공구 코팅: 공구 수명 연장을 위한 올바른 옵션 선택

I. 공구 코팅 개요

공구 표면 코팅 기술은 시장의 요구를 충족하기 위해 개발된 표면 수정 방법입니다. 1960년대에 도입된 이래, 이 기술은 금속 절단 도구 생산. 고속 절삭 가공 기술의 출현으로 코팅 기술이 빠르게 발전하고 적용되면서 고속 절삭 공구 제조의 핵심 요소로 자리 잡았습니다.

이 기술은 화학적 또는 물리적 방법을 통해 공구 표면에 박막을 형성하여 고속 절삭의 요구 사항을 충족하는 탁월한 종합 절삭 성능을 제공합니다.

요약하면 절삭 공구 표면 코팅 기술은 다음과 같은 특징이 있습니다:

• 이 코팅은 공구 표면의 강도를 손상시키지 않으면서 경도를 높여주며, 현재 달성 가능한 경도는 100GPa에 가깝습니다.
• 코팅 기술의 발전으로 필름의 화학적 안정성과 고온 산화 저항성이 더욱 뚜렷해져 고속 절단이 가능해졌습니다.
• 윤활 필름은 고상 윤활 특성이 우수하여 가공 품질을 향상시키고 건식 절단에 적합합니다.
• 공구 생산의 마지막 단계인 코팅 기술은 공구 정확도에 미치는 영향을 최소화하며 반복할 수 있습니다.

코팅된 절삭 공구를 사용하면 다음과 같은 여러 가지 이점이 있습니다:

• 절삭 공구의 수명이 크게 개선되었습니다.
• 향상된 절단 효율성.
• 가공된 작업물의 표면 품질이 크게 향상됩니다.
• 소비량 감소 도구 재료 및 처리 비용.
• 냉각 유체 사용량을 줄여 비용을 절감하고 환경 보호를 개선합니다.

적절함 표면 처리 작은 원형 공구를 사용하면 공구 수명이 늘어나고 가공 사이클 시간이 단축되며 가공 표면의 품질이 향상될 수 있습니다.

그러나 특정 가공 요구 사항을 충족하는 올바른 공구 코팅을 선택하는 것은 복잡하고 시간이 많이 소요되는 작업일 수 있습니다. 각 코팅은 절삭 시 고유한 장단점이 있습니다. 부적절한 코팅을 사용하면 코팅하지 않은 공구보다 공구 수명이 짧아지고 추가적인 문제가 발생할 수 있습니다.

PVD 코팅, CVD 코팅, PVD와 CVD를 번갈아 사용하는 복합 코팅 등 다양한 유형의 공구 코팅이 시중에 나와 있습니다. 이러한 코팅은 공구 제조업체나 코팅 공급업체에서 쉽게 구할 수 있습니다.

이 문서에서는 공구 코팅의 일반적인 특성에 대한 개요를 제공하고 몇 가지 일반적인 PVD 및 CVD 코팅 옵션을 강조합니다. 각 코팅의 특성은 절삭에 가장 적합한 코팅을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

II. 일반적으로 사용되는 코팅

1. 티타늄 질화물 코팅(TiN)

TiN은 공구 경도를 향상시킬 수 있고 산화에 대한 높은 내열성을 가진 일반적으로 사용되는 PVD 코팅입니다. 이 코팅은 고속 스틸 커팅 도구 또는 성형 도구를 사용하여 최적의 처리 결과를 얻을 수 있습니다.

2. 질화 크롬 코팅(CrN)

CrN 코팅은 우수한 접착 방지 특성으로 인해 수요가 높아 모서리가 자주 쌓이는 공정에 선호되는 코팅입니다. 이 코팅을 적용하면 거의 보이지 않는 이 코팅은 고속 강철 공구, 카바이드 공구 및 성형 공구의 가공 성능을 크게 향상시킵니다.

3. 다이아몬드 코팅(다이아몬드)

CVD 다이아몬드 코팅은 비철 금속 재료 가공에 사용되는 절삭 공구에 가장 적합한 선택입니다. 흑연, 금속 매트릭스 복합재(MMC), 고실리콘 알루미늄 합금 및 기타 마모성이 높은 재료를 절삭할 때 탁월한 성능을 제공합니다.

가공 시 발생하는 높은 절삭 열로 인해 코팅과 공구 사이의 접착층이 손상되는 화학 반응이 발생하므로 순수 다이아몬드 코팅 공구는 강철 부품 가공에 사용할 수 없습니다.

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4. 코팅 장비

하드 밀링, 태핑 및 드릴링 는 각각의 고유한 용도가 있습니다. 또한 표면층과 공구 베이스 사이에 다른 코팅이 내장된 다층 코팅도 사용할 수 있어 공구 수명을 연장할 수 있습니다.

5. 질소 티타늄 카바이드 코팅(TiCN)

TiCN 코팅에 탄소 원소를 추가하면 공구 경도가 향상되고 표면 윤활성이 개선됩니다. 이 코팅은 고속 강철 공구에 이상적입니다.

6. 질화 알루미늄 티타늄 또는 질화 알루미늄 코팅(TiAlN/AlTiN)

TiAlN / AlTiN 코팅에 형성된 알루미나 층은 공구의 고온 가공 수명을 크게 향상시킵니다. 이 코팅은 건식 또는 반건식 절삭에 주로 사용되는 카바이드 공구에 적합합니다.

코팅에서 알루미늄과 티타늄의 비율에 따라 코팅의 표면 경도가 결정되며, AlTiN 코팅은 TiAlN 코팅보다 더 높은 표면 경도를 제공합니다. 따라서 고속 가공 분야에서 실행 가능한 옵션입니다.

III. 코팅의 특성

1. 경도

높은 표면 경도는 공구 수명을 향상시키는 신뢰할 수 있는 방법입니다. 일반적으로 재료나 표면이 단단할수록 공구의 수명이 길어집니다. 티타늄 카바이드 질화물(TiCN) 코팅은 티타늄 질화물(TiN) 코팅보다 경도가 더 높습니다. TiCN 코팅의 경도는 증가로 인해 33%까지 증가합니다. 탄소 함량경도 범위는 약 HV3000-4000입니다(제조업체에 따라 다름).

표면 경도가 최대 HV9000에 달하는 CVD 다이아몬드 코팅은 공구 응용 분야에서 널리 사용되고 있으며, 그 결과 PVD 코팅 공구에 비해 공구 수명이 10~20배 증가했습니다. 다이아몬드 코팅의 높은 경도와 절삭 속도는 비코팅 공구보다 2~3배 더 빠르기 때문에 비철 소재 절삭에 탁월한 선택이 될 수 있습니다.

2. 산화 온도

산화 온도는 코팅이 분해되기 시작하는 온도를 말합니다. 산화 온도가 높을수록 고온에서 절단할 때 더 좋습니다.

TiAlN 코팅은 실온에서 경도가 TiCN 코팅에 비해 낮을 수 있지만, 고온 가공에서는 훨씬 더 효과적입니다. 그 이유는 공구와 칩 사이에 알루미나 층이 형성되어 공구에서 공작물이나 칩으로 열을 전달하여 고온에서 TiAlN 코팅의 경도를 유지할 수 있기 때문입니다.

초경 공구는 일반적으로 HSS 공구보다 절삭 속도가 빠르기 때문에 초경 공구에는 TiAlN 코팅이 선호됩니다. 초경 드릴과 엔드밀은 일반적으로 PVD-TiAlN 코팅을 사용합니다.

3. 내마모성

내마모성은 코팅이 마모에 견딜 수 있는 능력을 말합니다. 일부 공작물 재료는 원래 단단하지 않을 수 있지만, 제조 과정에서 추가된 요소와 가공 방법으로 인해 공구의 절삭 날이 부서지거나 무뎌질 수 있습니다.

4. 표면 윤활성

마찰 계수가 높으면 절삭 열이 증가하여 코팅 수명이 단축되거나 손상되는 반면, 마찰 계수가 낮으면 공구 수명이 크게 연장됩니다.

미세하고 매끄러운 또는 규칙적인 질감의 코팅 표면은 칩이 커터 전면에서 빠르게 미끄러져 나가기 때문에 절삭 열을 감소시켜 열 발생을 줄여줍니다. 또한 표면 윤활이 개선된 코팅 공구는 비코팅 공구에 비해 더 빠른 절삭 속도로 가공할 수 있어 공작물 소재에 대한 고온 용접을 방지할 수 있습니다.

5. 접착 저항

코팅의 접착 방지 특성은 공구와 가공되는 재료 사이의 화학 반응을 방지하거나 감소시키고 공구에 공작물 재료가 침착되는 것을 방지합니다.

비철금속(예: 알루미늄 및 황동)을 가공하는 동안 공구에 빌드업 에지(BUE)가 발생하여 공구 칩핑 또는 대형 공작물이 발생하는 경우가 종종 있습니다. 재료가 공구에 달라붙기 시작하면 접착력이 계속 확장됩니다. 예를 들어, 성형 탭으로 알루미늄 공작물을 가공할 때 각 구멍이 가공된 후 탭에 부착되는 알루미늄이 증가하여 결국 탭 직경이 너무 커져 공차를 벗어난 공작물을 폐기해야 하는 경우가 발생할 수 있습니다.

접착 방지 특성이 우수한 코팅은 냉각수의 성능이 좋지 않거나 농도가 충분하지 않은 상황에서도 효과적일 수 있습니다.

IV. 코팅 적용

금속 가공에서 코팅 적용의 비용 효율성은 여러 요소의 영향을 받지만, 각 특정 가공 시나리오에 따라 일반적으로 실행 가능한 코팅 옵션이 몇 가지로 좁혀집니다. 적절한 코팅과 그 특성을 신중하게 선택하면 가공성과 공구 성능을 크게 향상시킬 수 있지만, 부적합한 코팅을 선택하면 개선 효과가 미미하거나 심지어 해로운 결과를 초래할 수도 있습니다.

공구 코팅의 효율성은 절삭 깊이, 절삭 속도 및 절삭유 전략과 같은 절삭 매개변수와 복잡하게 연결되어 있습니다. 이러한 요소는 코팅의 특성과 상호 작용하여 전체 공구 수명과 가공 효율성을 결정합니다. 예를 들어 고속 절삭은 열 차단 코팅의 이점을 더 많이 누릴 수 있는 반면, 연마재는 내마모성이 뛰어난 코팅이 필요할 수 있습니다.

특정 용도에 맞는 최적의 코팅을 확인하려면 제어된 가공 시험을 통한 경험적 테스트가 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다. 이 접근 방식을 사용하면 재료별 상호 작용과 공정 변수를 고려하여 실제 작동 조건에서 코팅 성능을 직접 비교할 수 있습니다.

코팅 공급업체는 열, 마찰, 마모에 대한 내성을 강화하는 고급 코팅을 개발하기 위해 끊임없이 혁신하고 있습니다. 최신 코팅은 고성능 가공의 진화하는 요구를 충족하기 위해 다층 구조, 나노 복합체 또는 적응형 특성을 통합할 수 있습니다. 최첨단 공구 코팅을 평가하고 구현하려면 코팅 및 공구 제조업체와 긴밀히 협력하는 것이 중요합니다. 이 파트너십을 통해 다음과 같은 최신 코팅 기술 개발에 대한 액세스를 제공할 수 있습니다:

1. 인성 및 내마모성 향상을 위해 최적화된 입자 구조를 갖춘 PVD(물리적 기상 증착) 코팅
2. 열 안정성을 높이기 위해 고급 화학 성분을 사용한 CVD(화학 기상 증착) 코팅으로 열 안정성 향상
3. 다양한 증착 기술의 장점을 결합한 하이브리드 코팅
4. 뛰어난 경도와 내산화성을 제공하는 나노 레이어 코팅

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