절단 원리: 가공 기본 사항 마스터하기

금속 절삭은 공작물과 상대적인 동작으로 절삭 공구를 사용하여 부품에서 과도한 금속을 제거하여 칩을 형성하고 가공된 표면을 만드는 프로세스입니다.

금속 절단 공정에는 절삭 공구의 작용으로 절단되는 금속 층의 전단 변형이 포함됩니다. 이 과정에는 금속 변형, 절삭력, 절삭 열, 공구 마모와 같은 물리적 현상이 수반됩니다. 버, 쌓인 모서리, 진동, 칩 말림 및 파손과 같은 생산 공정에서 발생하는 문제는 모두 절단 공정과 관련이 있습니다.

I. 절단 과정

1. 칩 형성 과정

절단하는 동안 절삭 날의 절단 작용과 레이크면의 밀기 작용으로 절단되는 금속 층은 다음과 같은 과정을 거칩니다. 전단미끄러지고 변형되어 최종적으로 공작물에서 분리되어 칩이 됩니다. 이 과정을 절단 공정이라고 합니다.

칩 형성 과정은 그림 1에 나와 있습니다.

영역 I 변형: 절삭날 근처의 절삭 레이어에서 전단 변형 영역입니다.

절단되는 금속 층은 먼저 절삭 공구 앞의 압축력에 의해 탄성 변형을 겪습니다. 최대 전단 응력이 재료의 항복 한계에 도달하면 전단 미끄러짐이 발생합니다. 레이크 면이 점차 가까워지면 소성 변형이 증가하면서 변형 경화와 함께 미끄러짐이 멈추고 절단된 금속 층이 공작물 본체에서 분리되어 레이크 면을 따라 흐르는 칩이 됩니다.

영역 II 변형: 레이크 면과 접촉하는 칩 레이어의 변형 영역입니다.

첫 번째 변형 영역에서 전단 미끄러짐으로 형성된 칩은 흘러나오면서 레이크 면과 강한 마찰을 일으켜 칩 바닥에 있는 얇은 금속 층의 흐름을 느리게 하는 두 번째 전단 변형을 일으킵니다. 이렇게 느리게 흐르는 금속 층을 정체층이라고 합니다. 정체 층의 변형 정도는 칩의 상부 층보다 몇 배 또는 수십 배 더 큽니다.

영역 III 변형: 절삭날 근처의 가공된 표면 레이어의 변형 영역입니다.

세 번째 변형 영역의 변형은 절삭 날의 무딘 부분과 측면 면의 압축 및 마찰로 인해 공작물 표면과 가공된 표면 금속층이 소성 변형을 겪는 영역을 말합니다. 이로 인해 표면 금속층이 섬유화 및 가공 경화가 발생하고 특정 잔류 응력이 발생합니다. 이 영역의 금속 변형은 공작물의 표면 품질과 성능에 영향을 미칩니다.

2. 칩의 종류

금속 절삭 시 공작물 재료, 공구 형상 및 절삭 파라미터의 차이로 인해 형성된 칩은 다양한 모양을 갖습니다. 일반적으로 네 가지 기본 유형이 있습니다(그림 2 참조).

a) 연속 칩
b) 세그먼트화된 칩
c) 원소 칩
d) 불연속형 칩

(1) 연속 칩

(그림 2a 참조) 칩은 연속적인 리본 형태로 형성됩니다. 연속된 칩의 내부 표면은 매끄럽고 외부 표면은 흐릿합니다. 현미경으로 보면 측면에 많은 전단면 줄무늬를 볼 수 있습니다. 이러한 칩은 연성 소재를 절단할 때 쉽게 형성됩니다. 금속 작은 절삭 두께, 빠른 절삭 속도, 큰 공구 레이크 각도를 제공합니다.

이러한 유형의 칩 형성의 장점은 안정적인 절삭 공정, 절삭력의 변동이 적고 공작물의 표면 품질이 높다는 것입니다. 단점은 지나치게 긴 연속 칩이 공작물과 공구를 감싸서 작동과 안전에 영향을 줄 수 있다는 것입니다. 따라서 칩 브레이킹 조치를 취해야 합니다.

(2) 세그먼트화된 칩

(그림 2b 참조) 이 칩의 외부 표면은 톱니 모양이고 내부 표면에는 균열이 있습니다. 이는 절단 중에 내부의 국부 전단 응력이 재료의 강도 한계에 도달하기 때문입니다.

연성 금속을 절단할 때 이러한 칩은 더 큰 절단 두께, 더 낮은 절단 속도 및 더 작은 경사각으로 쉽게 얻을 수 있습니다. 이러한 칩이 형성되는 동안 절삭력이 크게 변동하고 절삭 공정이 덜 안정적이며 공작물의 가공 표면이 더 거칠어지는 경향이 있습니다.

(3) 원소 칩

(그림 2c 참조) 절단 중에 칩이 더 큰 불규칙한 블록 구조로 부서지는 경우 이러한 칩을 원소 칩이라고 합니다. 이러한 칩이 형성되는 이유는 칩 내부의 전단 응력이 재료의 강도 한계를 초과하여 칩이 특정 단면을 따라 파손되어 연속적인 칩이 형성되지 않기 때문입니다. 일반적으로

연성 금속을 절단 할 때 이러한 칩은 큰 절단 두께, 낮은 절단 속도 및 작은 공구 경사각으로 쉽게 얻을 수 있습니다. 이러한 칩을 형성 할 때 절삭력이 크게 변동하고 절삭 공정이 매우 불안정하며 기계 가공 된 표면 거칠기 이 높습니다. 따라서 가공 중, 특히 마감 작업에서 이러한 칩이 형성되는 것을 피해야 합니다.

(4) 불연속형 칩

(그림 2d 참조) 주철, 황동과 같은 취성 금속을 절단할 때, 절단되는 금속층은 공구의 밀기 작용에 의해 소성 변형이 거의 없이 압착되고 취성 골절됩니다. 이렇게 되면 불연속 칩이라고 하는 다양한 크기의 불규칙한 조각 칩이 형성됩니다.

이러한 칩을 형성할 때 절삭력은 매우 다양하며 공작물의 가공 표면 거칠기가 매우 높습니다. 공구 경사각이 작고 절삭 두께가 클수록 이러한 칩이 생성될 가능성이 높아집니다.

3. 빌드업 에지

(1) 빌드업 엣지 형성

특정 조건에서 연성 금속을 절단할 때 그림 3과 같이 경도가 높은 작은 금속 조각이 공구 팁 근처에 달라붙는 경우가 있습니다. 이 금속 조각을 빌드업 에지라고 합니다. 이는 절삭 공정과 가공된 표면의 품질에 상당한 영향을 미칩니다.

빌드업 에지를 형성하려면 특정 조건과 이유가 필요합니다. 첫째, 연성 금속을 절단할 때, 둘째, 중간 절삭 속도(5-60m/min)에서 발생합니다. 일반 강철 또는 기타 연성 재료를 절단할 때, 절단되는 금속 층은 공구 절삭 날의 절단 작용에 의해 모재에서 강제로 분리됩니다. 바닥층은 공구의 면을 따라 흐르면서 절단층과 갈퀴면 사이에 마찰을 일으킵니다.

동시에 절삭 공정 중에 칩에 대한 공구면의 밀기 작용으로 인해 엄청난 압력이 발생합니다. 엄청난 압력과 마찰로 인해 칩의 하단층에 있는 금속의 유속이 상단층보다 훨씬 느려져 레이크 면을 따라 상당한 변형이 발생하는데, 이를 정체 흐름이라고 합니다.

칩과 레이크 페이스 사이의 압력과 온도가 일정 수준에 도달하면 냉간 용접이 발생합니다. 냉간 용접을 거친 절단된 금속의 바닥층은 레이크면에 남아 빌드업 에지 층을 형성합니다. 이 빌드업 에지 층은 접촉하는 금속 층에 상당한 소성 변형을 일으켜 그 위에 쌓이게 됩니다.

지속적인 축적을 통해 빌드업 엣지는 점차 커집니다. 일정 높이에 도달하면 완전한 빌드업 에지를 형성하고 절삭 공정에서 절삭 날을 대체합니다. 빌드업 엣지의 존재는 공구의 레이크 각도를 변경합니다.

절삭 속도가 매우 낮으면(5m/min 미만) 공구 표면과 절삭층 사이의 압력과 온도가 낮아 빌드업 에지를 형성하기 위한 조건을 충족하지 못합니다. 절삭 속도가 매우 높으면 금속 바닥층의 온도가 매우 높습니다. 바닥층 금속의 유동성이 증가하고 마찰 계수가 크게 감소하여 빌드업 에지 형성을 방지합니다.

(2) 빌트업 에지가 절단에 미치는 영향

1) 도구를 보호합니다.

빌트업 엣지의 경도는 공작물 재료의 약 2~4배입니다. 공구 전면에 용접되어 절삭 시 절삭날을 대체하여 절삭날과 레이크면을 보호하고 공구 마모를 줄일 수 있습니다. 빌드업 에지는 거친 가공에 긍정적인 영향을 미칩니다.

2) 유효 경사각이 증가합니다.

그림 4와 같이 모서리가 내장된 선삭 공구를 사용하면 유효 경사각을 30°-35°로 높여 칩 변형을 줄이고 절삭력을 낮출 수 있습니다.

3) 공작물 치수 정확도 및 표면 품질에 영향을 줍니다.

빌드업 에지의 형성은 간헐적으로 발생하며 크기가 다양하고 매우 불안정합니다. 절삭 공정 중에 일부 빌드업 에지는 칩에 의해 제거되는 반면, 다른 에지는 공작물의 가공된 표면에 묻혀서 그림 5와 같이 표면 거칠기 값을 증가시키는 단단한 반점과 버를 생성합니다.

빌드업 에지가 절삭 날보다 커지면 공구 팁의 실제 위치가 변경되어 절삭 깊이가 변경되어 공작물의 치수 정확도에 영향을 미칩니다. 따라서 정삭 가공에서는 세 가지 절삭 파라미터를 변경하여 빌드업 에지의 형성을 방지할 수 있습니다.

(3) 빌드업 엣지에 영향을 미치는 주요 요인

빌드업 모서리에 영향을 미치는 주요 요인은 공작물 소재, 절삭 속도, 이송 속도 및 절삭유. 이 중 절삭 속도가 빌드업 에지 형성에 가장 큰 영향을 미칩니다. 또한 공구 레이크 각도와 절삭 두께도 빌드업 에지 형성에 영향을 미칩니다.

레이크 각도가 클수록 칩 변형이 줄어들어 빌드업 에지 형성을 억제하는 데 도움이 됩니다. 절단 두께가 증가하면 칩과 레이크면 사이의 접촉 길이도 증가하여 빌드업 에지가 형성될 가능성이 높아집니다.

4. 작업 경화

가공 후 연성 금속의 표면 강도와 경도가 증가하는 반면 가소성은 감소하는 현상을 변형 경화라고도 하는 가공 경화라고 합니다. 변형 경화의 원인은 가공 과정에서 금속 소재의 소성 변형입니다.

소성 변형이 클수록 표면 변형 경화가 더 심해집니다. 경화 층의 경도는 0.07~0.5mm의 경화 층 깊이로 공작물 경도의 1.2~2배에 달할 수 있습니다. 이는 후속 가공에 어려움을 초래하고 공구 마모를 증가시키며 공작물의 표면 품질에 영향을 미칩니다. 변형 경화가 발생하면 잔류 응력과 미세 균열이 동반되어 공작물 표면의 재료 특성이 저하됩니다.

스트레인 경화에는 몇 가지 부작용이 있지만 유익한 측면도 있습니다. 예를 들어 잔류 응력, 특히 미세 균열을 억제하는 조건에서 롤러 버니싱을 사용하여 작업 경화를 생성하면 가공된 표면의 경도, 강도 및 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.

II. 절삭력

절삭 중에 절삭 공구가 공작물에 가하는 힘을 절삭력 F라고 합니다. _r 를 입력하면 공작물에 작용합니다. 공구의 절삭 작용에 대한 공작물 재료의 저항을 절삭 저항 F'라고 합니다. _r 를 클릭하고 도구에서 작동합니다.

절단력 F _r 및 절단 저항 F' _r 는 그림 6과 같이 두 개의 서로 다른 물체에 작용하는 한 쌍의 동일하고 반대되는 힘입니다.

절삭 저항은 절삭 공정 중 공구 수명, 기계 전력 소비 및 공작물 가공 품질에 큰 영향을 미칩니다.

1. 절단 저항의 원인

절삭 중에 공구는 절삭 금속, 칩 및 공작물 표면층의 소성 및 탄성 변형에 의해 발생하는 변형 저항(F₀, F₁, F₂, F₃)뿐만 아니라 레이크면과 칩 사이, 측면면과 공작물 표면 사이의 마찰 저항(F₄, F₅)도 받습니다. 절삭 저항은 그림 7과 같이 이러한 힘의 결과적인 힘(벡터 합)입니다.

2. 절단 저항의 분해

절삭 저항 F'₀은 공간 벡터이며, 그 크기와 방향을 측정하기가 쉽지 않습니다. 절삭 저항의 효과 분석과 측정을 용이하게 하고 절삭력의 크기를 계산하기 위해 절삭 저항 F'₁은 일반적으로 주 절삭 저항 F'₂, 방사형 저항 F'y, 축 저항 F'x의 세 가지 상호 수직 구성 요소로 분해됩니다(그림 8 참조).

세 가지 구성 요소 힘의 값을 알면 다음 공식을 사용하여 결과 힘 F'₀의 값을 계산할 수 있습니다:

(1) 주 절단 저항 F'₀

베이스 평면에 수직이며 절삭 속도 v₀의 방향과 일치합니다. 구성 요소 힘 중 가장 큰 힘으로, 전체 기계 전력의 약 95%~99%를 차지하며 가장 많은 전력을 소비합니다. F'₁는 공구 생크의 구부러짐을 유발합니다. 따라서 공구를 설치할 때는 공구 생크를 최대한 짧게 연장해야 합니다.

(2) 반경 방향 저항 F'y

베이스 평면에 있으며 방사형 이송 방향과 평행합니다. 기계 전력을 소비하지 않습니다. 그러나 반작용 방사형 절삭력이 공작물에 방사형으로 작용하여 공작물을 구부리는 경향이 있습니다. 공작물이 가늘고 기술 시스템의 강성이 부족하면 굽힘 변형과 진동이 발생하기 쉬워 가공 정확도와 표면 거칠기에 영향을 미칩니다.

(3) 축 방향 저항 F'x

베이스 평면에 있으며 세로 이송 방향과 평행합니다. 총 기계 전력의 1%~5%만 소비합니다. 공작물 축과 평행하기 때문에 선반 공구가 이송 반대 방향으로 편향되는 경향이 있습니다. 따라서 선반 공구를 설치할 때는 공구 이동으로 인한 공작물 파손을 방지하기 위해 단단히 잠가야 합니다.

3. 절단 저항에 영향을 미치는 요인

(1) 공작물 소재

공작물 소재의 경도, 강도, 소성 변형, 칩과 공구 사이의 마찰은 모두 절삭 저항에 영향을 미칩니다. 공작물 소재의 경도나 강도가 높을수록 절삭 저항이 커집니다.

공작물 재료의 가소성 또는 인성이 높을수록 변형 저항과 마찰력이 커지고 절삭 저항이 커집니다. 강철의 강도와 변형은 주철보다 크므로 강철을 절단할 때의 절삭 저항은 주철을 절단할 때보다 더 큽니다(약 0.5~1배 높음).

(2) 절단 매개변수

절삭 매개변수 중 주요 요인은 절삭 깊이와 이송 속도로, 절삭 영역에 영향을 미쳐 절삭 저항에 영향을 줍니다. 절삭 깊이가 절삭 저항에 가장 큰 영향을 미치고 이송 속도가 그 뒤를 따릅니다.

절단 깊이와 이송 속도를 높이면 절단 두께와 절단 폭이 각각 증가하여 절단 면적이 증가합니다. 결과적으로 변형 저항과 마찰 저항이 증가하여 절삭 저항이 증가합니다.

절삭 깊이가 두 배가 되면 주 절삭 저항도 두 배가 되지만, 이송 속도가 두 배가 되면 주 절삭 저항은 0.75~0.9배만 증가합니다. 따라서 더 큰 이송 속도를 사용하는 것이 더 큰 절삭 깊이를 사용하는 것보다 전력 효율이 더 높습니다.

절삭 속도는 칩 변형 정도에 영향을 주어 절삭 저항에 영향을 주지만 절삭 영역에는 영향을 미치지 않습니다. 따라서 절삭 속도가 절삭 저항에 미치는 영향은 절삭 깊이와 이송 속도만큼 크지 않습니다. 취성 금속을 절단할 때 변형과 마찰이 상대적으로 적고 절삭 속도가 변해도 절삭력은 크게 변하지 않습니다.

(3) 선반 공구 각도

1) 레이크 각도.

경사각이 클수록 칩 변형이 작아지고 절단 저항이 현저히 감소합니다.

2) 접근 각도.

플라스틱 금속 절삭 시 접근 각도가 60°~75° 미만인 경우 접근 각도를 높이면 주 절삭 저항이 감소하고, 60°~75°보다 큰 경우 접근 각도를 높이면 공구 노즈 반경의 영향으로 인해 주 절삭 저항이 증가합니다. 취성 금속 절삭 시 접근 각도가 45°보다 큰 경우 주 절삭 저항은 기본적으로 각도 변화에 따라 변하지 않습니다.

3) 경사각.

경사각이 10°에서 45°로 변할 때 주 절삭 저항은 기본적으로 변하지 않습니다. 그러나 경사각이 감소하면 반경 방향 절삭 저항이 증가하고 이송력이 감소합니다.

4) 마이너스 땅.

공구를 마이너스 그라운드로 연삭하면 절삭날이 무뎌지고 칩 변형이 증가하며 절삭 저항도 증가합니다.

5) 도구 노즈 반경.

공구 노즈 반경 또는 전환 모서리가 증가하면 절삭에 관련된 절삭 날의 길이가 증가하고 칩 변형과 마찰력이 증가하며 절삭 저항도 증가합니다.

III. 절단 열 및 절단 온도

절삭열은 금속 변형과 마찰로 인해 절삭 공정 중에 발생하는 열을 말합니다. 절삭 열과 그에 따른 절삭 온도는 공구 마모와 사용 수명에 직접적인 영향을 미치며, 특히 고속 절삭에서 공작물 가공 정확도와 표면 품질에 영향을 미칩니다.

1. 절단 열의 발생원 및 발산

절단 열의 세 가지 원인은 첫째, 절단층 금속의 탄성 및 소성 변형, 둘째, 칩과 레이크면 사이의 마찰, 셋째, 공작물과 측면면 사이의 마찰입니다. 절단 과정에서 위의 변형과 마찰로 인해 소비되는 대부분의 전력은 열 에너지로 변환됩니다.

절삭 열은 칩, 공작물, 공구 및 주변 매체를 통해 발산됩니다. 실험에 따르면 다양한 부품으로 전달되는 절삭 열의 비율은 일반적으로 칩에서 가장 높은 것으로 나타났습니다.

절삭유를 사용하지 않고 중간 절삭 속도로 강재를 절삭할 경우, 절삭 열의 50%~86%는 칩에 의해, 10%~40%는 공작물에, 3%~9%는 선반 공구로, 약 1%는 주변 공기로 전달됩니다.

2. 절단 온도

절단 열이 발생하면 절단 영역의 온도가 상승하고 절단 영역의 절단 온도 분포가 고르지 않습니다. 절단 온도는 일반적으로 칩과 레이크면 사이의 접촉 영역의 평균 온도를 나타냅니다. 절단 온도의 수준은 절단 열의 양과 방열 조건의 품질에 따라 달라집니다.

3. 절단 온도에 영향을 미치는 주요 요인

(1) 공작물 소재의 영향

공작물 소재는 다양한 강도, 경도 및 열전도도 특성을 통해 절삭 온도에 영향을 미칩니다. 공작물 소재의 강도와 경도가 낮고 열전도율이 높으면 열이 덜 발생하여 절단 온도가 낮아집니다. 절단 온도가 높으면 그 반대가 됩니다.

(2) 절단 매개변수의 영향

절삭 파라미터(v₀, f, a₁)가 증가하면 절삭 온도가 상승하며, 절삭 속도(v₂)가 가장 큰 영향을 미치고 이송 속도(f)와 절삭 깊이(a₃)가 그 다음으로 가장 적은 영향을 미칩니다.

(3) 도구 각도의 영향

1) 경사각(γ₀)

경사각의 크기는 절단 변형과 마찰에 영향을 미치며 절단 온도에 큰 영향을 미칩니다. 경사각이 커질수록 변형과 마찰이 감소하고 열이 덜 발생하며 절삭 온도가 떨어집니다. 그러나 경사각이 너무 크면 쐐기각이 감소하여 공구 팁의 부피가 줄어들고 방열 조건이 악화되어 절삭 온도가 약간 상승합니다.

2) 접근 각도(K₀)

동일한 절삭 깊이에서 접근 각도를 높이면 절삭에 참여하는 주 절삭날의 길이 L₀가 짧아지고 공구 포인트 각도 ε₁가 감소합니다. 이렇게 하면 절삭 열이 집중되고 방열 조건이 악화되어 그림 9와 같이 절삭 온도가 상승합니다.

a) 작은 K₀, 큰 공구 포인트 각도
b) 큰 K₀, 작은 공구 포인트 각도

(4) 기타 요인의 영향

절삭유의 적절한 선택과 충분한 도포는 절삭 온도를 효과적으로 낮출 수 있습니다.

4. 절삭 온도가 가공에 미치는 영향

절삭 온도가 절단 및 가공에 미치는 영향은 이중적인 특성을 가지고 있습니다.

(1) 절삭 온도가 절삭 및 가공에 미치는 악영향

1) 절삭 온도가 상승하면 공구 마모가 가속화되고 공구 수명이 단축됩니다.

2) 가열 후 공구 또는 공작물은 열팽창 및 변형이 발생하여 특히 비철금속 또는 얇은 공작물을 가공할 때 가공 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.

3) 공작물 표면이 공구 측면에 닿으면 온도가 순간적으로 수백도까지 올라갈 수 있지만 측면과 분리된 후에는 온도가 급격히 떨어집니다. 이 과정은 짧지만 공작물 표면에 유해한 잔류 인장 응력을 유발할 수 있습니다. 심한 경우 공작물 표면에 표면 연소 및 어닐링 현상이 발생할 수 있습니다.

(2) 절삭 온도가 절삭 및 가공에 미치는 이점

1) 절삭 온도는 공작물 소재를 부드럽게 만들어 절삭하기 쉬워 경도는 높지만 고온 강도가 낮은 소재(담금질 및 경화강 등)를 가공하는 데 유리합니다.

2) 부서지기 쉽지만 내열성이 좋은 일부 공구 재료(예: 초경합금 및 세라믹 재료)의 경우 적절한 고온을 사용하면 재료의 인성을 개선하고 치핑 현상을 줄일 수 있습니다.

3) 절삭 온도가 높을수록 모서리 형성에 불리하여 공구 마모를 줄이고 공작물 표면 품질을 향상시킬 수 있습니다.

IV. 공구 마모 및 마모 기준

공구는 절삭 공정 중에 서서히 마모됩니다. 공구 마모가 일정 수준에 도달하면 절삭 저항 증가, 절삭 온도 상승, 칩 색상 변화, 절삭 진동이 발생하고 가공된 표면 품질이 크게 저하되는 것을 명확하게 관찰할 수 있습니다. 공작물 치수가 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다. 이 시점에서 공구를 다시 연마하거나 새 공구로 교체해야 합니다.

1. 공구 마모의 형태

그림 10과 같이 공구 마모에는 레이크면 마모, 측면면 마모, 레이크면과 측면면 동시 마모의 세 가지 형태가 있습니다.

a) 레이크 페이스 마모
b) 측면 얼굴 마모
c) 레이크와 측면 면의 동시 마모

(1) 레이크 페이스 마모

레이크 페이스 마모는 공구 전면에 초승달 모양의 구덩이가 생기는 것을 말합니다. 절삭 속도가 빠르고 절삭 두께가 큰 플라스틱 금속을 절삭할 때 초승달 모양의 구덩이가 발생할 가능성이 더 높습니다. 초승달 모양의 마모가 점진적으로 확대되면 절삭 날의 강도가 감소하여 공구가 쉽게 부서지고 손상될 수 있습니다.

(2) 측면 얼굴 마모

주요 마모 부위는 측면면에서 발생합니다. 이는 가공된 표면과 공구의 측면면 사이의 강한 압착과 마찰로 인해 측면면의 절삭날 근처에 손상과 홈이 생기면서 발생합니다.

이러한 유형의 마모는 일반적으로 부서지기 쉬운 금속을 절단하거나 절단 깊이가 작은 플라스틱 금속을 절단할 때 발생합니다. _p <0.1mm). 마모 값은 VB로 표시됩니다.

(3) 레이크와 측면 면의 동시 마모

이것은 레이크 면에 초승달 모양의 구덩이와 측면 면에 홈이 동시에 발생하는 포괄적 인 마모 유형입니다. 플라스틱 금속을 절단할 때 가장 일반적인 상황입니다. 순수한 레이크면 마모 또는 측면면 마모는 거의 발생하지 않습니다.

2. 공구 마모 프로세스

공구 마모 프로세스는 일반적으로 세 단계로 나눌 수 있습니다. 공구 마모 프로세스 곡선은 그림 11에 나와 있습니다.

공구 마모는 일반적으로 측면 면의 마모를 의미하는데, 대부분의 경우 측면 면에 마모가 발생하기 때문입니다. VB의 크기는 가공 정확도와 표면 거칠기에 큰 영향을 미치며 측정하기도 더 편리합니다. 따라서 현재 플랭크 페이스의 마모량은 일반적으로 공구 마모 정도를 반영하는 데 사용됩니다.

(1) 초기 마모 단계(OA 섹션)

이 단계에서는 마모 곡선의 기울기가 상대적으로 큽니다. 새로 연삭된 공구의 측면과 가공된 표면 사이의 실제 접촉 면적이 작기 때문에 압력이 매우 높아 마모가 빠르게 진행됩니다.

초기 마모량은 공구 연삭의 품질과 밀접한 관련이 있으며, 일반적으로 VB=0.05~0.1mm 범위입니다. 연삭 공구는 초기 마모가 적고 내구성이 훨씬 뛰어납니다.

(2) 일반 마모 단계(AB 구간)

초기 마모 후에는 공구의 측면에 좁은 융기가 마모되어 압력이 감소하므로 마모 증가가 느려지고 더 안정됩니다. 이것이 정상적인 마모 단계이며 공구의 효과적인 작동 단계이기도 합니다.

이 단계에서 마모 곡선은 기본적으로 약간의 상향 경사가 있는 직선이며, 그 기울기는 정상 작동 중 공구의 마모 강도를 나타냅니다. 마모 강도는 공구 절삭 성능을 비교하는 중요한 지표 중 하나입니다.

(3) 빠른 마모 단계(BC 섹션)

정상 마모 단계가 지나면 절삭날이 상당히 무뎌지고 절삭력이 증가하며 절삭 온도가 상승합니다. 이 시점에서 공구의 마모 상태는 질적인 변화를 겪으며 급속 마모 단계로 들어갑니다. 이 단계의 마모 곡선의 기울기는 매우 커서 마모 강도가 높음을 나타냅니다.

이 단계에서 공구가 계속 작동하면 가공 품질을 보장할 수 없을 뿐만 아니라 공구 재료가 더 많이 소모되고 절삭 기능이 완전히 상실될 수도 있습니다. 따라서 공구는 빠른 마모를 피하고 이 단계에서는 절삭 작업을 피해야 합니다.

3. 공구 마모 기준

공구 마모는 절삭력, 절삭 온도 및 가공 품질에 영향을 미치므로 가공 조건에 따라 최대 허용 마모 값을 지정해야 합니다. 이것이 공구 마모 기준입니다.

일반적으로 공구의 측면면에는 레이크면 마모보다 가공 정확도와 절삭력에 더 큰 영향을 미치는 측면면 마모가 있습니다. 또한 측면면 마모는 측정하기가 더 쉽습니다. 따라서 공구 관리 및 금속 절삭 연구에서는 측면 마모 치수를 기준으로 마모 기준을 설정하는 경우가 많습니다.

소위 마모 기준은 일반적으로 측면 마모 밴드의 중간 부분에서 허용되는 최대 평균 마모량을 말하며, VB로 표시됩니다.

예를 들어 카바이드 공구를 사용한 탄소강 황삭 선삭의 경우 VB=0.6~0.8mm, 주철 황삭 선삭의 경우 VB=0.8~1.2mm, 정삭 선삭의 경우 VB=0.1~0.3mm가 마모 기준으로 간주됩니다.

대형 공작물을 가공할 때 중간에 공구를 교체하지 않기 위해 일반적으로 공구 수명을 연장하기 위해 낮은 절삭 속도를 사용합니다. 이 경우 절삭 온도가 낮아지므로 마모 기준을 적절히 높일 수 있습니다.

자동화 생산에 사용되는 정삭 공구의 경우, 일반적으로 공작물 정확도 요구 사항에 따라 마모 기준이 설정됩니다. 이러한 경우 그림 12와 같이 방사형 마모량 NB가 측정 표준으로 사용되는 경우가 많습니다.

4. 공구 수명

새로 연삭한 공구가 절삭을 시작한 시점부터 마모량이 마모 기준에 도달할 때까지의 절삭 시간을 공구 수명이라고 합니다. 이는 두 번의 재연삭 사이의 순수 절삭 시간인 T로 표시됩니다. 순 절삭 시간을 의미하며 공구 설정, 측정, 급속 이송, 유휴 스트로크 등에 사용되는 비절삭 시간은 포함되지 않습니다.

공구 수명은 공구를 처음 사용할 때부터 폐기할 때까지의 사용 시간, 즉 각 재연삭 후의 수명을 합산한 값입니다. 현대 생산에서는 무턱대고 공구 수명을 늘리는 것은 바람직하지 않습니다. 제품 품질, 생산 효율성 및 가공 비용을 고려하면서 공구 수명을 극대화하는 것이 목표가 되어야 합니다.

V. 공작물 표면 거칠기를 줄이는 방법

표면 거칠기는 가공된 표면의 작은 간격과 작은 피크-밸리 요철을 말합니다. 두 개의 피크 또는 두 개의 밸리 사이의 거리(파장)가 매우 작고(1mm 미만) 육안으로 구분하기 어렵기 때문에 미세한 기하학적 형상 오류에 속합니다. 표면 거칠기가 작을수록 표면이 매끄럽습니다. 표면 거칠기의 크기는 기계 부품의 성능에 큰 영향을 미칩니다.

표면 거칠기에 대한 평가 매개변수에는 프로파일의 산술 평균 편차 Ra, 불규칙성의 10포인트 높이 Rz, 프로파일의 최대 높이 Ry가 포함됩니다. Ra 파라미터는 높이 방향의 표면 미세 기하학적 형상의 특성을 충분히 반영할 수 있고 기하학적 측정 방법이 비교적 간단하기 때문에 표준에서 우선적으로 선택하도록 권장하는 가장 기본적인 평가 파라미터입니다.

가공된 표면의 표면 거칠기와 표면층의 물리적-기계적 특성은 가공된 표면의 표면 품질을 평가하는 기준입니다. 표면 거칠기는 내마모성, 내식성, 피로 강도, 그리고 피팅 부품의 특성을 연구합니다. 표면 거칠기를 줄이는 방법도 절삭 원리 연구에서 중요한 내용 중 하나입니다.

1. 공작물 표면 거칠기에 영향을 미치는 요인

(1) 잔여 면적

공작물의 가공된 표면은 공구의 주 절삭날과 보조 절삭날의 절삭에 의해 형성됩니다. 그림 13과 같이 두 절삭 날에 의해 가공된 표면에서 절단되지 않고 남은 부품의 단면적은 잔류 면적이라고 합니다. 그림에서 잔류 면적이 크고 높이가 높을수록 표면 거칠기 값이 커진다는 것을 알 수 있습니다.

또한 절삭 날의 거칠기는 공작물 표면의 가공 품질에도 영향을 미칩니다. 절삭 날이 더 부드럽고 날카로울수록 가공된 표면의 표면 거칠기 값이 낮아집니다.

절삭 중에 공구 팁 반경과 측면면의 압축 및 마찰로 인한 소성 변형으로 인해 잔류 면적이 왜곡되어 가공된 공작물 표면의 표면 거칠기 값이 증가합니다.

(2) 비늘 모양의 버

공구 경사각이 매우 작고 절삭 속도가 매우 낮은 플라스틱 금속을 절삭할 때 절삭 속도 방향에 거의 수직인 가로 균열과 스케일 버라고 하는 비늘 모양의 버가 공작물 표면에 나타납니다. 스케일 버가 나타나면 표면 거칠기 값이 증가할 수 있습니다.

(3) 빌드업 에지

플라스틱 금속을 중속으로 절삭할 때 빌드업 에지가 형성된 후, 빌드업 에지는 불규칙하고 불안정하기 때문에 한편으로는 불규칙한 부분이 절삭을 위해 절삭 날의 일부를 대체하여 공작물 표면에 다양한 깊이의 홈을 만듭니다. 반면에 분리된 빌드업 에지의 일부가 가공된 표면에 매립되어 하드 포인트와 버를 형성하여 공작물의 표면 거칠기 값을 증가시킵니다.

(4) 진동

공구, 공작물 및 공작기계 부품에서 발생하는 주기적인 진동은 공작물의 가공된 표면에 주기적인 진동 자국을 만들어 표면 거칠기 값을 크게 증가시킵니다.

2. 공작물 표면 거칠기를 줄이는 방법

절삭 공정에서 공작물의 표면 거칠기 값이 도면의 요구 사항을 충족하지 않는 것으로 확인되면 먼저 표면 거칠기 값 증가의 형태와 원인을주의 깊게 관찰하고 분석하고 표면 거칠기 값 증가에 영향을 미치는 주요 요인을 식별 한 다음 목표 솔루션을 제안해야합니다.

다음은 높은 공작물 표면 거칠기 값을 유발하는 몇 가지 일반적인 현상입니다(그림 14 참조).

a) 높은 잔존 높이
b) 표면 버
c) 칩 드래그 마크
d) 진동 표시

(1) 잔여 면적 높이 감소

그림 14에서 볼 수 있듯이 주 절삭날 각도, 부 절삭날 각도 및 이송 속도를 줄이고 공구 팁 반경을 늘리면 모두 잔류 영역 높이를 줄일 수 있습니다. 이를 구현할 때는 다음과 같은 측면에 주의를 기울여야 합니다:

1) 일반적으로 부 절삭날 각도를 줄이면 표면 거칠기 값을 줄이는 데 더 눈에 띄는 효과가 있습니다. 그러나 주요 절삭 날 각도 k _r 를 사용하면 반경 방향 저항이 증가하여 기술 시스템의 강성이 부족한 경우 진동이 발생할 수 있습니다.

2) 공구 팁 반경을 적절히 늘리면 표면 거칠기 값을 줄일 수 있습니다. 그러나 공구 팁 반경이 너무 크고 공작 기계의 강성이 부족하면 반경 방향 저항이 증가하고 진동이 발생하여 표면 거칠기 값이 증가합니다.

3) 이송 속도를 줄이고 절단 속도를 높이면 표면 거칠기 값도 줄일 수 있습니다.

(2) 가장자리 및 스크래치 자국이 남지 않도록 하기

절삭 속도를 변경하여 빌드업 에지의 형성을 억제할 수 있습니다. 고속 강철 선삭 공구의 경우 절삭 속도를 줄여야 합니다(v _c <5m/min) 및 절삭유를 추가해야 하며, 초경 선삭 공구의 경우 절삭 속도를 높여야 합니다(빌드업 에지가 발생할 가능성이 가장 높은 중간 속도 범위를 피하고, v _c =15~30m/min).

선삭 공구의 레이크 각도를 높이면 빌드업 에지의 형성을 효과적으로 억제할 수 있지만 절삭 날의 충분한 강도를 보장해야 합니다. 또한 절삭날의 표면 거칠기가 높으면 공작물 표면에 버가 생길 수 있습니다. 따라서 레이크와 측면의 표면 거칠기를 줄이고 절삭 날을 항상 날카롭게 유지하기 위해 노력해야 합니다.

(3) 밝은 부분의 마모 방지

공구가 심하게 마모되면 가공된 표면에 밝은 반점이나 밝은 점이 나타나고 절삭 중에 소음이 발생합니다. 마모된 절삭 날은 공작물 표면의 밝은 자국을 압축하여 표면 거칠기 값을 증가시킵니다. 이 경우 공구를 즉시 다시 연마하거나 교체해야 합니다.

(4) 칩이 가공된 표면을 긁는 것을 방지합니다.

칩 풀링의 영향을 받은 공작물의 표면은 가공된 표면에 불규칙한 얕은 스크래치가 나타납니다. 양의 경사각을 가진 절삭 공구를 선택하고, 칩 흐름을 가공되지 않은 공작물 표면으로 향하게 하고, 적절한 칩 파쇄 홈 조치를 채택하면 이 현상을 효과적으로 피하고 방지할 수 있습니다.

(5) 채터 마크 방지 및 제거

선삭 시 발생하는 진동으로 인해 공작물 표면에 주기적으로 가로 또는 세로로 채터 자국이 생길 수 있습니다. 이 문제를 해결하려면 다음 측면에 주의를 기울여야 합니다:

1) 기계 도구 측면.

선반 설치의 안정성 향상, 스핀들 간극 조정, 베어링 정확도 향상, 중형 및 소형 슬라이드 스트립의 간극을 0.04mm 미만으로 조정하고 부드럽고 쉬운 이동을 보장합니다.

2) 도구 측면.

공구 생크 강성을 개선하고, 적절한 공구 형상 매개변수를 선택하고, 정기적으로 깨끗하고 날카로운 절삭 날을 유지합니다.

3) 공작물 측면.

공작물의 장착 강성을 높이고, 공작물의 돌출 길이를 최소화하고, 클램핑 방법을 변경하고, 길고 가느다란 공작물을 작업할 때는 중앙 받침대 또는 팔로워 받침대를 사용하여 지지합니다.

4) 절단 매개변수 측면.

더 작은 절단 깊이와 이송 속도를 선택하고 절단 속도를 변경하거나 줄입니다.

(6) 적절한 절삭유 선택, 적절한 냉각 및 윤활 보장

절삭유를 적절히 선택하면 가장자리와 스케일이 쌓이는 것을 방지하고 표면 거칠기를 줄이는 데 효과적입니다. 적절한 냉각과 윤활은 절삭 저항을 줄이고 절삭 온도를 낮추며 공구 수명을 향상시킬 수 있습니다.