5축 가공: 최고의 가이드
5축 가공의 강력한 성능과 정밀도에 관심이 있으신가요? 이 블로그 게시물에서는 이 고급 제조 기술의 기본 사항을 자세히 살펴봅니다. 당사의 전문 기계 엔지니어가 자세히 설명합니다...
가공 시 절삭유로 인한 지저분함과 비용을 처리하는 데 지치셨나요? 절삭유를 사용하지 않아 비용과 환경에 미치는 영향을 줄여주는 건식 가공의 이점을 알아보세요. 이 문서에서는 건식 가공이 선삭, 밀링, 드릴링 및 보링 작업에서 높은 효율과 품질을 유지하는 방법을 살펴봅니다. 이를 가능하게 하는 최신 도구와 기술에 대해 알아보고, 선진국에서 이 친환경 제조 방식을 점점 더 많이 채택하는 이유를 이해해 보세요. 건식 가공이 가공 공정에 어떤 혁신을 가져올 수 있는지 자세히 알아보세요.
현재 대부분의 기계 부품 가공, 특히 고도로 자동화된 CNC 공작 기계, 머시닝 센터 및 생산 라인에서는 절삭유를 사용합니다. 절삭유의 주요 기능은 칩 제거, 절삭 온도 감소, 윤활 기능입니다.
그러나 환경 보호와 지속 가능한 개발에 대한 강조가 높아지면서 절삭유에 크게 의존하는 가공 방식은 다양한 제약에 직면하고 있습니다.
다음과 같은 오염 절삭유 주변 환경과 작업자에게 해를 끼칠 수 있습니다. 절삭유가 부품과 절단 표면에 남긴 잔여물을 청소하면 '2차 오염'이 발생할 뿐만 아니라 생산 비용도 증가합니다.
독일 VDMA 및 일본 정밀학회 연구 엔지니어링 에 따르면 절삭유 비용은 전체 제조 비용에서 약 13%~17%를 차지하는 반면, 공구 비용은 아래 그림에서 볼 수 있듯이 보통 2%~4%에 불과한 것으로 나타났습니다.
건식 가공은 간단히 말해서 절삭유를 사용하지 않는 가공 공정입니다. 처음 시작된 이래 금속 절단 기술에는 건식 및 습식 절단 방법이 모두 사용되었습니다. 따라서 건식 가공의 원리는 새로운 것이 아니며 상당한 기간 동안 생산에 적용되어 왔습니다(예: 건식 밀링 주철).
그러나 건식 가공은 더 이상 주철 재료와 기존의 자연 가공 방식에 국한되지 않기 때문에 상황이 크게 바뀌었습니다. 대신 새로운 이론과 기술의 정립을 통해 모든 재료와 공법의 가공에 건식 가공을 적용하기 위해 노력하고 있습니다.
건식 가공은 단순히 절삭유 사용을 중단하는 것이 아닙니다. 이는 높은 효율성, 제품 품질, 공구 수명 및 신뢰성을 유지하는 것입니다. 절단 프로세스 절삭유 사용을 최소화하거나 없애는 것입니다. 이를 위해서는 기존 절삭에서 절삭유의 역할을 대체하고 진정한 건식 가공을 달성하기 위해 고성능 건식 가공 공구, 공작 기계 및 보조 설비를 사용해야 합니다.
건식 가공에는 다음과 같은 다양한 측면이 포함됩니다. 도구 재료공구 코팅, 공구 형상, 가공 기계, 절삭 매개변수, 가공 방법 등을 포함합니다. 이는 제조 기술과 재료 과학, 정보 기술, 전자 및 경영 분야의 교차 및 통합을 나타냅니다.
건식 가공은 선삭, 밀링 가공에서 절삭유의 부작용을 없애는 것을 목표로 합니다, 드릴링지루한 공정을 줄여 처리 비용을 크게 절감하고 생태 환경을 보호합니다.
현재 유럽과 일본과 같은 선진국에서는 건식 가공 기술의 개발과 적용에 큰 관심을 기울이고 있습니다. 통계에 따르면 유럽 산업 부문에서 약 10%에서 15%의 가공이 건식 가공 공정을 채택한 것으로 나타났습니다.
21세기 들어 친환경적이고 친환경적인 공정에 대한 제조업계의 요구는 계속 증가하고 있습니다. 건식 가공 기술은 친환경 제조 공정으로서 자원 절약, 환경 보호 및 비용 절감에 중요한 역할을 합니다.
공작 기계 기술의 발전과 함께, 절단 도구 기술 및 관련 공정 연구에 힘입어 건식 가공은 금속 절삭의 주요 수단으로 자리 잡으며 광범위한 응용 분야를 확보할 것입니다.
현재 건식 가공 가공의 범위는 여전히 상대적으로 제한적이지만 심층적인 연구와 광범위한 적용은 가공 분야에서 화제가 되고 있습니다. 이스라엘 전문가들은 건식 가공이 "오늘날까지도 여전히 복잡한 분야"라고 생각합니다. 단순히 냉각수를 끄고 새 공구를 주문하는 문제가 아닙니다."
최근 선진국의 기계 제조 산업은 고속 절삭 기술의 발전과 함께 기존 공구 재료를 사용하여 새로운 건식 가공 공정을 모색하고 있습니다.
의미 있고 경제적으로 실행 가능한 건식 가공은 특정 경계 조건에 대한 면밀한 분석과 건식 가공에 영향을 미치는 복잡한 요인에 대한 철저한 이해를 바탕으로 이루어져야 합니다. 이 분석은 건식 가공 공정 시스템 설계에 필요한 데이터와 자료를 제공합니다.
건식 가공 연구 및 응용 분야는 수년간의 연구를 통해 건식 가공 기술의 구현을 추진하면서 국내외에서 널리 주목을 받고 있습니다.
그러나 전문가와 학자들은 건식 가공과 관련된 용어와 정의에 대해 다양한 설명을 하고 있습니다. 제안된 국가 표준은 규정을 제공합니다: 이 표준은 완전 건식 가공 및 보조 건식 가공(공기 냉각, 액체 질소 냉각, 레이저 보조 등)을 포함하는 기계 제품 가공 공정에 적용됩니다.
건식 가공(건식 절단): 절단 과정에서 절삭유를 사용하지 않는 가공 공정입니다.
건식 가공 완료: 절삭유나 보조제를 사용하지 않는 가공 공정 냉각 매체 절단 과정에서
서브 드라이 가공(서브 드라이 커팅): 특정 압력과 온도에서 적절한 양의 윤활유를 공기 흐름에 주입하여 미스트 혼합물을 생성하는 절삭 기술입니다. 양식 최소한의 윤활 매체를 절단 부위에 분사하여 열에 영향을 받는 부위를 미세하게 윤활하고 냉각시킵니다.
서브 드라이 가공에는 일반적으로 최소량 윤활 절삭, 저온 최소량 윤활 절삭(저온 에어 커팅), 보호 가스 최소량 윤활 절단, 내부 냉각수 분사 및 혼합 분사 기술.
앞서 언급한 용어와 정의는 건식 절단과 서브 드라이 절단의 기본적인 구분과 표준화를 제공합니다. 연구가 심화되고 기술이 발전함에 따라 표준도 지속적으로 개선되고 세분화되는 과정을 거칩니다. 예를 들어, 서브 드라이 절삭(서브 드라이 가공)의 정의에서 "적절한 양의 윤활유 주입"은 "적절한 양의 냉각 및 윤활 매체 주입"으로 수정하여 특정 압력과 온도에서 공기와 미스트 혼합물을 형성하여 열 영향 구역의 표적 미세 냉각 및 윤활을 위해 절단 영역에 분사되는 미세 냉각 윤활 매체를 생성해야 합니다.
냉각 효과
냉각 효과는 절삭 중 발생하는 열을 제거하고 공구 마모를 줄이며 공작물 표면의 산화를 방지합니다.
윤활 효과
마찰을 줄이고 절단력을 낮추며 원활한 절단 작업을 보장합니다.
칩 제거
이 공정은 공작물 표면에서 칩을 신속하게 제거하여 표면이 긁히는 것을 방지합니다.
그러나 환경 보호의 관점에서 절삭유의 부정적인 영향은 다음과 같은 측면에서 볼 수 있듯이 점점 더 분명해지고 있습니다:
또한 절삭 공정에 대한 광범위한 연구를 통해 냉각, 윤활 및 칩 제거에서 절삭유의 전통적인 역할이 많은 가공 공정, 특히 고속 절삭에서 완전하고 효과적으로 활용되지 않는다는 사실이 밝혀졌습니다.
그 결과 절삭유 사용을 줄이거나 없애고, 깨끗한 생산 공정에 적응하고, 생산 비용을 절감하기 위한 노력이 이루어지고 있습니다.
이러한 상황에서 건식 가공 기술은 첨단 가공 방법으로 등장했습니다. 건식 가공 기술을 도입하면 절삭유로 인한 환경 오염을 줄이고 작업자의 작업 조건을 개선할 뿐만 아니라 절삭유 관련 비용을 없애고 칩 재활용 및 폐기 비용을 절감할 수 있습니다.
건식 가공 기술은 공작 기계 및 절삭 공구 기술에 더 높은 요구 사항을 부과합니다. 최근 몇 년 동안 산업 선진국에서는 건식 가공 연구에 큰 비중을 두고 있습니다. 건식 절삭 가공은 새로운 방법으로서 금속 절삭 기술의 미래 트렌드 중 하나입니다.
절삭유를 사용하지 않는 최첨단 기술인 건식 가공은 금속 가공의 패러다임 전환을 의미합니다. 이 방법은 전통적으로 유체 기반 가공 작업과 관련된 일련의 부작용을 효과적으로 완화합니다.
기존의 습식 가공과 비교할 때 건식 가공은 몇 가지 중요한 이점을 제공합니다:
이러한 특성으로 인해 건식 가공은 선삭, 밀링, 드릴링, 보링 등 다양한 작업에서 성공적으로 구현되어 청정 제조 연구의 최전선에 서게 되었습니다.
그러나 동일한 조건에서 습식 절단과 비교할 때 건식 가공은 몇 가지 어려움이 있습니다:
이러한 문제를 해결하기 위해 첨단 공구 재료, 최적화된 절삭 형상, 최소량 윤활(MQL) 및 극저온 냉각과 같은 혁신적인 냉각 기술에 대한 지속적인 연구를 통해 건식 가공의 잠재력을 최대한 활용하면서 그 한계를 완화하는 것을 목표로 하고 있습니다.
건식 가공의 구현 가능성은 공작물 재료 특성에 따라 크게 달라집니다. 재료 가공성을 향상시키고 절삭 시 열 발생을 줄이는 것이 건식 가공 공정을 발전시키기 위한 핵심 기술 전략입니다.
예를 들어, 건식 가공을 용이하게 하기 위해 쉽게 가공할 수 있는 특수강과 주철이 개발되었습니다. 공작물 소재의 열적 특성이 중요한 역할을 하는데, 건식 가공에 이상적인 소재는 열용량이 높고 열전도율이 낮습니다. 따라서 일반적으로 질량이 큰 부품은 우수한 방열 특성으로 인해 소량 부품에 비해 건식 가공에 더 적합합니다.
높은 절삭력과 높은 온도는 건식 가공 작업의 특징입니다. 고온에서 공구와 피삭재 사이의 재료 접착 및 확산을 완화하고 최적의 공구 수명을 보장하려면 공구 재료와 피삭재 간의 호환성을 신중하게 고려해야 합니다. TiAlN 또는 AlCrN과 같은 고급 공구 코팅은 건식 가공 조건에서 내마모성과 열 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
적절한 툴링을 선택한 후에는 성공적인 건식 가공을 위해 절삭 파라미터를 최적화하는 것이 중요합니다. 일반적으로 높은 절삭 속도는 빠른 칩 배출과 향상된 열 방출을 촉진하여 공구 수명을 연장하는 데 기여하므로 권장됩니다. 그러나 절삭력과 열 부하를 효과적으로 관리하려면 이송 속도와 절삭 깊이를 신중하게 균형 있게 조정해야 합니다.
최신 건식 가공 기술에는 다음과 같은 다양한 혁신적인 접근 방식이 포함됩니다:
건식 가공은 습식 가공에 비해 훨씬 더 높은 절삭 온도를 발생시킵니다. 열 경도가 뛰어난 절삭 공구 재료만이 절삭 공정의 높은 온도를 효과적으로 견디면서 우수한 내마모성을 유지할 수 있습니다. 공구 재료의 경도는 공작물 재료의 경도를 최소 4배 이상 초과해야 합니다. 첨단 세라믹 복합재, 다결정 다이아몬드(PCD), 고성능 코팅 카바이드는 극한의 온도에서 경도를 유지하는 능력 때문에 종종 사용됩니다.
공구-칩 인터페이스와 공구-공작물 표면 인터페이스 사이의 마찰 계수를 줄이는 것은 건식 가공에서 매우 중요합니다. 이러한 감소는 절삭유 윤활 효과의 부재를 부분적으로 보완하고 절삭 온도 상승을 완화합니다. TiAlN 또는 다이아몬드 유사 탄소(DLC)와 같은 고급 코팅은 마찰을 크게 낮출 수 있으며, 칩 브레이커 및 와이퍼 인서트와 같은 최적화된 공구 형상은 이 효과를 더욱 향상시킵니다.
건식 가공은 습식 가공에 비해 더 큰 절삭력과 더 까다로운 조건을 유도합니다. 따라서 공구는 고온에서 높은 인성을 가져야 치핑과 파손을 방지할 수 있습니다. 입방정 질화 붕소(CBN) 또는 나노 입자 초경합금과 같은 소재는 까다로운 건식 가공 응용 분야에서 경도와 인성 간의 최적의 균형을 제공합니다.
건식 가공의 특징인 고온에서 절삭 공구는 열로 인한 촉매 반응을 최소화하여 공구 수명을 연장하기 위해 탁월한 화학적 안정성을 유지해야 합니다. 이러한 안정성은 티타늄 합금과 같은 반응성 소재를 가공할 때 특히 중요합니다. 다층 코팅 또는 세라믹과 같은 화학적으로 불활성인 공구 재료는 열화학적 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
건식 가공에서는 적절하게 설계된 공구 형상과 절삭 각도가 필수적입니다. 이러한 기능은 절삭력을 줄이고, 모서리가 쌓이는 것을 방지하며, 절삭 온도를 낮출 뿐만 아니라 칩 흐름과 파손도 제어합니다. 포지티브 레이크 각도는 절삭력을 감소시키고, 특수 설계된 칩 브레이커는 효율적인 칩 배출을 보장합니다. 또한 최적화된 공구 형상은 절삭유가 없을 때 중요한 열 방출을 용이하게 합니다. 컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE) 및 유한 요소 분석(FEA)은 특정 건식 가공 응용 분야에 맞게 이러한 형상을 설계하고 최적화하는 데 자주 사용됩니다.
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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