절단 효율성 향상: 주요 전략

공작물 소재의 가공성을 개선하고, 절삭유를 합리적으로 선택하고, 공구 형상 파라미터와 절삭량을 합리적으로 선택하는 것은 가공 품질, 가공 효율성을 개선하고 가공 비용을 절감하는 중요한 조치입니다.

I. 공작물 소재의 가공성 향상

공작물 소재의 가공성은 특정 절삭 조건에서 공작물 소재를 얼마나 쉽게 가공할 수 있는지를 의미합니다. 가공성을 연구하는 목적은 재료의 가공성을 개선하는 방법을 찾는 것입니다.

1. 공작물 소재의 가공성을 측정하는 지표

공작물 재료의 가공성은 화학 성분과 관련이 있습니다, 열처리 상태, 금속학적 구조, 물리적 및 기계적 특성, 재료의 절삭 조건에 따라 달라집니다. 가공성은 공구 수명, 절삭력, 절삭 온도, 가공된 표면의 거칠기 값과 같은 지표로 측정할 수 있습니다.

일반 금속 재료를 절단할 때 재료의 가공성은 허용되는 허용치에 의해 평가됩니다. 절단 속도 v₆₀ 공구 수명이 60분인 경우; 가공하기 어려운 재료를 절단할 때는 재료의 가공성을 v₂₀ 값입니다.

특정 재료의 가공성은 다른 재료에 상대적이기 때문에 가공성은 상대적입니다. 강철의 가공성을 논의할 때, v ₆₀ 45 강철 (170~229HBW, σ_b =637MPa)가 일반적으로 벤치마크로 사용되며, v로 표시됩니다.₀₆₀ 의 비율과 v₆₀ tov ₀₆₀ 다른 재료의 상대 가공성을 상대 가공성이라고 합니다,

K_r=v₆₀/v₀₆₀

K_r >1을 초과하면 45강보다 가공하기 쉽고 가공성이 좋은 재료이며, K_r <1, 45강보다 가공이 어렵고 가공성이 좋지 않은 재료입니다. 표 2-5는 상대적인 가공성과 그 분류를 보여줍니다.

표 1 상대적 가공성 및 그 분류

2. 공작물 소재의 가공성 향상을 위한 조치

(1) 절단하기 쉬운 강철 선택

절삭 용이강은 기계적 특성을 저하시키지 않고 가공성을 향상시키기 위해 첨가제를 함유한 소재입니다. 이러한 유형의 소재를 절삭할 때 공구 수명이 길고 절삭력이 낮으며 칩이 쉽게 부서지고 가공된 부품의 표면 품질이 우수합니다.

(2) 적절한 열처리 수행

고탄소강, 공구강 및 기타 경도가 높은 소재는 어닐링 가공을 통해 경도를 낮추어 가공성을 향상시킬 수 있습니다. 저탄소 강재는 가소성을 줄이고 경도를 높이기 위해 노멀라이징 및 냉간 인발과 같은 공정을 거쳐 절삭이 더 쉬워질 수 있습니다.

또한 중탄소강은 정규화를 통해 열처리하여 균일한 미세 구조와 재료 경도를 구현함으로써 가공성을 향상시킬 수 있습니다.

(3) 도구 재료를 합리적으로 선택

공작물 재료의 속성 및 요구 사항에 맞는 공구 재료를 선택합니다.

(4) 가공 방법 선택

공작물 재료의 특성과 요구 사항에 적합한 가공 방법을 선택합니다. 개발과 함께 커팅 기술가열 절단, 저온 절단, 진동 절단과 같은 새로운 가공 방법이 등장했으며, 그 중 일부는 가공하기 어려운 재료를 효과적으로 가공할 수 있습니다.

II. 합리적인 절삭유 선택

절삭유를 올바르게 사용하면 절삭 조건을 개선하고 공구 마모를 줄이며 가공 표면의 품질을 향상시킬 수 있으므로 금속 절삭 효율을 개선하는 데 효과적입니다.

1. 절삭유의 기능

(1) 냉각 기능

절삭유를 절삭 영역에 부으면 전도, 대류, 기화를 통해 칩, 공구, 공작물 사이의 마찰을 줄여 열 발생을 줄입니다. 또한 발생된 열을 전달하여 절삭 온도를 낮추고 냉각 효과를 제공합니다.

(2) 윤활 기능

절삭유의 윤활 기능은 공구, 칩 및 공작물 표면 사이에 윤활유 막을 형성하여 이루어집니다.

(3) 청소 및 녹 방지 기능

절삭유의 세정 기능은 공작 기계, 절삭 공구 및 고정 장치에 부착된 미세 칩과 연마 입자를 제거하여 가공 표면의 긁힘을 방지하고 공구 마모를 줄여줍니다.

세척 기능의 효과는 절삭유의 유분, 유동성, 압력에 따라 달라집니다. 절삭유에 방청 첨가제를 추가하면 다음 항목에 보호막을 형성할 수 있습니다. 금속 표면주변 매체에 의한 공작 기계, 절삭 공구 및 공작물의 부식을 방지합니다.

2. 절삭유의 종류

(1) 수용성 절삭유

수용성 절삭유에는 주로 수용액, 에멀젼 및 합성 유체가 포함됩니다.

1) 수용액

수용액은 물을 주성분으로 하고 녹 방지 첨가제를 첨가한 절삭유입니다. 수용액은 높은 열전도율, 비열용량, 물의 기화열로 인해 주로 냉각 기능을 제공합니다. 윤활 성능이 좋지 않기 때문에 주로 거친 가공 및 일반 연삭 공정에 사용됩니다.

2) 에멀젼

에멀젼은 유화유를 95%~98%(부피 기준)의 물로 희석하여 만든 절삭유입니다. 유화유는 미네랄 오일과 유화제로 만들어집니다. 유화제는 미네랄 오일이 물과 유화되어 안정적인 절삭유를 형성할 수 있도록 합니다.

3) 화학 합성 유체

화학 합성유는 물, 다양한 계면활성제, 화학 첨가제로 구성되어 있습니다. 냉각, 윤활, 세척 및 녹 방지 특성이 우수합니다. 합성유에는 오일이 포함되어 있지 않아 에너지를 절약할 수 있습니다.

(2) 지용성 절삭유

수용성 절삭유에는 주로 절삭유와 극압 절삭유가 포함됩니다.

1) 절삭유

절삭유는 주로 광유와 특정 첨가제로 구성된 절삭유입니다. 절삭유에 사용되는 광유에는 주로 총 손실 시스템 오일, 경유, 등유가 포함됩니다. 절삭유는 주로 윤활 기능을 합니다.

2) 극압 절삭유

절삭유에 유황, 염소, 인과 같은 극압 첨가제를 첨가하면 윤활 효과와 냉각 기능을 크게 향상시킬 수 있으며, 유황화 오일이 가장 널리 사용되고 있습니다.

(3) 고체 윤활제

일반적으로 사용되는 고체 윤활제는 이황화 몰리브덴으로, 마찰 계수가 매우 낮고 내열성 및 내압성이 높은 윤활막을 형성합니다. 절삭 중에 공구 표면에 바르거나 절삭유에 첨가할 수 있습니다.

3. 절삭유의 합리적인 선택과 사용

(1) 절삭유의 합리적인 선택

절삭유는 공작물 재질, 공구 재질, 가공 방법 및 기술 요구 사항과 같은 특정 조건에 따라 합리적으로 선택해야 합니다.

고속 공구강 공구는 내열성이 약하고 절삭유를 사용해야 합니다. 황삭 가공 시에는 냉각이 가장 중요하며 절삭력과 전력 소비를 줄이는 것도 바람직합니다. 3%~5% 에멀젼을 사용할 수 있습니다. 정삭 가공 시 주요 목표는 공작물의 표면 품질을 개선하고 공구 마모를 줄이며 빌드업 에지를 최소화하는 것입니다. 15% ~ 20%(부피 기준) 에멀젼을 사용할 수 있습니다.

카바이드 공구는 내열성이 높으며 일반적으로 절삭유가 필요하지 않습니다. 절삭유를 사용해야 하는 경우, 절삭유를 지속적이고 충분히 공급해야 합니다. 그렇지 않으면 갑작스러운 냉각 및 가열로 인한 내부 응력으로 인해 공구에 균열이 생길 수 있습니다.

주철 절단은 일반적으로 조각난 칩의 형성으로 인해 절삭유가 필요하지 않습니다. 구리 합금 및 비철 금속을 절단할 때는 일반적으로 공작물 표면의 부식을 방지하기 위해 유황이 포함된 절삭유를 사용하지 않습니다. 알루미늄 합금 절삭에는 일반적으로 절삭유가 필요하지 않지만 리밍 및 나사 가공 시에는 등유와 기계유를 5:1의 부피 비율로 혼합하거나 경유를 첨가하는 경우가 많습니다. 요구 사항이 높지 않은 경우 에멀젼을 사용할 수도 있습니다.

(2) 절삭유 사용 방법

절삭유를 합리적으로 사용하는 것은 매우 중요합니다. 붓는 위치, 적절성, 붓는 방법은 절삭유의 효과에 직접적인 영향을 미칩니다.

절삭 변형 영역은 열 발생의 핵심 영역이며 절삭유는 가능한 한 이 영역에 부어야 합니다. 그리고 절삭유의 종류 및 선택 은 표 2에 나와 있습니다.

표 2 절삭유의 종류와 선택

III. 도구 기하학적 매개변수의 합리적인 선택

이 도구는 절삭 가공을 위한 직접적인 도구입니다. 구조와 기하학적 파라미터의 합리성은 절삭 가공의 품질과 효율성에 매우 중요한 역할을 합니다. 공구 기하학적 매개 변수를 합리적으로 선택하면 절삭 성능을 충분히 발휘할 수 있습니다. "좋은 일을 하려면 먼저 도구를 연마해야 한다"는 옛 중국 속담이 있는데, 이 원칙을 잘 설명해 줍니다.

소위 도구의 합리적인 기하학적 파라미터는 가공 품질을 보장하면서 높은 생산성과 낮은 가공 비용을 보장할 수 있는 기하학적 파라미터를 말합니다.

도구 기하학적 매개 변수의 기본 내용에는 다음이 포함됩니다:

• 직선 모서리, 지그재그 모서리, 아크 모서리, 웨이브 모서리 등과 같은 절삭 날 모양은 절삭 층의 모양에 직접적인 영향을 미칩니다. 합리적인 절삭날 모양을 선택하면 공구 수명 향상, 공작물 표면의 품질 향상, 공구의 진동 저항성 향상, 칩 모양 변경에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 날카로운 모서리, 네거티브 챔퍼, 진동 감쇠 챔퍼, 둥근 모서리, 엣지 밴드 등과 같은 절삭날 영역의 단면 형태입니다. 이러한 형태를 합리적으로 선택하는 것은 절삭 생산성, 표면 품질 및 경제성을 개선하는 데 중요합니다.
• 절삭력, 절삭 온도, 공구 마모 및 공구 수명, 칩 제어에 직접적인 영향을 미치는 칩 그루브, 칩 브레이커 플랫폼, 후면 공구면의 양날 연삭 등과 같은 공구면 형태입니다.
• 레이크 각도, 릴리프 각도, 주 절삭날 각도, 절삭날 경사각, 보조 릴리프 각도, 보조 절삭날 각도 등을 포함한 공구 각도.

공구 기하학적 매개변수는 매개변수 간의 상호 연결과 제약이 있는 유기적인 전체입니다. 각 파라미터가 절삭 공정 중 절삭 성능에 미치는 영향은 유익한 측면과 부정적인 측면을 모두 가지고 있습니다.

따라서 공구 기하학적 파라미터를 선택할 때는 특정 생산 조건에서 시작하여 주요 모순, 즉 절삭 성능에 영향을 미치는 주요 파라미터에 집중하고 파라미터 간의 상호 관계를 종합적으로 고려하고 분석하여 각 파라미터의 유익한 효과를 충분히 발휘하고 부작용을 제한 및 극복해야합니다.

1. 레이크 각도 및 전면 공구면 선택

(1) 경사각의 기능

경사각을 높이면 절삭 변형과 마찰을 줄이고, 절삭력과 절삭 온도를 낮추고, 공구 마모를 줄이고, 가공 품질을 개선하고, 모서리가 쌓이는 것을 억제할 수 있습니다. 그러나 경사각이 지나치게 크면 절삭날 강도와 방열 능력이 약화되어 가장자리가 깨지기 쉽습니다. 따라서 그림 1과 그림 2와 같이 경사각은 너무 작거나 너무 크지 않아야 하며 적절한 값을 가져야 합니다.

(2) 레이크 각도 선택 원칙

1) 공작물 재료의 특성에 따라 레이크 각도를 선택합니다.

그림 1과 같이 가공 소재의 가소성이 클수록 더 큰 경사각을 선택해야 합니다. 경사각을 높이면 절삭 변형을 줄이고 절삭 온도를 낮출 수 있기 때문입니다.

부서지기 쉬운 재료를 가공할 때 일반적으로 조각난 칩을 얻고, 절삭 변형이 최소화되며, 칩과 경사면 사이의 접촉 면적이 작고, 경사각이 클수록 절삭날 강도가 약해집니다. 가장자리 칩핑을 방지하려면 더 작은 경사각을 선택해야 합니다. 공작물 재료의 강도와 경도가 높을 경우 절삭 날의 충분한 강도와 방열 면적을 확보하고 가장자리 칩핑 및 과도한 공구 마모를 방지하려면 더 작은 경사각을 선택해야 합니다.

2) 도구 재료의 속성에 따라 레이크 각도를 선택합니다.

그림 2와 같이 강도와 인성이 좋은 공구 재료(예: 고속 공구강)를 사용할 때는 더 큰 경사각을 사용할 수 있고, 강도와 인성이 좋지 않은 공구 재료(예: 초경합금)를 사용할 때는 더 작은 경사각을 사용해야 합니다.

3) 가공의 특성에 따라 레이크 각도를 선택합니다.

황삭 가공 중에는 선택한 절삭 깊이와 이송 속도가 상대적으로 큽니다. 절삭 변형을 줄이고 공구 수명을 개선하려면 더 큰 경사각을 선택해야 합니다.

그러나 블랭크의 표면이 불규칙하고 단단하기 때문에 절삭 날의 강도를 높이려면 더 작은 경사각을 선택해야 하며, 정삭 가공 시 선택한 절삭 깊이와 이송 속도가 작아지고 절삭력이 작아집니다. 날카로운 절삭날을 보장하고 가공 품질을 보장하기 위해 더 큰 경사각을 선택할 수 있습니다. 표 3은 초경합금 선삭 공구의 합리적인 경사각에 대한 참조 값을 제공합니다.

표 3 초경합금 선삭 공구의 합리적인 경사각에 대한 참조 값

(3) 레이크 페이스의 형태

1) 포지티브 레이크 평면 유형

그림 3a에서 볼 수 있듯이 포지티브 레이크 평면 유형의 특징은 제조가 간단하고 비교적 날카로운 절삭 날을 얻을 수 있지만 강도가 낮고 열 전달 능력이 낮다는 것입니다. 일반적으로 정삭 공구, 성형 공구, 밀링 커터 및 부서지기 쉬운 재료 가공용 도구에 사용됩니다.

a) 포지티브 레이크 평면 유형
b) 모따기 유형이 있는 포지티브 레이크 평면
c) 모따기 표면이 있는 포지티브 레이크 각도
d) 네거티브 경사각 단면 유형
e) 네거티브 경사각 양면형

2) 모따기면이 있는 포지티브 레이크 각도

그림 3b와 같이 챔퍼는 주 절삭 날의 절삭 날에 매우 좁은 모서리를 연마하여 형성됩니다. 모따기는 절삭 날의 강도를 향상시키고 방열 기능을 향상시켜 공구 수명을 연장할 수 있습니다.

모따기의 폭이 매우 좁습니다. 플라스틱 소재를 절단할 때 다음과 같이 선택할 수 있습니다._r1 =(0.5~1.0)f, Y_o1 =-5°~-15°. 이때 칩은 여전히 모따기가 아닌 레이크 면을 따라 흐릅니다. 모따기 형태는 일반적으로 주물 및 단조품의 황삭 또는 중단된 표면 가공에 사용됩니다.

3) 모따기 곡면이 있는 포지티브 레이크 각도

그림 3c에서 볼 수 있듯이 이 형태는 모따기면이 있는 양의 경사각을 기반으로 합니다. 칩을 말아서 경사각을 높이기 위해 특정 곡면이 경사면에 연마됩니다. 칩 그루브의 매개 변수는 대략 다음과 같습니다._Bn =(6~8)f, r_Bn =(0.7~0.8)l_Bn . 일반적으로 플라스틱 소재의 황삭 또는 정삭 가공에 사용됩니다.

4) 네거티브 경사각 단면형

주로 측면 면에 마모가 발생하는 경우 그림 3과 같이 마이너스 경사각 단면 타입을 만들 수 있습니다. 이때 인서트는 압축 응력을 견디며 절삭날 강도가 우수합니다. 따라서 고경도(강도) 재료 및 경화강 재료 절삭에 자주 사용되지만 음의 경사각은 절삭력을 증가시킵니다.

5) 네거티브 경사각 양면형

그림 3e와 같이 경사면과 측면 모두에 마모가 발생하면 인서트의 재연마 횟수를 늘릴 수 있는 마이너스 경사각 양면 타입을 만들 수 있습니다. 이때 마이너스 경사각의 모따기 표면은 칩이 모따기 표면을 따라 흐르도록 충분한 폭을 가져야 합니다.

2. 측면 각도, 보조 측면 각도 및 측면면 선택

(1) 측면 각도의 기능

측면 각도를 높이면 측면면과 공작물의 전이 표면 사이의 마찰을 줄이고 공구 마모를 줄이며 절삭 날의 무딘 원의 반경을 줄여 절삭 날을 날카롭게 만들고 칩을 쉽게 절단 할 수 있습니다. 표면 거칠기 값으로 설정할 수 있습니다. 그러나 측면 각도가 지나치게 크면 절삭 날의 강도와 방열 기능이 저하됩니다.

(2) 측면 각도 선택 원칙

측면 각도는 주로 절삭 두께에 따라 선택됩니다. 황삭 가공 중에는 이송 속도가 크고 절삭 두께가 크므로 측면 각도가 작아야 합니다. 정삭 가공 중에는 이송 속도가 작고 절삭 두께가 작기 때문에 측면 각도가 커야합니다. 공작물 재료의 강도와 경도가 높을 때 절삭 날 강도를 향상 시키려면 측면 각도가 작아야합니다.

공정 시스템의 강성이 약하고 진동이 발생할 가능성이 있는 경우, 플랭크 각도를 적절히 줄여야 합니다. 치수 측정 공구(원형 홀 브로치, 리머 등)의 경우, 재연삭 횟수를 늘리고 공구 수명을 연장하려면 더 작은 플랭크 각도를 선택해야 합니다. 표 4는 카바이드 선삭 공구의 합리적인 측면 각도에 대한 기준값을 보여줍니다.

표 4 초경 선삭 공구의 합리적인 측면 각도에 대한 참조 값

(3) 보조 클리어런스 각도 선택

보조 안전각의 크기는 일반적으로 안전각과 동일합니다. 그러나 파팅 공구와 같은 일부 특수 공구의 경우 공구 강도를 보장하기 위해 α₀'=1°~2°를 선택할 수 있습니다.

(4) 클리어런스 페이스의 형태

1) 이중 클리어런스 각도

그림 4a와 같이 모서리 강도를 보장하고 안전면 연삭 작업량을 줄이기 위해 선반 공구의 안전면에는 이중 안전각이 연삭되는 경우가 많습니다.

a) 엣지 밴드, 이중 클리어런스 각도
b) 진동 감쇠 엣지

2) 진동 감쇠 엣지

그림 4b에서 볼 수 있듯이, 클리어런스 면과 공작물의 전이면 사이의 접촉 면적을 늘리고 감쇠를 증가시키며 진동을 제거하기 위해 진동 감쇠 모서리라고 하는 음의 클리어런스 각도 모서리를 클리어런스 면에 연마할 수 있습니다.

3) 엣지 밴드

그림 4a와 같이 브로치 및 리머와 같은 일부 치수 측정 공구의 경우 외경 크기를 쉽게 제어하고 재연삭 후 크기 정확도의 급격한 변화를 방지하기 위해 간극각이 0도인 작은 에지 밴드를 간극면에 연마하는 경우가 많습니다. 공구의 엣지 밴드는 공구를 안정화, 안내 및 감쇠하는 역할을 합니다. 엣지 밴드가 너무 넓으면 마찰이 증가하므로 너무 넓지 않아야 합니다.

3. 기본 및 보조 경사각 선택

(1) 기본 및 보조 경사각의 기능

기본 경사각 K_r 는 절삭력 구성 요소의 크기에 영향을 줍니다. K 증가_r 는 F_f 힘을 가하고 F_p 힘. 1차 경사각은 가공된 표면의 표면 거칠기에 영향을 미치며, 1차 경사각이 증가하면 표면 거칠기가 증가합니다. 1차 경사각은 공구 수명에도 영향을 미치며, 1차 경사각이 증가하면 공구 수명이 감소합니다.

기본 경사각은 공작물 표면의 모양에도 영향을 미칩니다. 계단형 샤프트를 돌릴 때 K_r =90°가 선택되어 있습니다. 가느다란 샤프트를 돌릴 때는 K_r =75°~90°가 선택됩니다. 활용성을 높이려면 K_r 외경, 끝면 및 모따기를 돌릴 때 =45°를 선택할 수 있습니다.

보조 경사각 K 줄이기_r '로 설정하면 보조 절삭날과 가공된 표면 사이의 접촉 길이가 증가하고 표면 거칠기 값이 감소하며 공구 수명이 향상됩니다. 그러나 보조 경사각이 너무 작으면 진동이 발생할 수 있습니다.

(2) 기본 및 보조 경사각 선택

1차 경사각 선택의 원칙은 공정 시스템의 허용 강성 내에서 더 작은 1차 경사각을 선택하는 것이며, 이는 공구 수명 향상에 도움이 됩니다. 생산에서 1차 경사각은 주로 표 5와 같이 공정 시스템의 강성에 따라 선택됩니다.

표 5 주 절삭날 각도 기준값

보조 절삭날 각도 K_r '주로 가공 특성에 따라 선택되며, 일반적으로 K_r ' = 10°~15°, 정삭의 경우 더 낮은 값을 선택합니다. 절삭 공구와 같은 특수한 경우 공구 강도를 보장하기 위해 K_r ' = 1°~2°를 선택할 수 있습니다.

4. 레이크 각도 선택

(1) 경사각의 기능

1) 칩 흐름 방향 제어

그림 5에서와 같이 λ_s = 0°이면 칩이 절삭날에 수직으로 흘러나오고, λ_s 이 음수이면 칩이 가공된 표면을 향해 흐르고, λ_s 가 양수이면 칩이 가공되지 않은 표면을 향해 흐릅니다.

a)λ_s=0
b)λ_s<0
c)λ_s>0

2) 절삭날과 공작물의 초기 접촉 위치를 제어합니다.

그림 6과 같이 표면이 끊어진 공작물을 가공할 때 경사각이 음수이면 절삭 날의 가장 낮은 지점이 공구 팁이고 공작물과의 첫 접촉은 공구 팁이 아닌 절삭 날 또는 경사면의 지점이므로 공구가 일부 충격 하중을 견딜 수 있어 공구 팁이 보호되고, 경사각이 양수이면 공작물과의 첫 접촉은 공구 팁이므로 치핑 또는 공구 파손의 원인이 될 수 있습니다.

a)λ_s<0
b)λ_s>0
c)λ_s=0

3) 공작물에 들어가고 나올 때 절삭날의 안정성을 제어합니다.

그림 6에서 볼 수 있듯이 중단 절단 시 경사각이 0이면 절삭날이 공작물과 동시에 접촉하고 이탈하여 상당한 진동이 발생하고, 경사각이 0이 아닌 경우 절삭날의 각 점이 공작물에 서서히 들어가고 나가므로 보다 안정적인 절단 공정이 이루어집니다.

4) 반경 방향 힘과 이송 힘의 비율 제어

경사각이 양수이면 반경 방향 힘이 감소하고 이송력이 증가하고, 경사각이 음수이면 반경 방향 힘이 증가하며 이송력이 감소합니다.

(2) 레이크 각도 선택

경사각을 선택할 때는 공구의 특정 작업 조건에 따라 구체적인 분석을 수행해야 합니다. 일반적으로 가공 특성에 따라 선택할 수 있습니다. 정삭의 경우, λ_s = 0°~5°; 황삭의 경우, λ_s = 0°~-5°; 중단 절단의 경우, λ_s = -30°~-45°, 큰 경사각 정삭 대패 공구의 경우 λ_s = 75°~80°.

5. 도구 팁 양식 선택(전환 가장자리 선택)

절삭 공정 중 공구 팁의 작업 조건은 매우 열악하여 강도가 낮고 열 방출이 잘 되지 않으며 쉽게 마모되는 등의 문제가 발생합니다. 따라서 공구 팁의 강도를 개선하고 공구 팁의 열 전달 면적을 늘리는 것이 전체 공구 수명을 연장하는 데 핵심입니다.

(1) 직선형 전환 가장자리

그림 7a와 같이, 전환 에지 각도 K_rε ≈ K_r /2, 길이 b _ε ≈ (1/4~1/5) α_p 이 유형의 전환 모서리는 주로 황삭 또는 고강도 절삭 공구에 사용됩니다.

a) 직선 가장자리
b) 아크 가장자리(도구 팁 반경)
c) 평행 가장자리(수평 마감 가장자리)
d) 큰 호 가장자리

(2) 아크 전환 가장자리

그림 7b와 같이 전환 모서리를 호 모양으로 연마할 수도 있으며, 매개 변수는 도구 팁 호 반경 r입니다. _ε .

공구 팁 아크 반경이 증가하면 공구 팁의 평균 주 절삭 날 각도가 감소하여 표면 거칠기 값을 줄이고 공구 수명을 향상시킬 수 있지만 배력이 증가하고 진동이 쉽게 발생하므로 공구 팁 아크 반경이 너무 크지 않아야 합니다. 일반적으로 고속 강철 선삭 공구 r_ε = 0.5~5mm, 초경 선삭 공구 r_ε = 0.5~2mm.

(3) 수평 마감 가장자리

그림 7c에서와 같이 마무리 가장자리는 K와 작은 평행 가장자리입니다._r '= 보조 절삭 날의 공구 팁 근처에서 0° 연삭. 길이 b ≈ (1.2~1.5)f, 즉 b_ε '는 이송 속도 f보다 약간 커야 하지만, b_ε '가 너무 크면 진동이 쉽게 발생할 수 있습니다.

(4) 큰 아크 가장자리

그림 7d에서 볼 수 있듯이 큰 호 가장자리는 매우 큰 호 모양으로 연마된 전환 가장자리이며, 그 기능은 수평 마감 가장자리와 동일합니다.

6. 칩 홈 모양 및 칩 제어

금속 절삭 가공에서 칩 모양과 칩 흐름 방향의 제어를 연구하는 것은 특히 자동 공작 기계 및 자동 생산 라인에서 정상적인 생산 질서와 작업자 안전을 유지하는 데 매우 중요합니다. 칩 파손 및 칩 컬링 문제에 더 많은 주의를 기울여야 하며, 그렇지 않으면 정상적인 생산 질서에 영향을 미칩니다.

(1) 칩 컬링 및 흐름 방향

1) 칩 컬링

칩 컬링은 칩의 내부 변형 또는 칩 브레이킹 홈, 보스, 공구의 레이크 면에 연마된 추가 블록 또는 기타 장애물에 부딪혀 발생합니다.

2) 칩 흐름 방향

칩 흐름 방향은 주로 절삭날 경사각의 영향을 받습니다. 자세한 내용은 절삭날 경사각 선택에 대한 이전 섹션을 참조하십시오.

(2) 칩 파손의 원인 및 칩 모양

1) 칩이 흐름 과정에서 장애물에 부딪혀 구부러지는 순간에 파손됩니다.

그림 8a와 같이 칩이 칩 컬링 단계에 도달하면 힘 F를 받아 굽힘 모멘트가 형성되고 큰 굽힘 응력이 발생하여 칩 컬링 홈에서 파손됩니다. 그림 8b와 같이 굽힘 응력이 칩을 파단할 수 있는 최종 응력에 도달하지 않으면 칩은 굽힘 변형 후 방향을 바꾸고 계속 움직입니다.

a) 힘에 의해 칩이 파손됨 F
b) 굽힘 응력

그림 9는 칩이 컬링 동작 중에 가공할 공작물 표면과 만나 굽힘 응력을 형성하는 반력을 받아 "C"자형 칩으로 부서지는 모습을, 그림 10은 칩이 공작물 전이면에 만나 원형으로 말린 칩을 형성하는 모습을, 그림 11은 칩이 공구 측면면에 만나 "C"자형 또는 "6"자형 칩으로 부서지는 모습을 보여 줍니다.

2) 칩은 흐름 과정에서 자체 무게로 인해 파손됩니다.

칩이 공구나 공작물에 부딪히지 않고 레이크 면으로부터 흘러나오면 그림 12 및 13과 같이 긴 스트립 칩을 형성하거나 칩 컬링 홈에 나선형 칩을 형성한 후 자체 무게에 의해 파손될 수 있습니다.

위의 칩 유형 중 "C"자형 칩, "6"자형 칩 및 짧은 나선형 칩이 일반적으로 이상적인 것으로 간주됩니다. 그중에서도 공구의 측면면에 부딪혀 부서진 "C"자형 칩은 안정적이고 신뢰할 수 있으며, 방향대로 떨어지며 고속 회전하는 공작물과 충돌하지 않아 칩이 튀는 것을 방지합니다. 그러나 절삭력은 약간의 변동이 있어 공작물의 표면 거칠기 값을 줄이는 데 도움이되지 않습니다.

자체 무게에 의해 부서지는 짧은 나선형 칩은 비교적 안정적인 절삭력이 특징이며, 이는 공작물의 표면 거칠기를 줄이는 데 도움이 됩니다. 그러나 너무 길면 작업과 칩 제거에 방해가 될 수 있으므로 너무 길지 않아야 합니다(약 60~40mm).

자동 공작 기계 및 자동 생산 라인에서는 헬리컬 칩의 길이를 제어하는 것이 특히 중요합니다. 그렇지 않으면 칩이 공작물이나 공구를 감싸 정상적인 생산에 영향을 미칩니다. 고강도 가공 시에는 절삭 깊이와 이송 속도가 크기 때문에 "C"자형 칩이 쉽게 부상을 유발할 수 있으므로 스프링과 같은 칩을 생성하는 것이 바람직합니다. 절삭 중 생성되는 다양한 칩 모양은 그림 14에 나와 있습니다.

(3) 칩 파손에 영향을 미치는 요인

1) 칩 그루브(칩 브레이커 그루브)

칩 홈의 일반적인 단면 모양은 그림 15a, 15b 및 15c에 표시된 것처럼 파선, 직선 호 및 전체 호입니다. 칩 홈의 폭 ln이 작을수록 칩 컬 반경이 작아지고 굽힘 응력이 커지며 칩이 칩 홈에서 또는 공작물에 부딪힌 후 칩이 파손되기 쉬워집니다.

a) 끊어진 선 모양
b) 직선 호 모양
c) 전체 호 모양
d) 칩 각도의 영향 δ _B R _ch

그러나 너무 작으면 칩을 위한 칩 홈 공간이 줄어들어 절삭력이 증가하고 칩 막힘, 가장자리 칩핑 및 칩 튀김과 같은 바람직하지 않은 현상이 발생할 수 있으므로 너무 작아서는 안 됩니다. 따라서 칩 홈의 폭은 공작물 소재 및 절삭 파라미터와 같은 특정 가공 조건에 따라 결정해야 합니다. 일반적으로 이송 속도, 절삭 깊이, 주 절삭날 각도가 클수록, 공작물 소재의 가소성과 인성이 작을수록 칩 홈 폭은 커져야 하며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

홈 너비 외에도 칩 각도 δ _B 도 칩 파손에 영향을 미치는 주요 요인입니다. 칩 각도가 증가하면 칩이 더 쉽게 파손되지만 칩 컬 반경 R _ch 가 감소하여 그림 15d와 같이 컬 변형과 굽힘 응력이 증가합니다.

칩 각도가 너무 크면 칩 막힘이 발생하여 절삭력과 절삭 온도가 높아질 수 있습니다. 또한 칩 홈 아크 반경의 크기 r _Bn 는 칩 브레이킹 효과에도 영향을 미칩니다.

칩 홈 경사각 ρ _Bλ 는 칩 홈의 측면과 주 절삭날 사이의 각도입니다. 칩 흐름 방향과 칩 모양에 영향을 줍니다. 일반적인 칩 홈 경사각은 그림 16과 같이 외부 경사, 평행 및 내부 경사각입니다.

a) 외부 성향
b) 병렬
c) 내부 성향

외부 경사의 주요 특징은 칩 홈이 폭 방향으로 앞쪽이 넓고 뒤쪽이 좁으며 깊이 방향으로 앞쪽이 깊고 뒤쪽이 얕다는 것입니다. 홈의 A 지점에서는 절삭 속도가 빠르고 홈이 좁아 칩이 작은 반경으로 먼저 말리게 됩니다. 그루브의 B 지점에서는 칩이 더 천천히 말립니다. 홈 하단의 음의 경사각으로 인해 칩은 가공된 표면을 향해 흐르며 충돌 후 "C" 또는 "6"자 모양의 칩을 형성합니다.

외부 경사면은 칩 파쇄 범위가 넓고 안정적이고 신뢰할 수 있는 칩 파쇄를 제공합니다. 내부 경사 칩 홈은 B 지점에서 좁고 A 지점에서 넓습니다. B 지점의 칩은 작은 반경으로 먼저 말립니다. 홈 하단의 양의 경사각으로 인해 칩이 공작물에서 흘러내려 특정 길이에 도달한 후 자체 무게로 부서지는 단단히 감긴 나선형 칩을 형성합니다.

주로 절삭 파라미터가 작은 미세 및 반미세 선삭에 적합하지만 칩 브레이킹 범위가 크지 않습니다. 평행 칩 홈은 외부 경사와 유사한 칩 브레이킹 범위와 효과를 가지며 절삭 깊이가 다양하게 변하는 경우에 적합합니다.

2) 도구 지오메트리

공구 형상 각도 중 주 절삭날 각도와 경사각은 칩 파쇄 및 칩 흐름 방향에 큰 영향을 미칩니다. 주 절삭날 각도가 클수록 절삭 두께가 커지므로 칩 컬링 시 굽힘력이 커져 칩 브레이킹이 더 쉬워집니다. 따라서 생산에서 더 나은 칩 브레이킹을 달성하기 위해 더 큰 메인 절삭날 각도를 선택할 수 있습니다(예: K _r = 75°~90°.

앞서 언급했듯이 레이크 각도 λ _s 는 칩 흐름 방향을 제어하는 중요한 파라미터입니다. 경사각이 음수이면 칩은 가공된 표면 또는 전이 표면을 향해 흐르며 공작물과 충돌한 후 "C" 또는 "6"자 모양의 칩으로 부서집니다. 경사각이 양수이면 칩이 가공되지 않은 표면을 향해 또는 공작물에서 멀어지면서 "C"자형 칩 또는 나선형 칩이 형성되어 부서질 수 있습니다.

3) 절단 매개변수

이송 속도를 높이면 절삭 두께가 비례적으로 증가하고 칩 컬 반경이 감소하며 굽힘 응력이 증가하여 칩이 더 쉽게 파손됩니다. 따라서 이송 속도를 높이는 것이 칩 파손에 비교적 효과적인 방법입니다.

4) 공작물 재질

공작물 재료의 가소성, 인성 및 강도가 클수록 칩을 깨뜨리기가 더 어려워집니다.

칩 제어는 칩 흐름 방향, 컬링, 파손 및 칩 모양 제어와 관련된 포괄적인 문제입니다. 생산에서는 1차 및 2차 관계를 종합적으로 구분하고 다양한 요인이 칩 제어에 미치는 영향을 고려해야 합니다.

일반적으로 공작물 소재와 선택한 공구 각도 및 절삭 파라미터에 따라 칩 브레이커 홈의 크기 파라미터를 결정하는 것이 일반적입니다. 다른 조건에 의해 제한되지 않는 경우에만 시험 절단을 통해 보다 이상적인 칩 제어 효과를 얻기 위해 주 편향 각도, 레이크 각도 및 이송 속도와 같은 파라미터를 조정합니다.

IV. 합리적인 절단 매개변수 선택

소위 "합리적인" 절단 매개 변수는 세 가지의 최적 조합을 나타냅니다. 절단 요소 공구와 공작 기계의 효율성을 최대한 활용하여 가공 품질을 유지하면서 높은 생산성과 낮은 가공 비용을 보장할 수 있습니다.

세 가지 절삭 요소 v, f, a는 가공 품질, 공구 수명 및 생산성에 직접적인 영향을 미치지만, 그 영향의 정도는 다양합니다. 이 요소들은 서로 연관되어 있고 상호 제한적이기 때문에 모든 요소를 최대값으로 선택하는 것은 불가능합니다. 따라서 다양한 관점에서 어떤 요소를 최대화해야 하는지 우선순위를 정할 필요가 있습니다.

1. 절단 매개변수 선택의 기본 원칙

• 가공 공차 및 황삭/정삭 요구 사항에 따라 절삭 깊이 ap를 선택합니다.
• 공작 기계 이송 시스템, 공작물 강성 및 정삭 중 표면 거칠기 요구 사항을 포함하여 가공 시스템의 허용 절삭력을 기준으로 이송 속도 f를 결정합니다.
• 공구 수명에 따라 절삭 속도를 결정합니다.
• 선택한 절단 매개변수는 공작 기계의 허용 출력 범위 내에 있어야 합니다.

2. 합리적인 절단 매개변수 선택 방법

(1) 컷 깊이 결정하기

일반적으로 절삭 깊이 a는 가공의 특성과 가공 공차에 따라 결정됩니다.

절단 공정은 일반적으로 황삭(표면 거칠기 값 Ra50~12.5μm), 반정삭(Ra6.3~3.2μm), 정삭(Ra1.6~0.8μm)으로 나뉩니다.

황삭 중에 공작 기계 강성이 허용하는 경우 황삭 여유는 가능한 한 한 번에 제거하여 패스 수를 줄이면서 반정삭 및 정삭 여유를 유지해야 합니다. 중출력 공작 기계에서 외부 선삭용 초경 공구를 사용하는 경우, 황삭 깊이 a는 2~6mm, 반정삭 깊이 a는 0.3~2mm, 정삭 깊이 a는 0.1~0.3mm입니다.

다음과 같은 경우에는 다음과 같은 이유로 러프닝을 여러 번에 걸쳐 수행해야 합니다:

• 가공 시스템의 강성이 낮은 경우(예: 가느다란 샤프트 및 얇은 벽의 부품을 가공할 때 또는 가공 공차가 극도로 고르지 않아 진동이 심하게 발생하는 경우).
• 가공 여유량이 너무 크면 한 번에 제거하면 절삭력이 과도하게 발생하여 공작 기계 동력이 부족하거나 공구 강도가 부적절해집니다.
• 간헐적으로 절단하는 동안 공구에 상당한 충격이 가해져 공구가 파손될 수 있습니다.

위의 경우에도 첫 번째 또는 초기 패스의 절삭 깊이 ap는 더 커야 합니다. 두 번의 패스가 필요한 경우 첫 번째 패스에는 일반적으로 가공 여유량의 2/3 ~ 3/4이 소요됩니다.

(2) 피드 속도 결정

1) 표면 품질 요구 사항이 높지 않은 황삭 시 이송 속도 f의 선택은 주로 절삭력에 의해 제한됩니다. 공구 홀더, 공작물의 강성, 인서트 및 공작 기계 이송 메커니즘의 강도가 허용하는 경우 큰 이송 속도를 선택해야 합니다.

2) 반정삭 및 정삭 시에는 절삭 깊이가 상대적으로 작고 생성되는 절삭력이 크지 않기 때문에 이송 속도 선택은 주로 표면 거칠기 요구 사항에 의해 제한됩니다.

공구에 적절한 전이 모서리와 정삭 모서리가 있고 더 높은 절삭 속도를 사용하는 경우 생산성 향상을 위해 이송 속도 f를 적절히 증가시킬 수 있습니다. 그러나 f가 너무 작으면 생산성이 저하될 뿐만 아니라 칩 두께가 충분하지 않아 가공 품질에도 영향을 미치므로 너무 작아서는 안 됩니다. 생산 시 이송 속도는 경험이나 표를 참고하여 선택하는 경우가 많습니다.

(3) 절단 속도 결정

공구 수명 T, 절삭 깊이 a, 이송 속도 f가 결정되면 관련 공식을 사용하여 절삭 속도를 계산할 수 있습니다. 생산 현장에서는 경험에 따라 또는 관련 절삭 파라미터 매뉴얼을 참조하여 결정되는 경우가 많습니다.

절삭 속도를 결정한 후 스핀들 속도 n을 계산할 수 있습니다:

n=1000V_c/(πd_w)

공식에서:

• d - 빈 지름(mm);
• v - 절단 속도(m/min);
• n - 스핀들 속도(r/min).

선택한 속도는 공작기계 매뉴얼에 따라 최종적으로 결정되어야 하며(더 낮고 유사한 공작기계 속도 n을 취함), 선택한 속도에 따라 실제 절삭 속도를 계산해야 합니다.

절단 속도를 선택할 때 다음 사항도 고려해야 합니다:

• 마무리 작업 중에는 가장자리와 버가 쌓이는 것을 최대한 방지해야 합니다.
• 간헐적 가공 중에는 충격과 열 응력을 줄이기 위해 절삭 속도를 적절히 낮추는 것이 좋습니다.
• 크고 가늘고 벽이 얇은 공작물을 가공할 때는 절삭 속도를 낮게 선택해야 합니다. 평균 절삭 속도를 높이고 생산성을 향상시키려면 정면 선삭의 속도를 외부 원통형 선삭의 속도보다 높게 설정해야 합니다.
• 진동이 발생하기 쉬운 상황에서는 절단 속도가 자체 여기 진동의 임계 속도를 피해야 합니다.

실제 생산에서는 주로 공정 매뉴얼과 작업자의 실무 경험에 따라 절단 매개변수가 선택됩니다.