6종 CNC 절삭공구의 종류, 성능, 특성 및 응용 노하우
효율성을 최대한 발휘하고 경제적 이익을 얻으려면 고급 가공 장비와 고성능 CNC 절단 도구의 조합이 필요합니다. 공구재료의 급속한 발전에 따라 다양한 신형 공구재료의 물리적, 기계적, 절삭성능이 크게 향상되었으며, 그 응용범위도 지속적으로 확대되고 있습니다.
1 도구 재료에는 기본 속성이 있어야 합니다.
공구 재료의 선택은 공구 수명, 가공 효율성, 가공 품질 및 가공 비용에 큰 영향을 미칩니다. 절삭 공구는 절삭 중 고압, 고온, 마찰, 충격, 진동을 견뎌야 합니다. 따라서 도구 재료는 다음과 같은 기본 특성을 가져야 합니다.
(1) 경도 및 내마모성. 공구 재료의 경도는 공작물 재료의 경도보다 높아야 하며 일반적으로 60HRC 이상의 경도가 필요합니다. 공구 재료의 경도가 높을수록 내마모성이 좋아집니다.
(2) 강도와 인성. 공구 재료는 절삭력, 충격, 진동을 견디고 공구의 취성 파손 및 모서리 붕괴를 방지하기 위해 높은 강도와 인성을 가져야 합니다.
(3) 내열성. 공구 재료는 내열성이 우수하고 높은 절삭 온도를 견딜 수 있으며 내 산화성이 우수합니다.
(4) 공정 성능 및 경제성. 공구 재료는 단조 성능, 열처리 성능 및 용접 성능이 좋아야 합니다. 연삭 성능과 높은 코스트 퍼포먼스를 추구합니다.
2, 절삭공구재료의 종류, 성질, 특성 및 용도
1. 다이아몬드 절삭공구 재료의 종류, 성질, 특성 및 공구 용도
다이아몬드는 탄소의 동소체이며 자연에서 발견되는 가장 단단한 물질입니다. 다이아몬드 절삭 공구는 높은 경도, 내마모성 및 열전도율을 가지며 비철 및 비금속 재료 가공에 널리 사용됩니다. 특히 알루미늄 및 실리콘 알루미늄 합금의 고속 절삭에서는 다이아몬드 절삭 공구가 교체가 어려운 절삭 공구의 주요 유형입니다. 고효율, 높은 안정성, 긴 수명을 달성할 수 있는 다이아몬드 절삭 공구는 현대 CNC 가공에 없어서는 안 될 중요한 도구입니다.
⑴ 다이아몬드 절삭공구의 종류
① 천연다이아몬드 절삭공구 : 천연다이아몬드는 절삭공구로서 백년이 넘는 역사를 가지고 있다. 미세 연삭 후 천연 단결정 다이아몬드 절단 도구는 절단 반경이 최대 0.002 μm인 매우 날카로운 모서리를 가질 수 있습니다. 초박형 절삭이 가능하고 매우 높은 공작물 정밀도와 낮은 표면 조도를 달성할 수 있어 인정받고 이상적이고 대체할 수 없는 초정밀 가공 공구입니다.
② PCD 다이아몬드 절단 도구: 천연 다이아몬드는 가격이 비싸며 절단 가공에는 여전히 다결정 다이아몬드(PCD)가 널리 사용되고 있습니다. 1970년대 초부터 고온, 고압 합성 기술로 제조된 다결정 다이아몬드(PCD) 블레이드 개발에 성공한 이후 천연 다이아몬드 절삭 공구는 여러 상황에서 인공 다결정 다이아몬드로 대체되었습니다. PCD 원료는 풍부하고 가격은 천연 다이아몬드의 수십 배에 불과합니다.
PCD 공구는 매우 날카로운 모서리를 연삭할 수 없으며 가공된 공작물의 표면 품질은 천연 다이아몬드만큼 좋지 않습니다. 현재 업계에서는 칩 홈이 있는 PCD 블레이드를 제조하는 것이 편리하지 않습니다. 따라서 PCD는 비철금속, 비금속의 정밀절단에만 사용할 수 있어 초정밀 경면절단이 어렵습니다.
③ CVD 다이아몬드 절삭공구: 일본에서는 1970년대 후반부터 1980년대 초반까지 CVD 다이아몬드 기술이 등장했다. CVD 다이아몬드는 화학기상증착(CVD)을 이용해 이종 기판(예: 경질 합금, 세라믹 등) 위에 다이아몬드 필름을 합성하는 것을 말합니다. CVD 다이아몬드는 천연 다이아몬드와 구조와 특성이 동일합니다.
CVD 다이아몬드의 성능은 천연 다이아몬드와 매우 유사하며 천연 단결정 다이아몬드와 다결정 다이아몬드(PCD)의 장점을 결합하여 어느 정도 단점을 극복합니다.
⑵ 다이아몬드 절삭공구의 성능특성
① 매우 높은 경도와 내마모성 : 천연 다이아몬드는 자연에서 발견되는 가장 단단한 물질입니다. 다이아몬드는 내마모성이 매우 높습니다. 고경도 재료를 가공할 때 다이아몬드 절삭 공구의 수명은 경질 합금 절삭 공구의 10-100배, 심지어 수백 배 더 깁니다.
② 마찰계수가 매우 낮습니다. 다이아몬드와 일부 비철금속 사이의 마찰계수는 다른 절삭 공구에 비해 낮으며, 가공 중 마찰계수가 낮고 변형이 적어 절삭력을 줄일 수 있습니다.
③ 절삭날이 매우 날카롭다: 다이아몬드 공구의 절삭날은 매우 날카롭게 연마될 수 있으며, 천연 단결정 다이아몬드 공구는 높이가 0.002-0.008 μm에 이른다. 초박절삭 및 초정밀 가공이 가능합니다.
④ 열전도율이 높다 : 다이아몬드는 열전도율과 열확산율이 높아 절삭열이 쉽게 발산된다. 공구의 절삭 온도가 낮습니다.
⑤ 낮은 열팽창계수: 다이아몬드의 열팽창계수는 경질합금에 비해 몇 배 작으며, 절삭열로 인한 공구 크기의 변화도 매우 작습니다. 이는 특히 정밀 및 초정밀 가공에 중요합니다. 높은 치수 정확도 요구 사항.
다이아몬드 절삭 공구의 적용
다이아몬드 절삭 공구는 일반적으로 비철 및 비금속 재료를 고속으로 미세 절단하고 보링하는 데 사용됩니다. 유리 섬유 분말 야금 블랭크, 세라믹 재료 등과 같은 다양한 내마모성 비금속 재료 가공에 적합합니다. 다양한 실리콘 알루미늄 합금과 같은 다양한 내마모성 비철금속; 다양한 비철금속 마감 공정.
다이아몬드 절삭 공구의 단점은 열 안정성이 좋지 않다는 것입니다. 절단 온도가 700도에서 800도를 초과하면 경도가 완전히 손실됩니다. 또한, 다이아몬드(탄소)는 고온에서 철 원자와 쉽게 상호 작용하여 탄소 원자를 흑연 구조로 변환시켜 공구가 손상되기 매우 취약하므로 흑색 금속 절단에는 적합하지 않습니다.
2. 입방정질화붕소 공구재료의 종류, 성질, 특성 및 공구응용
두 번째 초경질 물질인 입방정질화붕소(CBN)는 다이아몬드 제조와 유사한 방법으로 합성되며 경도와 열전도율 측면에서 다이아몬드에 이어 두 번째입니다. 열안정성이 뛰어나고 대기중 10000℃까지 가열해도 산화되지 않습니다. CBN은 흑색 금속에 대해 매우 안정적인 화학적 특성을 가지며 철강 제품 가공에 널리 사용될 수 있습니다.
입방정질화붕소 절삭공구의 종류
입방정질화붕소(CBN)는 자연계에 존재하지 않는 물질로 단결정과 다결정, 즉 CBN 단결정과 다결정 입방정 질화붕소(PCBN)로 나눌 수 있다. CBN은 질화붕소(BN)의 이성질체 중 하나로 다이아몬드와 구조가 유사하다.
PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)은 미세한 CBN 소재를 고온, 고압에서 결합상(TiC, TiN, Al, Ti 등)을 통해 소결시키는 다결정 소재입니다. 현재 인공적으로 합성된 공구재료 중 두 번째로 단단한 공구재료로, 다이아몬드와 함께 초경질 공구재료로 불린다. PCBN은 주로 절삭공구나 기타 공구를 만드는 데 사용됩니다.
PCBN 절단 도구는 일체형 PCBN 블레이드와 경질 합금 복합재로 소결된 PCBN 복합 블레이드로 나눌 수 있습니다.
PCBN 복합 블레이드는 강도와 인성이 우수한 경질 합금에 O.{0}.0mm 두께의 PCBN 층을 소결하여 만들어집니다. 그 성능은 우수한 인성, 높은 경도 및 내마모성을 결합하여 CBN 블레이드의 낮은 굽힘 강도 및 용접 어려움 문제를 해결합니다.
입방 질화 붕소의 주요 특성 및 특성
입방정 질화붕소의 경도는 다이아몬드보다 약간 낮지만 다른 고경도 재료보다 훨씬 높습니다. CBN의 뛰어난 장점은 열 안정성이 다이아몬드보다 훨씬 높아 1200도(다이아몬드의 경우 700-800도) 이상에 달한다는 점이며, 또 다른 뛰어난 장점은 철 원소와 반응하지 않는 높은 화학적 불활성입니다. 1200-1300도에서. 입방정질화붕소의 주요 성능특성은 다음과 같습니다.
① 높은 경도 및 내마모성 : CBN 결정 구조는 다이아몬드와 유사하며 경도와 강도가 다이아몬드와 유사합니다. PCBN은 이전에 연삭만 할 수 있었던 고경도 재료 가공에 특히 적합하며 공작물의 표면 품질을 향상시킬 수 있습니다.
② 열 안정성이 높습니다. CBN의 내열성은 1400-1500도에 도달할 수 있으며 이는 다이아몬드의 내열성(700-800도)보다 거의 1배 더 높습니다. PCBN 공구는 경질 합금 공구보다 3-5배 빠른 속도로 고온 합금과 담금질 강철을 절단할 수 있습니다.
③ 우수한 화학적 안정성 : 1200-1300도 사이의 온도에서도 철계 물질과 화학적으로 반응하지 않으며, 다이아몬드처럼 날카롭게 마모되지 않습니다. 이때에도 여전히 경질 합금의 경도를 유지할 수 있습니다. PCBN 절삭 공구는 담금질 강철 부품 및 냉간 주철 절삭에 적합하며 주철의 고속 절삭에 널리 사용될 수 있습니다.
④ 우수한 열전도율 보유: CBN의 열전도율은 다이아몬드를 따라잡을 수 없지만 다양한 공구 재료에서 PCBN의 열전도율은 다이아몬드에 이어 두 번째로 높으며 고속도강 및 경질 합금보다 훨씬 높습니다.
⑤ 낮은 마찰계수 : 낮은 마찰계수는 가공시 절삭력 감소, 절삭온도 감소, 표면품질 향상으로 이어질 수 있습니다.
입방정질화붕소 절삭공구 적용
입방정질화붕소는 담금질강, 경주철, 내열합금, 경질합금, 표면용사재 등 다양한 난삭재의 정밀가공에 적합합니다. 가공 정확도는 IT5(홀 IT6)에 도달할 수 있으며 표면 거칠기 값은 Ra1.25-0.20 μM만큼 낮을 수 있습니다.
입방정 질화붕소 절삭 공구 재료의 인성 및 굽힘 강도가 좋지 않습니다. 따라서 입방정 질화붕소 선삭 공구는 저속에서 충격 하중이 높은 황삭 가공에는 적합하지 않습니다. 알루미늄 합금, 구리 합금, 니켈 기반 합금, 고가소성 강철과 같이 소성이 높은 재료를 절삭하는 데는 적합하지 않습니다. 이러한 금속을 절삭하면 심각한 칩 침전물이 생성되어 가공 표면이 저하되기 때문입니다.
3. 세라믹 공구재료의 종류, 성질, 특성 및 공구 응용
세라믹 절삭 공구는 높은 경도, 우수한 내마모성, 우수한 내열성 및 화학적 안정성을 가지며 금속과 결합하기 쉽지 않은 특성을 가지고 있습니다. 세라믹 절삭 공구는 CNC 가공에서 매우 중요한 역할을 하며 고속 절삭 및 가공이 어려운 재료의 주요 절삭 공구 중 하나가 되었습니다. 세라믹 절삭공구는 고속절삭, 건식절삭, 하드절삭, 가공이 어려운 재료의 절단에 널리 사용됩니다. 세라믹 절삭 공구는 전통적인 절삭 공구로는 가공할 수 없는 고경도 재료를 효율적으로 가공할 수 있어 "연삭 대신 선삭"을 실현합니다. 세라믹 절삭 공구의 최적 절삭 속도는 경질 합금 절삭 공구의 절삭 속도보다 2~10배 높으므로 절삭 생산 효율성이 크게 향상됩니다. 세라믹 절단 도구에 사용되는 주요 원료는 지각에서 가장 풍부한 원소입니다. 따라서 세라믹 절삭 공구의 홍보 및 적용은 생산성 향상, 가공 비용 절감 및 전략적 귀금속 절약에 큰 의미가 있습니다. 또한 절단 기술의 발전을 크게 촉진할 것입니다.
⑴ 세라믹 공구재료의 종류
세라믹 공구 재료의 종류는 일반적으로 알루미나 기반 세라믹, 질화 규소 기반 세라믹, 복합 질화 규소 알루미나 기반 세라믹의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 그 중 알루미나계와 질화규소계 세라믹 공구재료가 가장 널리 사용되고 있다. 질화 규소 기반 세라믹의 성능은 알루미나 기반 세라믹보다 우수합니다.
⑵ 세라믹 절삭공구의 성능과 특성
세라믹 절삭 공구의 성능 특성은 다음과 같습니다.
① 높은 경도 및 우수한 내마모성: 세라믹 절삭 공구의 경도는 PCD 및 PCBN만큼 높지는 않지만 경질 합금 및 고속도강 절삭 공구의 경도보다 훨씬 높아 93-95HRA에 도달합니다. 세라믹 절삭공구는 기존 공구로는 가공하기 어려운 고경도 재료를 가공할 수 있어 고속절삭, 경절삭에 적합하다.
② 높은 내열성과 우수한 내열성 : 세라믹 절삭 공구는 1200도 이상의 고온에서도 절단이 가능합니다. 세라믹 절삭 공구는 고온 기계적 성질이 뛰어나며 Al2O3 세라믹 절삭 공구의 내산화성은 특히 좋습니다. 칼날이 빨갛게 달궈진 상태에서도 연속 사용이 가능합니다. 따라서 세라믹 절삭 공구는 건식 절삭을 달성하여 절삭유를 절약할 수 있습니다.
③ 우수한 화학적 안정성 : 세라믹 절삭 공구는 금속과 결합하기 쉽지 않으며 내식성이 뛰어나 화학적 안정성이 우수하여 절삭 공구의 접착 마모를 줄일 수 있습니다.
④ 낮은 마찰계수 : 세라믹 절삭공구는 금속과의 친화력이 낮아 마찰계수가 낮아 절삭력과 절삭온도를 낮출 수 있습니다.
⑶ 세라믹 칼에는 용도가 있습니다.
세라믹은 고속정밀가공과 반정밀가공에 주로 사용되는 공구재료 중 하나이다. 세라믹 절삭 공구는 다양한 주철(회주철, 연성철, 가단주철, 냉간경주철, 고합금 내마모주철) 및 강철(탄소구조강, 합금구조강, 고강도강) 절단에 적합합니다. , 고망간강, 담금질강 등), 구리 합금, 흑연, 엔지니어링 플라스틱 및 복합 재료 절단에도 사용할 수 있습니다.
세라믹 공구 재료는 굽힘 강도가 낮고 충격 인성이 좋지 않아 저속 절삭 및 충격 하중 절삭에 부적합한 문제가 있습니다.
4. 코팅된 공구재료의 성능과 특성 및 공구의 응용
절삭 공구 코팅은 성능을 향상시키는 중요한 방법 중 하나입니다. 코팅된 절삭 공구의 출현으로 절삭 성능이 크게 향상되었습니다. 코팅 절삭 공구는 인성이 우수한 공구 본체에 내마모성이 우수한 내화 화합물을 하나 이상의 층으로 코팅한 공구입니다. 공구 매트릭스와 하드 코팅을 결합하여 공구 성능을 크게 향상시킵니다. 코팅된 절삭 공구는 가공 효율을 향상시키고 가공 정확도를 향상시키며 공구 수명을 연장하고 가공 비용을 절감할 수 있습니다.
신형 CNC 공작기계에 사용되는 절삭공구의 약 80%가 코팅공구를 사용하고 있습니다. 코팅된 절삭 공구는 향후 CNC 가공 분야에서 가장 중요한 공구 종류가 될 것입니다.
⑴ 코팅절삭공구의 종류
다양한 코팅 방법에 따라 코팅 도구는 CVD(화학 기상 증착) 코팅 도구와 PVD(물리적 기상 증착) 코팅 도구로 나눌 수 있습니다. 코팅된 경질 합금 절단 도구는 일반적으로 화학 기상 증착 방법을 사용하며 증착 온도는 약 1000도입니다. 코팅된 고속 강철 절삭 공구는 일반적으로 증착 온도가 약 500도인 물리적 기상 증착 방법을 사용합니다.
코팅 도구의 다양한 모재 재질에 따라 코팅 도구는 경질 합금 코팅 도구, 고속도강 코팅 도구, 세라믹 및 초경질 재료(다이아몬드 및 입방정 질화붕소) 코팅 도구로 나눌 수 있습니다.
코팅 재료의 특성에 따라 코팅 도구는 "하드" 코팅 도구와 "소프트" 코팅 도구라는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. "하드" 코팅 절삭 공구가 추구하는 주요 목표는 높은 경도와 내마모성이며, TiC 및 TiN 코팅의 대표적인 특징인 높은 경도와 우수한 내마모성의 주요 장점이 있습니다. "부드러운" 코팅 공구가 추구하는 목표는 자기 윤활 공구라고도 알려진 낮은 마찰 계수입니다. 피삭재 재료와의 마찰 계수는 약 0.1 정도로 매우 낮아 접착력을 줄이고 마찰을 줄이며 절삭력과 절삭 온도를 낮출 수 있습니다.
최근에는 나노 코팅 도구가 개발되었습니다. 이 코팅 도구는 다양한 코팅 재료(예: 금속/금속, 금속/세라믹, 세라믹/세라믹 등) 조합을 사용하여 다양한 기능 및 성능 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 잘 설계된 나노 코팅은 공구 재료에 우수한 내마찰성, 내마모성 및 자기 윤활성을 부여하여 고속 건식 절삭에 적합하게 만듭니다.
코팅절삭공구의 특성
코팅 절삭 공구의 성능 특성은 다음과 같습니다.
① 우수한 기계적 성능 및 절단 성능 : 코팅된 절삭 공구는 모재와 코팅 재료의 우수한 특성을 결합하여 우수한 인성과 모재의 높은 강도를 유지하며 코팅의 높은 경도, 내마모성 및 낮은 마찰 계수를 유지합니다. 따라서 코팅된 공구의 절삭 속도는 코팅되지 않은 공구에 비해 2배 이상 증가할 수 있으며 더 높은 이송 속도가 허용됩니다. 코팅된 절삭 공구의 수명도 향상되었습니다.
② 강력한 다양성: 코팅된 공구는 광범위한 다양성을 가지며 가공 범위를 크게 확장합니다. 하나의 코팅된 도구는 여러 개의 코팅되지 않은 도구를 대체할 수 있습니다.
③ 코팅두께 : 코팅두께가 증가할수록 공구수명도 늘어나지만, 코팅두께가 포화상태에 이르면 더 이상 공구수명이 크게 늘어나지 않습니다. 코팅이 너무 두꺼우면 벗겨지기 쉽습니다. 코팅이 너무 얇으면 내마모성이 떨어집니다.
④ 재연삭성: 코팅된 블레이드는 재연삭성이 낮고 코팅 장비가 복잡하며 공정 요구 사항이 높으며 코팅 시간이 길다.
⑤ 코팅 재료 : 코팅 재료가 다른 절삭 공구는 절삭 성능이 다릅니다. 예를 들어, 저속 절단 중에는 TiC 코팅이 장점이 있습니다. TiN은 고속 절단에 더 적합합니다.
코팅된 절삭공구 적용
코팅된 절단 도구는 CNC 가공 분야에서 큰 잠재력을 갖고 있으며 앞으로 가장 중요한 도구 다양성이 될 것입니다. 코팅 기술은 엔드밀, 리머, 드릴 비트, 복합 홀 가공 도구, 기어 호빙 커터, 기어 호빙 커터, 기어 쉐이빙 커터, 성형 브로치 및 다양한 기계 클램프 인덱서블 인서트에 적용되어 고속 절삭 요구 사항을 충족합니다. 철강, 주철, 내열합금, 비철금속 등 다양한 소재에 사용됩니다.
5. 경합금 절삭공구 재료의 종류, 성질, 특성 및 용도
경질 합금 절삭 공구, 특히 인덱서블 경질 합금 절삭 공구는 CNC 가공 공구의 주요 제품입니다. 1980년대 이후 다양한 유형의 일체형 및 인덱서블 경합금 절삭 공구 또는 블레이드가 다양한 절삭 공구 분야로 확장되었습니다. 그 중 인덱서블 경합금 절삭공구는 단순 선삭 공구, 페이스 밀링 커터에서 다양한 정밀, 복합, 성형 공구 분야로 확대됐다.
⑴ 경합금 절삭공구의 종류
주요 화학 조성에 따라 경질 합금은 텅스텐 카바이드 기반 경질 합금과 티타늄 카바이드(TiC(N)) 기반 경질 합금으로 나눌 수 있습니다.
텅스텐 카바이드 기반 경질 합금에는 텅스텐 코발트(YG), 텅스텐 코발트 티타늄(YT), 희귀 탄화물 첨가(YW)의 세 가지 유형이 있으며 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다. 주요 성분으로는 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC), 탄탈륨 카바이드(TaC), 니오븀 카바이드(NbC) 등이 있습니다. 일반적으로 사용되는 금속 결합상은 Co입니다.
탄소(질소) 티타늄 기반 경질 합금은 주로 TiC(일부 다른 탄화물 또는 질화물이 첨가됨)로 구성된 경질 합금이며 일반적으로 사용되는 금속 결합상은 Mo 및 Ni입니다.
ISO(국제 표준화 기구)는 경질 합금 절단을 세 가지 범주로 나눕니다.
Kl0-K40을 포함한 K클래스는 중국의 YG클래스(주로 WC.Co.로 구성)와 동일하다.
P01-P50을 포함한 P-클래스는 중국의 YT 클래스(주로 WC.TiC.Co.로 구성)와 동일하다.
M10~M40을 포함한 M등급은 중국의 YW등급(주로 WC TiC TaC(NbC)-Co로 구성)과 동일하다.
높은 경도에서 최대 인성에 이르는 일련의 합금은 각 등급에 대해 01에서 50 사이의 숫자로 표시됩니다.
⑵ 경합금 절삭공구의 성능특성
경질 합금 절삭 공구의 성능 특성은 다음과 같습니다.
① 고경도: 경질합금 절삭공구는 경도와 융점이 높은 탄화물(경질상이라고 함)과 금속 바인더(결합상이라고 함)를 분말야금하여 만듭니다. 경도는 89-93HRA에 이르며 이는 고속도강보다 훨씬 높습니다. 5400C에서도 경도는 여전히 82-87HRA에 도달할 수 있으며 이는 실온에서 고속도강의 경도(83-86HRA)와 동일합니다. 경질합금의 경도값은 탄화물의 성질, 수량, 입자크기, 금속결합상의 함량에 따라 달라지며 일반적으로 결합금속상의 함량이 증가함에 따라 감소한다. 접착상 함량이 동일한 경우 YT계 합금의 경도가 YG계 합금의 경도보다 높고, TaC(NbC)를 첨가한 합금의 고온 경도가 더 높습니다.
② 굽힘 강도 및 인성: 일반적으로 사용되는 경질 합금의 굽힘 강도는 900~1500MPa입니다. 금속 결합상의 함량이 높을수록 굽힘 강도가 높아집니다. 접착제 함량이 동일한 경우 YG형(WC Co) 합금의 강도는 YT형(WC TiC Co) 합금의 강도보다 높으며 TiC 함량이 증가할수록 강도는 감소합니다. 경질 합금은 부서지기 쉬운 재료이며 실온에서의 충격 인성은 고속도강의 1/30-1/8에 불과합니다.
일반적으로 사용되는 경질 합금 절삭 공구의 적용
YG계 합금은 주로 주철, 비철금속, 비금속 재료 가공에 사용됩니다. 세립 경질 합금(예: YG3X, YG6X)은 코발트 함량이 동일할 때 중결 경질 합금보다 경도와 내마모성이 더 높습니다. 특수 경주철, 오스테나이트계 스테인리스강, 내열합금, 티타늄 합금, 경질청동, 내마모성 절연재 가공에 적합합니다.
YT형 경질 합금의 뛰어난 장점은 YG형에 비해 높은 경도, 우수한 내열성, 더 높은 경도 및 고온 압축 강도, 우수한 내산화성입니다. 따라서 높은 내열성과 내마모성을 요구하는 나이프의 경우 TiC 함량이 높은 등급을 선택해야 합니다. YT형 합금은 강철과 같은 플라스틱 재료 가공에 적합하지만 티타늄 합금이나 실리콘 알루미늄 합금 가공에는 적합하지 않습니다.
YW형 합금은 YG 및 YT형 합금의 특성을 가지며 종합적인 성능이 우수합니다. 철강 재료 가공은 물론 주철 및 비철금속 가공에도 사용할 수 있습니다. 코발트 함량을 적절히 증가시키면 높은 강도를 가질 수 있으며 다양한 가공이 어려운 재료의 황삭 및 단속 절삭에 사용할 수 있습니다.
6. 고속도강절삭공구의 종류, 특성 및 용도
고속도강(HSS)은 W, Mo, Cr, V와 같은 합금 원소가 상당량 포함된 고합금 공구강의 일종입니다. 고속도강 절삭 공구는 강도, 인성 및 인성 측면에서 탁월한 종합 성능을 가지고 있습니다. 가공성. 복잡한 절삭 공구, 특히 홀 가공 공구, 밀링 커터, 나사 절삭 공구, 드로잉 커터, 기어 절삭 공구 및 기타 복잡한 모서리 모양의 절삭 공구 제조에서는 고속강이 여전히 주요 위치를 차지하고 있습니다. 고속 강철 절삭 공구는 날카로운 절삭날을 쉽게 연삭할 수 있습니다.
고속도강은 용도에 따라 범용 고속도강과 고성능 고속도강으로 구분됩니다.
⑴ 범용 고속도강 절삭공구
범용 고속도강. 일반적으로 텅스텐강과 텅스텐 몰리브덴강의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 이 유형의 고속도강에는 0.7% ~ 0.9% 범위의 (C)가 포함되어 있습니다. 강철의 다양한 텅스텐 함량에 따라 W 함량이 12% 또는 18%인 텅스텐강, W 함량이 6% 또는 8%인 텅스텐 몰리브덴강, W 함량이 2인 몰리브덴강으로 나눌 수 있습니다. % 또는 W 없음. 범용 고속도강은 일정한 경도(63-66HRC)와 내마모성, 고강도 및 인성, 우수한 가소성 및 가공성을 가지며 다양한 복합 절삭 공구 제조에 널리 사용됩니다.
① 텅스텐강: 범용 고속도강 텅스텐강의 대표적인 등급은 W18Cr4V(W18이라고 함)이며, 이는 우수한 종합 특성과 6000C에서 48.5HRC의 고온 경도를 가지고 있습니다. 다양하고 복잡한 절삭 공구를 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 연삭성이 좋고 탈탄 민감도가 낮은 등의 장점이 있지만 탄화물 함량이 높고 분포가 불균일하며 입자가 크고 강도와 인성이 낮습니다.
② 텅스텐 몰리브덴강 : 텅스텐강의 텅스텐 일부를 몰리브덴으로 대체하여 얻은 고속도강을 말한다. 텅스텐 몰리브덴 강의 일반적인 등급은 W6Mo5Cr4V2이며 M2로 약칭됩니다. M2의 탄화물 입자는 작고 균일하며 W18Cr4V보다 강도, 인성 및 고온 소성이 우수합니다. 또 다른 유형의 텅스텐 몰리브덴 강철은 W9Mo3Cr4V(W9로 약칭)로 M2 강철보다 열 안정성이 약간 높고 W6M05Cr4V2보다 굽힘 강도와 인성이 우수하며 가공성이 좋습니다.
⑵ 고성능 고속도강 절삭공구
고성능 고속도강이란 범용 고속도강의 열적 특성을 향상시키기 위해 탄소, 바나듐, Co, Al 등의 합금 원소를 일부 첨가한 새로운 형태의 강을 말합니다. 저항과 착용 저항. 주로 다음과 같은 카테고리가 있습니다.
① 고탄소 고속도강. 고탄소 고속도강(예: 95W18Cr4V)은 상온 및 고온에서 경도가 높아 내마모성이 요구되는 일반강 및 주철, 드릴 비트, 리머, 탭 및 밀링 커터의 제조 및 가공에 적합합니다. 또는 더 단단한 재료를 가공하기 위한 절삭 공구. 큰 충격을 견디는 데는 적합하지 않습니다.
② 고바나듐 고속도강. W12Cr4V4Mo(EV4라고도 함)와 같은 일반적인 재종은 V 함량을 3%-5%로 높이고 내마모성이 우수하며 섬유, 경질 고무와 같이 심각한 공구 마모를 유발하는 절삭 소재에 적합합니다. , 플라스틱 등. 스테인레스강, 고장력강, 내열합금 등의 재료 가공에도 사용할 수 있습니다.
③ 코발트 고속도강. 이는 코발트 함유 초경질 고속도강에 속하며 W2Mo9Cr4VCo8(M42라고도 함)과 같은 일반적인 등급으로 경도가 높고 69-70HRC에 도달할 수 있습니다. 고강도 내열강, 내열합금, 티타늄합금 등 가공이 어려운 재료의 가공에 적합합니다. M42는 연삭성이 좋아 정밀하고 복잡한 절삭 공구를 만드는 데 적합하지만 충격 절삭 조건에서의 작업에는 적합하지 않습니다.
④ 알루미늄 고속도강. 이는 W6Mo5Cr4V2Al(501이라고 함)과 같은 일반적인 등급의 초경질 고속도강을 함유한 알루미늄에 속합니다. 6000C의 고온 경도도 54HRC에 도달하고 절삭 성능은 M42와 동일합니다. 밀링커터, 드릴비트, 리머, 기어절삭공구, 브로치 등의 제조에 적합하며, 합금강, 스테인레스강, 고장력강, 내열합금 가공에 사용됩니다.
⑤ 질소 초경질 고속도강. V3N으로 약칭되는 W12M03Cr4V3N과 같은 일반적인 재종은 M42에 필적하는 경도, 강도 및 인성을 갖춘 질소 함유 초경질 고속도강입니다. 난삭재의 저속절삭 및 저속 고정밀 가공에 코발트 함유 고속강의 대체재로 사용 가능합니다.
⑶ 고속도강 및 분말야금 고속도강의 용해
다양한 제조 공정에 따라 고속도강은 용융 고속도강과 분말야금 고속도강으로 나눌 수 있습니다.
① 용융고속강 : 일반 고속강과 고성능 고속강 모두 용융공법으로 제조됩니다. 제련, 잉곳 주조, 도금 및 압연 등의 공정을 거쳐 절삭 공구로 만들어집니다. 고속도강을 녹일 때 발생하기 쉬운 심각한 문제는 탄화물 편석이다. 경질 및 취성 탄화물은 고속도강에 불균일하게 분포하고 있으며, 입자 크기가 조대(수십 마이크로미터까지)하여 고속도강 절삭공구의 내마모성, 인성, 절삭 성능에 악영향을 미칩니다.
② 분말야금고속강(PM HSS) : 분말야금고속강(PM HSS)은 고주파 유도로에서 용융된 강액을 고압의 아르곤 또는 순수질소 가스로 미립화시킨 후 급냉시키는 강재입니다. 작고 균일한 결정구조를 얻기 위한 것(고속강분말) 생성된 분말은 높은 온도와 압력에서 절삭 공구 블랭크에 압착되거나 먼저 강철 빌렛으로 만들어진 다음 단조 및 압연되어 절삭 공구 형태로 만들어집니다. PM HSS는 용융공법으로 제조된 고속도강에 비해 탄화물 입자가 작고 균일하며, 용융된 고속도강에 비해 강도, 인성, 내마모성이 크게 향상된 장점이 있습니다. PM HSS 도구는 복잡한 CNC 도구 분야에서 더욱 발전하여 중요한 위치를 차지할 것입니다. F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN 등의 대표적인 재종을 사용하여 대형, 고강도, 내충격 절삭공구는 물론 정밀 절삭공구 제작이 가능합니다.
III CNC 공구 재료의 선택 원칙
현재 널리 사용되는 CNC 공구 재료로는 다이아몬드 공구, 입방정질화붕소 공구, 세라믹 공구, 코팅 공구, 경합금 공구, 고속도강 공구 등이 있습니다. 절삭 공구 재료에는 다양한 일반 등급이 있으며 성능도 크게 다릅니다. 다양한 공구 재료의 주요 성능 지표가 아래 표에 나와 있습니다.
CNC 가공을 위한 절삭 공구 재료 선택은 처리 중인 공작물과 가공 속성을 기반으로 해야 합니다. 공구 재료의 선택은 가공 대상과 합리적으로 일치해야 합니다. 절삭 공구 소재와 가공 대상물의 일치는 가장 긴 공구 수명과 최대 절삭 생산성을 달성하기 위해 주로 기계적, 물리적, 화학적 특성을 일치시키는 것을 의미합니다.
1. 절삭공구 소재와 가공물 간의 기계적 성질 매칭
절삭 공구와 가공 대상 간의 기계적 성능 일치 문제는 주로 공구와 피삭재 재료 간의 강도, 인성 및 경도와 같은 기계적 성능 매개변수의 일치를 의미합니다. 다양한 기계적 특성을 지닌 절삭 공구 재료는 다양한 공작물 재료를 가공하는 데 적합합니다.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>고속 강철.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>다이아몬드 및 입방정 질화 붕소 도구.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>입방정 질화붕소, 다이아몬드, 세라믹 도구.
고경도 피삭재는 더 높은 경도의 절삭 공구로 가공해야 하며 절삭 공구 재료의 경도는 피삭재 재료의 경도보다 높아야 하며 일반적으로 60HRC 이상의 경도가 필요합니다. 공구 재료의 경도가 높을수록 내마모성이 좋아집니다. 예를 들어 경질 합금의 코발트 함량이 증가하면 강도와 인성이 증가하는 반면 경도는 감소하여 거친 가공에 적합합니다. 코발트 함량이 감소하면 경도와 내마모성이 증가하여 정밀가공에 적합합니다.
고온 기계적 특성이 뛰어난 공구는 특히 고속 절단에 적합합니다. 세라믹 절삭공구의 뛰어난 고온 성능으로 인해 고속 절삭이 가능하며, 경질 합금에 비해 허용 절삭 속도를 2-10배 높일 수 있습니다.
2. 절삭 공구 재료와 가공 대상물의 물리적 특성 일치
열전도율이 높고 융점이 낮은 고속 강철 공구, 융점이 높고 열팽창이 낮은 세라믹 공구, 열전도율이 높고 열팽창이 낮은 다이아몬드 공구와 같이 다양한 물리적 특성을 가진 공구는 다양한 가공에 적합합니다. 공작물 재료. 열전도율이 낮은 공작물을 가공할 때는 열전도율이 좋은 공구 소재를 사용하여 절삭열을 빠르게 전달하고 절삭온도를 낮추는 것이 좋습니다. 다이아몬드는 높은 열전도율과 열확산율로 인해 절삭열을 방출하기 쉽고 큰 열 변형을 일으키지 않습니다. 이는 높은 치수 정확도가 요구되는 정밀 가공 공구에 특히 중요합니다.
① 각종 절삭공구 소재의 내열온도 : 다이아몬드 절삭공구는 700-8000C, PCBN 절삭공구는 13000-15000C, 세라믹 절삭공구는 1100-12000C, 세라믹 절삭공구는 900-11000C TiC(N) 기반 경질 합금의 경우 800-9000WC 기반 초미립자 경질 합금의 경우 600-7000C, HSS의 경우 600-7000C입니다.
② The thermal conductivity order of various tool materials is: PCD>PCBN>WC based hard alloy>TiC (N) based hard alloy>HSS>Si3N4 based ceramic>A1203 기반 세라믹.
③ The order of thermal expansion coefficients for various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>TiC (N)>A1203 based ceramic>PCBN>Si3N4 based ceramic>PCD입니다.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>Si3N4 based ceramic>PCBN>PCD>TiC (N) based hard alloy>A1203 기반 세라믹.
3. 절삭공구 소재와 가공물 간의 화학적 성질 매칭
절삭 공구 재료와 가공 대상 간의 화학적 성능 매칭 문제는 주로 공구 재료와 피삭재 재료 간의 화학적 친화성, 화학 반응, 확산 및 용해와 같은 화학적 성능 매개 변수의 매칭을 의미합니다. 다양한 재료를 사용한 절삭 공구는 다양한 공작물 재료를 가공하는 데 적합합니다.
① The temperature resistance of various cutting tool materials to adhesion (compared to steel) is as follows: PCBN>ceramic>hard alloy>HSS입니다.
② The oxidation resistance temperature of various tool materials is as follows: ceramic>PCBN>hard alloy>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of different cutting tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4 based ceramics>PCBN>A1203 based ceramics. The diffusion intensity (for titanium) is: A1203 based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>다이아몬드.
4. CNC 공구 재료의 합리적인 선택
일반적으로 PCBN, 세라믹 절삭 공구, 코팅된 경질 합금 및 TiCN 기반 경질 합금 절삭 공구는 강철과 같은 흑색 금속의 CNC 가공에 적합합니다. PCD 공구는 Al, Mg, Cu와 같은 비철금속 재료와 그 합금 및 비금속 재료를 가공하는 데 적합합니다. 표 3-3-2에는 앞서 언급한 공구 재료를 사용한 가공에 적합한 일부 공작물 재료가 나열되어 있습니다.
다음 표에는 다양한 공구 재료를 사용한 가공에 적합한 일부 공작물 재료가 나열되어 있습니다.
