공구 마모 패턴 & 최적화 방법
기계 가공에서 가장 일반적인 공구 마모 패턴을 식별하고 일반적인 원인을 찾는 방법과, 공구 수명을 최대화하기 위한 해결책 들을 알아보세요. 상면 마모 (크레이터), 측면 마모, 노치 마모 (홈 형상) 등에 대해 다룹니다.이 자료는 절삭 공구에서 가장 많이 발견되는 마모 패턴들을 요약합니다. 주제:
- 측면 마모 (여유면 마모) 및 상면 마모 (크레이터)
- 구성 인선
- 치핑
- 열 균열 (서멀 크랙)
- 소성 변형
- 노치 마모 (홈 형상)
- 칩 해머링
- 인선 파손
이러한 각 마모 형태에 대하여, 공정에 미치는 영향을 방지하거나 최소화하기 위한 몇 가지 대응 방법들을 설명할 것입니다.
측면 마모(여유면 마모)는 제일 이상적인 공구 마모 양상입니다. 다소 예측 가능하고 신뢰성(일관성)이 있기 때문에, 측면 마모와 공구 수명간의 관계는 잘 정립되어 있습니다. 그러나 측면 마모가 너무 빠르게 발생한다면, 전형적인 측면 마모의 형태라도 문제가 될 수 있습니다.
절삭 속도가 낮은 경우, 측면 마모의 주요 원인은 마모와 침식입니다. 초경의 단단한 미세 입자 또는 변형 경화된 가공물 소재의 입자가 절삭 공구를 깎아냅니다. 작은 코팅 조각들이 부서지고 공구 표면을 깎아냅니다. 공구 소재 안의 코발트가 갑작스럽게 마모되어 나갑니다. 이것은 초경 입자의 접착력을 감소시키고, 부서져 나가는 현상을 유발합니다.
절삭 속도가 높은 경우, 확산 마모가 측면 마모의 주요 원인입니다. 높은 절삭 속도는 절삭 인선에 높은 온도를 발생시키기 때문에 확산이 발생할 수 있는 유리한 조건을 만들어냅니다. 따라서 확산이 일어나기에 유리한 조건을 만듭니다.
측면 마모는 공구의 절삭날을 따라 상대적으로 균일한 마모 양상을 보여줍니다. 때때로 가공물의 금속 입자가 절삭 날 위에 묻어서 마모를 더 커 보이게 하기도 합니다.
측면 마모는 모든 종류의 가공물 소재를 가공할 때 발생하며, 일반적으로 다른 마모가 먼저 공구를 파손시키지 않는다면 절삭 날은 최종적으로 측면 마모로 인해 수명이 종료됩니다.
측면 마모를 최소화하기 위한 몇 가지 방법들이 있습니다:
- 절삭 속도를 낮추세요 (경우에 따라 이송을 높이는 것도 도움이 됩니다)
- 마모에 더 강한, 단단한 초경 재종으로 변경하세요
- 절삭유를 올바르게 적용하세요
상면 마모 (크레이터, Crater Wear)는 확산 및 분해(높은 절삭 속도)와 연마성 마모(낮은 절삭 속도)의 조합입니다. 가공물의 칩에서 전달된 열은 공구의 초경 입자와 탄소의 결합을 칩으로 분해(확산)합니다. 그 결과로 인서트의 상면(경사면)에 구덩이 형상(크레이터)가 생기게 됩니다. 상면 마모가 충분히 커지게 되면 인서트 측면에 치핑이나 급격한 측면 마모를 유발하게 됩니다.
상면 마모는 인서트의 상면(경사면)에 구덩이(크레이터) 형태로 나타납니다. 상면 마모는 주로 연마성 소재를 가공할 때 나타납니다. 예: 주철, 또는 표면이 단단한 단조물 등
상면 마모를 최소화 하기 위한 최적의 방법:
- 코팅 층이 두꺼운 공구를 사용하세요. 예: 산화 알루미늄 층
- 절삭유를 사용하세요
- 날카로운 칩브레이커 형상으로 열 발생을 줄이세요
- 절삭 속도와 이송을 낮추세요
구성 인선(BUE; Built-up edge)은 가공물 소재가 공구의 절삭 인선(절삭날)에 압력 용접으로 접착되어 발생합니다. 이는 절삭 영역에 화학적 친화성, 높은 압력 및 충분한 온도가 있을 때 발생합니다.
결국, 구성 인선이 부서질 때 절삭날의 일부를 붙잡고 떨어져 나가면서 치핑과 빠른 측면 마모를 초래합니다.
구성인선은 절삭 날의 상면이나 측면에 반짝이는 물질의 형태로 나타납니다. 이것이 공구의 상면(경사면)에 작은 구덩이를 만들고, 최종적으로는 절삭 날에 치핑을 유발합니다. 구성 인선은 일반적으로 비철 소재, 초합금 및 스테인리스 강을 비롯한 점착성 소재, 및 낮은 절삭 속도와 이송을 수반하는 작업 중에 일반적으로 발생합니다.
구성 인선을 예방하려면,
- 절삭 속도 또는 이송을 높이세요
- 더 날카로운 칩브레이커와 매끄러운 상면을 가진 인서트로 변경하세요
- 절삭유를 올바르게 적용하고 농도를 높이세요
치핑은 기계적 불안정 또는 절삭 공구 소재의 균열로 인해 발생합니다. 절삭날의 치핑은 종종 가공물이나 공작 기계 또는 공구 자체의 진동으로 인해 발생합니다. 가공물 소재 표면의 단단한 입자와 단속 절삭으로 인해 응력이 특정 부위에 집중되어 균열 및 치핑을 유발할 수 있습니다.
치핑은 절삭날에서 작게 부서진 흔적들처럼 보이며 장비나 공구가 튼튼하게 고정되지 않은 상황에서 흔히 발생합니다. 단단한 입자가 있는 가공물 소재(예: 석출 경화(PH) 소재)도 절삭날 치핑을 유발할 수 있습니다.
시정 조치 목록:
- 올바른 장비 셋업
- 편향 (런아웃) 최소화
- 인성이 더 좋은 초경 재종을 사용하고 더 튼튼한 칩브레이커 선택
- 이송을 줄이고 (특히 진입/진출시) 절삭 속도를 높이세요. (구성인선에 대한 개선 방법도 참조하세요.)
열 균열(서멀 크랙)을 유발하는 요소들:
- 열 부하 (절삭 영역의 높은 온도)
- 열 변화 (절삭 영역의 온도 변화)
응력 균열은 절삭 인선(날)에 수직에 가깝게 발생하여 결국 초경 부분이 떨어져 나가고 인선에 치핑이 발생합니다. 열 균열은 대부분 밀링과 단속 선반 가공에서 발견됩니다. 절삭유의 간헐적인 흐름도 열 균열을 유발할 수 있습니다.
이에 대한 시정 조치들로는:
- 절삭유를 올바르게 적용하세요
- 인성이 더 높은 초경 재종으로 변경하세요
- 절삭 속도와 이송을 낮추세요
- 날카로운 칩브레이커 형상으로 열 발생을 줄이세요
- 가공 방법을 변경해보세요 (절삭 시간/비절삭 시간의 비율 변경)
열 과부하는 소성 변형의 주요 원인입니다. 과도한 열은 초경 점결재(코발트)를 연하게 합니다. 그 후 절삭 인선(날)에 가해지는 기계적 과부하, 즉 압력으로 인해 인선 끝의 모양이 변형되거나 처져서 결국 부러지거나 급격한 측면 마모가 발생합니다.
소성 변형은 인선 모양이 변형된 것 처러 보입니다.. 소성 변형은 절삭날의 측면 마모와 매우 유사하게 보일 수도 있으므로 주의 깊은 관찰이 필요합니다.
절삭 온도가 높고(높은 절삭 속도 및 이송) 가공물 소재의 강도가 높은 경우(고경도 강 또는 변형 경화(가공 경화)된 표면 및 초내열 합금) 소성 변형의 발생을 예상할 수 있습니다.
이에 대한 시정 조치들로는:
- 절삭유를 올바르게 적용하세요
- 절삭 속도와 이송을 낮추세요
- 코너 R 이 더 큰 인서트로 사용하세요
- 더 단단하고, 내마모성이 좋은 재종으로 변경하세요
노치 마모는 가공물의 표면이 가공물 내부 물질보다 더 단단하거나 연마성이 높을 때 발생합니다. 이것은 이전 절삭 툴패스에 의한 표면 경화(스테인리스강 및 초합금과 같은 변형 경화 소재에서) 때문이거나 표면 스케일이 있는 단조 또는 주조 표면에서 발생할 수 있습니다. 이로 인해 절삭날이 단단한 층과 접촉하는 지점에서 더 빨리 마모됩니다. 이렇게 부분적으로 집중된 응력은 노치 마모를 유발할 수 있습니다. 무슨 일이 벌어지나요? 압축 응력은 절삭날에서 가공물과 접촉하는 영역을 따라 발생하며, 가공물과 접촉하지 않는 곳에서는 발생하지 않습니다. 이로 인해 가공물이 접촉하는 영역과 접촉하지 않는 영역의 경계(즉 절삭날의 절삭 깊이 위치)에 높은 응력이 발생합니다. 가공물 소재의 단단한 미세 입자 또는 약간의 단속을 비롯한 모든 종류의 충격도 노치 마모를 유발할 수 있습니다.
이에 대한 시정 조치들 :
- 이송을 줄이고, 여러 패스 가공시 절삭 깊이에 다양하게 변화를 주세요
- 내열합금 가공시 절삭 속도를 높이세요 (측면 마모가 더 심해지는 단점이 있음)
- 인성이 더 높은 초경 재종으로 변경하세요
- 특히 스테인리스 강 및 내열 합금에서는, 구성 인선을 예방하기 위하여 높은 이송에 적합한 칩브레이커를 사용하세요.
칩 해머링은 칩이 말리면서 절삭 인선의 미사용 부분을 때려서 발생하는 현상입니다. 절삭하지 않는 날이나 가공물과 접촉하지 않는 인선 부위가 파손됩니다. 높은 이송과 깊은 절삭 깊이가 조합되는 작업에서 발생 위험이 더 높습니다.
칩 해머링을 해소하기 위하여:
- 이송 및 절삭 깊이를 변경하세요
- 절삭 인선 각도가 다른 공구로 변경하세요
- 칩브레이커를 변경하세요
- 인성이 더 높은 초경 재종으로 변경하세요
기본 공구 마모 패턴의 개요에는 절삭날 파손도 포함되어야 하지만, 파손 자체는 마모 패턴으로 간주되지 않습니다. 절삭 인선의 치명적인 파손은 마모 현상이 아니라, 공구를 잘못 사용하여 발생하는 원치 않는 위험한 현상입니다. 절삭날이 부러지면 절삭날에 작용하는 기계적 부하가 너무 높아서 견딜 수 없도록 과도한 절삭 조건을 선택했다는 의미입니다.
더 낮은 절삭 조건(주로 절삭 깊이 및 이송)으로 시작하거나 더 튼튼한 절삭날(인성이 높은 초경 재종 또는 더 튼튼한 칩브레이커 형상)을 선택하세요.
또한 앞서 설명한 다른 마모 형태 중 하나가 매우 심해져서 절삭 인선이 더 이상 가해지는 부하를 견딜 수 없을 정도로 악화된것이 원인일 수도 있습니다. 이러한 경우 새 절삭 인선으로 조금 더 일찍 교체하면 파손을 방지할 수 있습니다.
마모에 대한 설명은 공구 마모의 시각적 측면에 집중합니다. 그 외에도 절삭 인선이 마모될 때 관찰할 수 있는 다른 현상도 있습니다. 이는 공구가 마모되어 교체할 준비가 되었음을 나타낼 수 있습니다.
- 절삭 공구의 급작스러운 파손. 이것은 절삭 공구를 교체해야 한다는 신호를 보내는 매우 불쾌한 방법입니다. 절삭 인선의 악화에 영향을 주는 요소가 너무 많기 때문에 항상 모든 요소를 고려하는 것은 어려우며, 경우에 따라 인선의 파손으로 이어질 수 있습니다.
공구 파손이 규칙적으로 발생하면 작업을 중지하고 공정을 완전히 재검토해야 합니다. 규칙적인 공구 파손은 절삭 인선에 작용하는 부하와 공구가 부하를 버티는 능력 사이에 균형이 맞지 않음을 뜻합니다. 절삭 부하를 낮추거나 더 튼튼한 절삭 인선을 선택해야 합니다. - 손톱으로 긁어보는 방법은 절삭 인선의 상태를 평가하는 가장 간단한 검사 중 하나입니다. 절삭 인선의 구성 인선이나 미세 치핑은 육안에는 보이지 않을 수 있지만, 손톱으로는 확실히 느낄 수 있습니다. 작업 중 구성 인선 및 치핑을 최소화해야 합니다.
- 가공 중 소음 수준의 변화는 공구가 마모되었음을 의미할 수 있습니다. 날카로운 고주파 소음은 절삭 조건이 좋지 않음을 나타냅니다.
- 가공 중 칩 형상, 또는 색상의 변화는 절삭 인선의 모양이 변하고 있음을 나타내는 지표 중 하나입니다. 예: 공구 마모 진행
- 가공물의 표면 조도(표면 거칠기)가 나빠지는 것도 공구를 교체할 때가 되었음을 보여주는 신호입니다(공구 수명 종료).
- 소비 전력 증가 또는 진동 경향.
공구 악화는 절삭 공구의 상태가 점점 더 나빠져서 결과적으로 공구가 의도했던 성능을 잃어가는 과정입니다. 공구 악화는 노화 마모, 파손과 같은 갑작스러운 충격 현상 및 가공물 소재와 공구 소재 사이의 화학적 상호 작용으로 인해 발생합니다.
노화 마모란 점진적인 표면 손상 과정으로 하나 또는 양쪽 고체의 표면에서 물질 손실을 유발하며, 두 표면이 특정한 압력 및 온도의 환경 조건에서 미끄러지거나 구를 때 발생합니다.
이러한 기본적인 마모 형태 개요는 공정에서 작업자가 허용할 수 없는 공구 마모를 관리하기 위한 기본 해결책을 제공합니다.
최상의 생산 효율성을 위해 공구 마모를 제어하는 방법에 대해 더 알고 싶으신가요? 공구의 악화 양상 교육 과정(세코툴스 온라인 교육 사이트)에 등록하거나 세코툴스에 GTDA 현장 방문 프로젝트를 요청하세요. 자세한 정보는 세코툴스 코리아 카카오톡 채널에 문의하시기 바랍니다.
문의하기
Inline Content - Survey
Current code - 5fce8e61489f3034e74adc64
