 코팅 도구로 나눌 수 있습니다.
코팅 초경합금 공구는 일반적으로 약 1000°C의 증착 온도에서 화학 기상 증착 방법을 사용하여 코팅합니다.
코팅된 고속 강철 도구는 일반적으로 물리적 기상 증착 방식을 채택하며 증착 온도는 약 500°C입니다.
코팅 도구 기본 재료의 차이에 따라 다릅니다:
코팅 공구는 코팅 초경 공구, 코팅 고속강 공구, 세라믹 및 초경질 재료(다이아몬드 및 입방정질화붕소)에 코팅된 공구로 나눌 수 있습니다.
코팅 재료의 특성에 따라 다릅니다:
코팅 도구는 크게 '하드' 코팅 도구와 '소프트' 코팅 도구의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
"하드" 코팅 공구가 추구하는 주요 목표는 높은 경도와 내마모성입니다. 경질 코팅의 주요 장점은 높은 경도와 우수한 내마모성이며, 일반적으로 TiC 및 TiN 코팅이 사용됩니다.
"소프트" 코팅 공구의 목표는 자체 윤활 공구라고도 하는 낮은 마찰 계수입니다. 공작물 재료와의 마찰 계수가 약 0.1로 매우 낮아 결합, 마찰, 절삭력 및 절삭 온도를 줄일 수 있습니다.
최근 나노이오에이팅 도구가 개발되었습니다.
이 코팅 도구는 다양한 기능 및 성능 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 코팅 재료(예: 금속/금속, 금속/세라믹, 세라믹/세라믹 등)의 조합으로 사용할 수 있습니다.
잘 설계된 나노 코팅으로 공구 소재의 마찰 방지 및 내마모성이 뛰어나 고속 건식 절삭에 적합합니다.
코팅 도구 기능
우수한 역학 및 절단 성능
코팅 공구는 모재와 코팅재의 우수한 특성을 결합하여 기판의 우수한 인성과 고강도는 물론 코팅의 높은 경도, 높은 내마모성 및 낮은 마찰 계수를 유지합니다.
결과적으로 코팅된 공구는 코팅되지 않은 공구보다 2배 이상 빠르게 절삭할 수 있고 이송 속도도 더 빠릅니다.
코팅된 도구의 수명도 향상됩니다.
강력한 다용도성
코팅 공구는 다양한 용도와 광범위한 가공이 가능하며, 코팅 공구를 여러 개의 비코팅 공구 대신 사용할 수 있습니다.
코팅 두께
코팅의 두께가 증가함에 따라 공구 수명이 늘어납니다.
그러나 코팅 두께가 포화 상태가 되면 공구 수명이 더 이상 크게 늘어나지 않습니다.
코팅이 너무 두꺼우면 벗겨지기 쉽고, 코팅이 너무 얇으면 내마모성이 떨어집니다.
재연마
코팅된 칼날은 재연마가 어렵고 코팅 장비가 복잡하며 공정 요구 사항이 높고 코팅 시간이 오래 걸립니다.
코팅 재료
코팅 재료가 다른 절삭 공구는 절삭 성능이 다릅니다.
예를 들어, TiC 코팅은 저속 절단 시 이점이 있고 TiN은 고속 절단에 적합합니다.
코팅된 도구의 적용
코팅 공구는 CNC 가공 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있으며 향후 CNC 가공 분야에서 가장 중요한 공구가 될 것입니다.
엔드밀, 리머, 드릴 비트, 복합 홀 가공 공구에 코팅 기술이 적용되었습니다, 기어 호브피니언 커터, 면도 커터, 성형 브로치 및 다양한 기계 인서트 인덱서블 인서트.
다양한 강철 및 주철, 내열 합금 및 비철 금속의 고속 가공 요구를 충족합니다.
초경 공구, 특히 인덱서블 초경 공구는 CNC 가공 공구를 위한 최고의 제품입니다.
1980년대 이후 다양한 유형의 일체형 및 초경 인서트 공구가 다양한 절삭 공구 분야로 확장되었습니다.
그중 인덱서블 초경 공구는 단순 선삭 공구에서 확장되어 페이스 밀링 커터부터 다양한 정밀하고 복잡한 성형 도구까지.
초경합금 공구의 유형
초경합금은 주요 화학 성분에 따라 텅스텐 카바이드 기반 경질 합금과 탄소(질화 티타늄)(TiC(N)) 기반 경질 합금으로 나눌 수 있습니다.
텅스텐 카바이드 기반 초경합금에는 텅스텐 코발트(YG), 텅스텐 코발트 티타늄(YT), 희귀 초경합금(YW)이 있으며, 각 초경합금에는 장점과 단점이 있습니다.
주요 구성 요소는 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC), 탄탈 탄화물(TaC), 니오브 카바이드(NbC) 등이며 일반적으로 사용되는 금속 결합 단계는 Co입니다.
탄소(질소) 티타늄 기반 초경합금은 TiC를 주성분으로 하는 경질 합금(일부는 다른 탄화물 또는 질화물과 함께 첨가)이며, 일반적으로 사용되는 금속 결합상은 Mo와 Ni입니다.
국제 표준화 기구(ISO)는 절삭 탄화물을 세 가지 범주로 분류합니다:
K10~K40을 포함한 K등급은 중국의 YG등급(주요 구성 요소는 WC.Co)에 해당합니다.
P01~P50을 포함한 클래스 P는 중국의 YT에 해당합니다(주요 구성 요소는 WC.TiC.Co).
M10~M40을 포함한 클래스 M은 중국의 YW에 해당합니다(주성분은 WC-TiC-TaC(NbC)-Co입니다).
각 등급은 고경도에서 최대 인성까지 일련의 합금을 나타내며, 각각 01에서 50 사이의 숫자로 표시됩니다.
초경합금 공구의 성능 특성
높은 경도
초경 공구는 경도와 융점이 높은 탄화물(경상이라고 함)과 금속 바인더(결합상이라고 함)로 분말 야금을 통해 만들어집니다.
경도는 89-93 HRA로 고속 강철보다 훨씬 높습니다.
540°C에서도 경도는 여전히 82-87 HRA에 이릅니다.
상온에서 경도 값은 고속강(83~86 HRA)과 동일합니다.
초경합금의 경도 값은 초경합금의 금속 결합상의 성질, 양, 입자 크기 및 함량에 따라 달라지며 일반적으로 결합된 금속상의 함량이 증가함에 따라 감소합니다.
바인더상의 함량이 동일할 경우, YT 합금의 경도는 YG 합금의 경도보다 높습니다.
TaC(NbC)가 첨가된 합금은 고온 경도가 높습니다.
굽힘 강도 및 인성
일반적으로 사용되는 초경합금의 굽힘 강도는 900~1500MPa 범위입니다.
금속 결합상의 함량이 높을수록 굽힘 강도가 높아집니다.
바인더의 함량이 동일할 경우 YG 기반(WC-Co) 합금의 강도가 YT 기반(WC-TiC-Co) 합금보다 높고, TiC 함량이 증가함에 따라 강도가 감소합니다.
초경합금은 부서지기 쉬운 재료이며 충격 인성은 상온에서 고속강의 1/30~1/8에 불과합니다.
일반적으로 사용되는 카바이드 도구의 응용
YG 합금은 주로 주철, 비철금속 및 비금속 재료를 가공하는 데 사용됩니다.
미세 입자 경질 합금(예: YG3X, YG6X)은 코발트 함량이 동일할 때 중간 입자 합금보다 경도와 내마모성이 더 높습니다. 일부 특수 경질 주철, 오스테나이트 스테인리스강, 내열 합금, 티타늄 합금, 경질 청동 및 내마모성 단열재를 가공하는 데 적합합니다.
YT형 초경합금의 뛰어난 장점은 높은 경도, 우수한 내열성, 고온에서의 높은 경도 및 압축 강도, YG에 대한 높은 내성 및 우수한 내산화성입니다.
따라서 공구에 높은 내열성과 내마모성이 필요한 경우 TiC 함량이 높은 재종을 선택해야 합니다.
YT 합금은 강철 소재 가공에는 적합하지만 티타늄 합금 및 실리콘 가공에는 적합하지 않습니다. 알루미늄 합금.
YW 합금은 YG 및 YT 합금의 특성을 가지며 종합적인 특성이 우수합니다. 주철 및 비철금속 가공뿐만 아니라 철강 재료 가공에도 사용할 수 있습니다.
이러한 합금은 코발트 함량을 적절히 첨가하면 고강도 및 가공하기 어려운 다양한 재료의 황삭 및 중단 절삭에 사용할 수 있습니다.
고속강(HSS)은 W, Mo, Cr, V와 같은 합금 원소가 더 많이 함유된 고합금 공구강입니다.
고속 스틸 커터는 강도, 인성 및 제작 기술 측면에서 종합적인 특성이 뛰어납니다.
복잡한 공구, 특히 홀 절삭 공구, 밀링 커터, 나사 절삭 공구, 브로치, 절삭 공구 및 기타 블레이드 모양의 복잡한 공구를 생산하는 경우 고속 강이 여전히 지배적입니다.
고속 강철 공구는 날카로운 절삭 날을 쉽게 연마할 수 있습니다.
고속강은 용도에 따라 범용 고속강과 고성능 고속강으로 분류할 수 있습니다.
유니버설 고속 강철 커터
범용 고속 강철은 텅스텐 강철과 텅스텐-몰리브덴 강철의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
이 유형의 고속강에는 0.7%~0.9%의 탄소(C)가 함유되어 있습니다.
강철에 포함 된 텅스텐의 양에 따라 다음과 같이 나눌 수 있습니다. 텅스텐 스틸 12% 또는 18%의 텅스텐을 사용합니다.
6% 또는 8%의 텅스텐을 함유한 텅스텐-몰리브덴 강철 및 몰리브덴 강철 2%의 텅스텐을 포함하거나 전혀 포함하지 않습니다.
범용 고속강은 일정한 경도(63-66 HRC)와 내마모성, 고강도 및 인성, 우수한 가소성 및 가공 기술을 갖추고 있습니다.
따라서 다양한 복잡한 도구의 제조에 널리 사용됩니다.
텅스텐 스틸
고속강용 텅스텐강의 일반적인 등급은 W18Cr4V(W18이라고 함)로, 종합적인 성능이 우수합니다. 고온 경도는 600°C에서 48.5HRC이며 다양하고 복잡한 공구를 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 연삭성이 우수하고 가공성이 낮다는 장점이 있습니다. 탈탄 감도. 그러나 카바이드 함량이 높기 때문에 분포가 균일하지 않고 입자가 더 크며 강도와 인성이 높지 않습니다.
텅스텐 카바이드 스틸
텅스텐강에서 텅스텐의 일부를 몰리브덴으로 대체하여 얻은 고속강을 말합니다.
텅스텐-몰리브덴 강철의 일반적인 등급은 W6Mo5Cr4V2(M2라고 함)입니다.
M2의 카바이드 입자는 미세하고 균일하며 강도, 인성 및 고온 가소성이 W18Cr4V보다 우수합니다.
텅스텐-몰리브덴 강철의 또 다른 유형은 W9Mo3Cr4V(W9라고 함)입니다. 열 안정성은 M2강보다 약간 높고, 굴곡 강도와 인성은 W6Mo5Cr4V2보다 우수하며 가공성이 우수합니다.
고성능 고속 스틸 커터
고성능 고속강은 새로운 강종을 말하며, 기존 강종에 일부 탄소 함량, 바나듐 함량, Co 및 Al과 같은 합금 원소를 범용 고속강 부품에 첨가하여 내열성과 내마모성을 향상시켰습니다.
주로 다음과 같은 주요 카테고리가 있습니다:
고탄소 고속 강철
일반 강철 및 주철, 내마모성이 높은 드릴 비트, 리머, 탭 및 밀링 커터 또는 단단한 재료 가공용 공구 제조에 적합한 고탄소 고속 강철(예: 95W18Cr4V), 상온 및 고온에서 높은 경도를 가집니다. 큰 충격에는 적합하지 않습니다.
고바나듐 고속강
W12Cr4V4Mo(줄여서 EV4)와 같은 일반적인 등급은 V를 3%~5%로 증가시킵니다.
내마모성이 우수하며 섬유, 경질 고무, 플라스틱 등과 같이 공구의 마모가 심한 재료를 절단하는 데 적합합니다. 또한 스테인리스 스틸, 고강도 스틸 및 고온 합금 가공에도 사용할 수 있습니다.
코발트 고속 강철
코발트가 함유된 초고속강으로, 일반적인 등급은 W2Mo9Cr4VCo8(M42라고 함) 등입니다.
경도가 69-70 HRC로 높고 고강도 내열강, 고온 합금 등 가공하기 어려운 소재의 가공에 적합합니다. 티타늄 합금.
M42는 연삭성이 뛰어나 복잡한 공구를 만드는 데 적합하지만 충격 절삭 조건에서 작업하는 데는 적합하지 않습니다.
알루미늄 고속 강철
알루미늄 초경량 고속강의 일종으로, W6Mo5Cr4V2Al(약어 501)과 같은 일반적인 등급입니다.
6000C의 고온 경도도 54HRC에 달하며 절단 성능은 M42와 동등합니다.
가공용 밀링 커터, 드릴, 리머, 기어 커터, 브로치 등의 제조에 적합합니다. 합금강스테인리스 스틸, 고강도 강철 및 고온 합금으로 제작됩니다.
질소 초경량 고속 강철
(V3N)이라고 하는 W12M03Cr4V3N과 같은 일반적인 등급은 질소를 함유한 초경량 고속강입니다.
경도, 강도 및 인성은 M42와 비슷합니다.
가공하기 어려운 소재의 저속 절삭 및 저속 고정밀 가공을 위해 코발트 함유 고속강의 대체재로 사용할 수 있습니다.
고속 강철 및 분말 야금 고속 강철 제련
다양한 제조 공정에 따라 고속강은 제련 고속강과 분말 야금 고속강으로 나눌 수 있습니다.
Sm엘팅 고속 강철
일반 고속강과 고성능 고속강은 모두 용융 공법을 사용하여 제조됩니다.
제련, 주조, 압연 등의 공정을 거쳐 도구로 만들어집니다.
고속강을 제련할 때 발생할 수 있는 심각한 문제는 탄화물 분리입니다. 단단하고 부서지기 쉬운 탄화물은 고속강에 고르지 않게 분포되어 있으며 입자가 거칠어(최대 수십 마이크론) 고속강 공구의 내마모성, 인성 및 절삭 성능에 악영향을 미칩니다.
분말 야금 고속강(PM HSS)
분말 야금 고속강(PM HSS)은 고주파 유도 용광로에서 제련한 용강을 고압 아르곤 또는 순수 질소로 분무한 것입니다. 그런 다음 미세하고 균일한 결정 구조(고속강 분말)를 얻기 위해 담금질합니다. 이렇게 얻은 분말을 고온, 고압에서 블레이드 블랭크에 압착하거나 먼저 강철 슬래브로 성형한 다음 공구 모양으로 단조 및 압연합니다.
용융 공법으로 생산되는 고속강에 비해 PM HSS는 미세하고 균일한 카바이드 입자뿐만 아니라 강도, 인성 및 내마모성이 향상된다는 장점이 있습니다.
복잡한 CNC 공구 분야에서 PM HSS 공구는 점점 더 중요한 역할을 하게 될 것입니다. 일반적인 재종으로는 F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN 등이 있습니다.
대형의 튼튼하고 충격에 강한 공구는 물론 정밀한 공구를 만드는 데 사용할 수 있습니다.
현재 널리 사용되는 CNC 공구 재료로는 다이아몬드 공구, 입방정 질화 붕소 공구, 세라믹 공구, 코팅 공구, 초경 공구 및 고속 강철 공구가 있습니다.
도구 재료의 총 개수가 많고 성능도 매우 다양합니다. 다양한 도구 재료의 주요 성능 지표는 다음과 같습니다:
| 유형 | 밀도 g/cm2 | 내열성 ℃ | 경도 | 벤딩 힘 Mpa | 열 전도성 w/(m.K) | 열팽창 계수 ×10-5/℃ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 다결정 다이아몬드 | 3.47-3.56 | 700-800 | ＞9000HV | 600-1100 | 210 | 3.1 | |
| 다결정 입방정 탄화붕소 | 3.44-3.49 | 1300-1500 | 4500HV | 500-800 | 130 | 4.7 | |
| 세라믹 나이프 | 3.1-5.0 | ＞1200 | 91-95HRA | 700-1500 | 15.0-38.0 | 7.0-9.0 | |
| 초경합금 | 텅스텐 코발트 | 14.0-15.5 | 800 | 89-91.5HRA | 1000-2350 | 74.5-87.9 | 3-7.5 |
| 텅스텐 코발트 티타늄 | 9.0-14.0 | 900 | 89-92.5HRA | 800-1800 | 20.9-62.8 | ||
| 일반 합금 | 12.0-14.0 | 1000-1100 | ~92.5HRA | / | / | ||
| TiC 기반 합금 | 5.0-7.0 | 1100 | 92-93.5HRA | 1150-1350 | / | 8.2 | |
| 고속 강철 | 8.0-8.8 | 600-700 | 62-70HRC | 2000-4500 | 15.0-30.0 | 8-12 | |
CNC 가공용 절삭 공구 재료는 가공할 공작물과 공정의 특성에 따라 선택해야 합니다.
절삭 공구 재료의 선택은 가공 대상과 적절하게 일치해야 합니다. 절삭 공구 재료와 가공 대상물의 매칭은 주로 가장 긴 공구 수명과 최대 절삭 가공 생산성을 얻기 위해 둘의 기계적 특성, 물리적 특성 및 화학적 특성을 일치시키는 것을 말합니다.
절삭 공구와 가공 대상물 간의 기계적 특성 일치 문제는 주로 공구와 공작물 재료의 강도, 인성 및 경도와 같은 기계적 특성 매개 변수를 나타냅니다.
다양한 기계적 특성을 가진 공구 재료는 공작물 재료 가공에 적합합니다.
공구 재료의 경도 순서는 다이아몬드 공구 > 입방정질화붕소 공구 > 세라믹 공구 > 경질 합금 > 고속강 순입니다.
공구 재료의 굽힘 강도 순서는 고속강 > 경질 합금 > 세라믹 공구 > 다이아몬드 및 입방정질화붕소 공구 순입니다.
공구 재료의 인성 순서는 고속강 > 경질 합금 > 입방정질화붕소, 다이아몬드 및 세라믹 공구 순입니다.
고경도 공작물 소재는 더 높은 경도의 공구를 사용하여 가공해야 합니다. 공구 재료의 경도는 공작물 재료의 경도보다 높아야 하며, 일반적으로 60 HRC 이상이어야 합니다. 공구 재료의 경도가 높을수록 내마모성이 향상됩니다.
예를 들어 초경합금의 코발트 양이 증가하면 강도와 인성이 증가하고 경도가 감소하며 거친 가공에 적합합니다. 코발트의 양이 감소하면 경도와 내마모성이 증가하여 마감에 적합합니다.
고온 기계적 특성이 우수한 공구는 특히 고속 가공에 적합합니다. 세라믹 공구의 우수한 고온 성능 덕분에 고속 절삭이 가능하여 초경합금보다 절삭 속도가 2~10배 더 빠릅니다.
열전도율이 높고 융점이 낮은 고속 강철 공구, 융점이 높고 열팽창이 낮은 세라믹 공구, 열전도율이 높고 열팽창이 낮은 다이아몬드 공구 등 다양한 물리적 특성을 가진 공구가 공작물 재료 가공에 적합합니다.
열전도율이 낮은 공작물을 가공할 때는 열전도율이 좋은 공구 재질을 사용하여 절삭 열을 빠르게 전달하여 절삭 온도를 낮춰야 합니다.
다이아몬드의 높은 열전도율과 열확산성으로 인해 절삭 열이 쉽게 발산되고 큰 열 변형을 일으키지 않습니다. 이는 치수 정확도가 높은 정밀 가공 공구에 특히 중요합니다.
다양한 도구 재료의 내열 온도:
다이아몬드 공구의 경우 700~8000C, PCBN 공구의 경우 13000~15000C, 세라믹 공구의 경우 1100~12000C, TiC(N) 기반 경질 합금의 경우 900~11000C, WC 기반 초미립자 경질 합금의 경우 800~9000C, HSS는 600~7000C의 온도에서 가공합니다.
다양한 공구 재료의 열 전도성 순서:
PCD>PCBN>WC 기반 초경합금>TiC(N) 기반 초경합금>HSS>Si3N4 기반 세라믹>A1203 기반 세라믹.
다양한 도구 재료의 열팽창 계수 순서는 다음과 같습니다:
HSS>WC 기반 초경합금>TiC(N)> A1203 기반 세라믹>PCBN>Si3N4 기반 세라믹>PCD.
다양한 도구 재료의 열충격 저항성 순서는 다음과 같습니다:
HSS>WC 기반 초경합금>Si3N4 기반 세라믹>PCBN>PCD>TiC(N) 기반 초경합금>A1203 기반 세라믹.
절삭 공구 재료와 가공 대상의 화학적 특성의 일치는 주로 공구 재료의 화학적 특성과 공작물 재료의 화학적 친화성, 화학 반응, 확산 및 용해의 일치를 말합니다.
재질이 다른 공구는 다양한 공작물 재질을 가공하는 데 적합합니다.
다양한 공구 재료(및 강철)의 결합 방지 온도는 다음과 같습니다:
PCBN>세라믹>경질 합금>HSS.
다양한 도구 재료의 산화 온도는 다음과 같습니다:
세라믹>PCBN>경질 합금>다이아몬드>HSS.
다양한 도구 재료(강철의 경우)의 확산 강도는 다음과 같습니다:
다이아몬드 > Si3N4 기반 세라믹 > PCBN > A1203 기반 세라믹 순입니다.
확산 강도(티타늄의 경우)는 다음과 같습니다:
A1203 기반 세라믹 > PCBN > SiC > Si3N4 > 다이아몬드.
일반적으로 PCBN, 세라믹 공구, 코팅 카바이드 및 TiCN 기반 카바이드 공구는 강철과 같은 철 금속의 CNC 가공에 적합합니다.
PCD 도구는 Al, Mg, Cu, 합금 및 비금속 재료와 같은 비철 재료를 가공하는 데 적합합니다.
표 2에는 위의 공구 재료를 사용하여 가공하기에 적합한 일부 공작물 재료가 나와 있습니다.
| 절단 도구 | 높음 경도 강철 | 열 저항성 합금 | 티타늄 합금 | 니켈 기반 초합금 | 캐스트 철 | Pure 강철 | 높음 실리콘 알루미늄 합금 | FRP 합성 재료 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PCD | × | × | ◎ | × | × | × | ◎ | ◎ |
| PCBN | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ● | ● | |
| 세라믹 나이프 | ◎ | ◎ | × | ◎ | ◎ | ● | × | × |
| 초경합금 레이어 | ○ | ◎ | ◎ | ● | ◎ | ◎ | ● | ● |
| TiCN 기반 경질 합금 | ● | × | × | × | ◎ | ● | × | × |
참고:
◎ - 우수
○ - 양호
● - 확인
× - 나쁨
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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