가공 후 Burr는 귀찮지만 걱정하지 마세요! 여기에 해결책이 있습니다. 금속 절단 공정에는 종종 버(burr) 형성이 동반됩니다. 버(Burr)가 있으면 가공 정밀도와 가공물의 표면 품질이 저하되어 제품 성능에 영향을 줄 뿐만 아니라 때로는 사고가 발생할 수도 있습니다. 버 문제는 일반적으로 디버링을 통해 해결됩니다. 디버링은-비생산적인 과정입니다. 제품 원가 상승 및 제품 생산주기 연장뿐 아니라, 버(Burr) 제거가 부적절할 경우 제품 전체가 폐기되어 경제적 손실을 초래할 수도 있습니다.
본 논문에서는 먼저 엔드밀링 시 버 형성에 영향을 미치는 주요 요인을 체계적으로 분석한 후, 구조 설계 관점에서 제조에 이르기까지 밀링 버를 줄이고 제어하는 방법과 기술을 탐구합니다.
I. 엔드밀링에서의 버의 주요 형태 절삭 동작- 공구 절삭날의 버 분류 체계에 따르면 엔드밀 가공 중에 발생하는 버는 주로 주 절삭날의 양쪽 버, 절삭 방향의 측면 모서리에서 절삭되는 버, 절삭 방향의 하단 모서리에서 절삭되는 버, 이송 방향의 버의 5가지 형태로 분류됩니다(그림 1 참조).
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그림 1. 엔드밀 가공 중 형성된 버
일반적으로 하단-가장자리 절단 방향 버는 다른 버보다 크고 제거하기가 더 어렵습니다. 따라서 본 논문에서는 주요 연구 대상으로 하단-에지 절단 방향 버에 초점을 맞췄습니다.
엔드밀링에서 하단-에지 절단 방향 버의 다양한 크기와 모양에 따라 유형 I 버(크기가 더 크고 제거가 어렵고 제거 비용이 더 높음), 유형 II 버(크기가 작고 제거되지 않거나 쉽게 제거될 수 있음) 및 유형 III 버, 즉 네거티브 버(그림 2 참조)로 나눌 수 있습니다.
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그림 2. 밀링 중 하단- 모서리 절단 방향 버의 유형
II. 엔드밀링에서 버(Burr) 형성에 영향을 미치는 주요 요인
버 형성은 매우 복잡한 재료 변형 과정입니다. 가공물 재료 특성, 형상, 표면 처리, 공구 형상, 공구 절삭 궤적, 공구 마모, 절삭 매개변수 및 절삭유 사용량과 같은 많은 요소가 버 형성에 직접적인 영향을 미칩니다. 그림 3은 엔드 밀링 버에 영향을 미치는 요인의 흐름도를 보여줍니다. 특정 밀링 조건에서 엔드{4}}밀링 버의 형태와 크기는 다양한 영향 요인의 결합 효과에 따라 달라지지만, 다양한 요인이 버 형성에 미치는 영향도 다릅니다.
그림 3: 밀링 버 형성의 원인-및-효과 제어 다이어그램
1. 도구 진입/퇴출
일반적으로 공구가 가공물을 빠져나갈 때 생성된 버는 공구가 가공물에 들어갈 때 생성된 버보다 큽니다.
2. 평면 출구 각도
평면 출구 각도는 하단 가장자리 절단 방향의 버 형성에 중요한 영향을 미칩니다. 평면 출구각은 절삭날이 공작물 끝면을 빠져나갈 때 절삭날의 밀링 커터 축에 수직인 지점의 절삭 속도 방향(공구 속도와 이송 속도의 벡터 조합)과 공작물 끝면 방향 사이의 각도로 정의됩니다. 공작물 끝면의 방향은 공구 진입점에서 공구 종료점 방향입니다. 그림 5에 표시된 대로 Ψ는 평면 출구 각도이며 범위는 0도 < Ψ 180도 이하입니다.
실험 결과는 버 높이가 절삭 깊이에 따라 형태가 변한다는 것을 보여줍니다. 즉, 절삭 깊이가 증가함에 따라 버는 Type I 버에서 Type II 버로 변하는 것으로 나타났습니다. Type II 버를 생성하는 데 필요한 최소 밀링 깊이를 일반적으로 제한 절삭 깊이라고 하며 dcr로 표시합니다. 그림 6은 알루미늄 합금을 가공할 때 평면 컷아웃 각도와 절삭 깊이가 버 높이에 미치는 영향을 보여줍니다.
그림 6 버 유형, 평면 절단 각도 및 절단 깊이
그림 6에서 볼 수 있듯이 평면 절개 각도가 클수록 제한 절입 깊이도 커집니다. 평면 절단 각도가 120도보다 크면 유형 I 버 크기가 더 커지고 유형 II 버로 전환하기 위한 제한 절삭 깊이도 더 커집니다. 따라서 평면 컷아웃 각도가 작을수록 유형 II 버의 형성에 도움이 됩니다. Ψ가 작을수록 단면 지지 강성이 상대적으로 높아지고 버가 형성될 가능성이 낮아지기 때문입니다.
이송 속도의 크기와 방향은 모두 결합된 속도 v의 크기와 방향에 일정한 영향을 미치며, 이는 다시 평면 컷아웃 각도와 버 형성에 영향을 줍니다. 따라서 이송 속도와 출구 가장자리 오프셋 각도가 클수록 Ψ는 작아지고 이는 더 큰 버의 형성을 억제하는 데 더 도움이 됩니다(그림 7 참조). 영상
그림 7. Burr 형성에 대한 공급 방향의 영향
3. 도구 팁 철회 순서(EOS)
엔드 밀링 중 버 크기는 공구 팁 후퇴 순서에 따라 크게 달라집니다. 그림 8에 표시된 대로 점 A는 보조 절삭날에 있고 점 C는 기본 절삭날에 있으며 점 B는 공구 팁 정점입니다. 도구 끝이 날카롭다고 가정합니다. 즉, 도구 끝 반경을 무시합니다. B-C 에지가 먼저 가공물에서 후퇴하고 A-B 에지가 뒤따르면 칩이 가공된 표면에 힌지됩니다. 밀링이 진행됨에 따라 칩이 가공물 밖으로 밀려나면서 절단 방향으로 더 큰 하단 가장자리 버가 형성됩니다. A-B 모서리가 먼저 가공물에서 후퇴하고 B-C 모서리가 뒤따르는 경우 칩은 전환 표면에 힌지되어 가공물에서 절단되어 절단 방향으로 더 작은 하단 모서리 버를 형성합니다.
실험에 따르면 다음과 같습니다.
① 버 크기를 순차적으로 증가시키는 공구 끝 후퇴 순서는 ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA 입니다.
② 동일한 후퇴 순서에서 연성 재료가 취성 재료보다 더 큰 버를 생성한다는 점을 제외하면 EOS에 의해 생성된 결과는 동일합니다. 공구 팁 종료 순서는 공구 형상뿐만 아니라 이송 속도, 절삭 깊이, 공작물 형상 및 절삭 조건과 같은 요소와도 관련됩니다. 이는 버 형성에 영향을 미치는 요인들의 조합입니다.
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그림 8: 공구 팁 출구 순서 및 버 형성
4. 기타 요인의 영향
① 밀링 매개변수, 밀링 온도, 절삭 환경도 버 형성에 일정한 영향을 미칩니다. 이송 속도 및 절삭 깊이와 같은 일부 주요 요소의 영향은 평면 출구 각도 이론과 공구 팁 출구 순서의 EOS 이론을 통해 반영되지만 여기서는 자세히 설명하지 않습니다.
② 피삭재의 소성이 좋을수록 Type I Burr가 발생하기 쉬워집니다. 취성 재료의 엔드 밀링에서 큰 이송 속도나 평면 출구 각도는 유형 III 버(결함)의 형성을 촉진합니다.
③ 공작물의 단면과 가공면 사이의 각도가 직각보다 클 경우 단면의 지지 강성이 증가하여 버 형성이 억제됩니다.
④ 밀링유체를 사용하면 공구 수명이 연장되고, 공구 마모가 감소하며, 밀링 공정에 윤활 효과가 있어 버(Burr) 크기가 줄어듭니다.
⑤ 공구 마모는 버 형성에 큰 영향을 미칩니다. 공구가 어느 정도 마모되면 공구 팁 반경이 증가하여 공구 후퇴 방향뿐만 아니라 공구 진입 방향에서도 버가 더 커집니다. 메커니즘에 대해서는 추가 조사가 필요합니다.
⑥ 공구 재료 등 다른 요인도 버 형성에 영향을 미칩니다. 동일한 절삭 조건에서 다이아몬드 공구는 버 형성을 억제하는 데 다른 공구보다 더 효과적입니다.
III. 밀링 버 형성 제어를 위한 기본 접근 방식 엔드 밀링 버 형성은 특정 밀링 공정, 가공물 구조, 공구 형상 등 다양한 요인의 영향을 받습니다. 엔드밀링 버를 줄이려면{2}}버 형성을 여러 측면에서 제어하고 최소화해야 합니다.
1. 합리적인 구조 설계: 버 형성은 공작물 구조에 크게 영향을 받습니다. 공작물 구조가 다르면 가공 후 가장자리에 있는 버의 모양과 크기가 크게 달라집니다. 가공물의 재질과 표면 처리가 미리 결정된 경우 가공물의 형상과 모서리가 버 형성을 결정하는 중요한 요소입니다.
2. 적절한 가공 순서: 가공 순서는 엔드-밀링 버의 모양과 크기에도 영향을 미칩니다. 버 모양과 크기가 다르면 디버링 작업량과 관련 비용도 달라집니다. 따라서 적절한 가공 순서를 선택하는 것은 디버링 비용을 줄이는 효과적인 방법입니다.
그림 9: 가공 순서 선택 제어 방법
그림 10a에서 평면을 밀링하기 전에 드릴링을 수행하면 구멍 주변에 더 큰 절단 버가 쉽게 생성됩니다. 평면을 먼저 밀링한 다음 드릴링하면 구멍 둘레에 더 작은 드릴링 입구 버만 생성됩니다. 마찬가지로 그림 10b에서는 윗면을 먼저 밀링한 다음 오목 윤곽을 밀링하여 형성된 버가 오목 윤곽을 먼저 가공한 다음 평면을 밀링하여 형성된 버보다 작습니다.. 3. 공구 후퇴 방지
공구 후퇴를 방지하는 것은 버 형성을 방지하는 효과적인 방법입니다. 이는 절삭 방향에서 버가 형성되는 주요 요인이기 때문입니다. 일반적으로 밀링 커터가 가공물을 빠져나갈 때 생성되는 버는 더 크고, 들어갈 때 생성되는 버는 더 작습니다. 따라서 가공 중에는 밀링 커터 출구를 최대한 피해야 합니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 그림 4b를 사용하여 생성된 버는 그림 4a에서 생성된 버보다 작습니다.
4. 적절한 도구 경로를 선택하십시오
이전 분석에서 알 수 있듯이 평면 컷아웃 각도가-특정 값보다 작으면 결과적으로 버 크기가 작아집니다. 평면 컷아웃 각도는-밀링 폭, 이송 속도(크기 및 방향), 회전 속도(크기 및 방향)를 변경하여 변경할 수 있습니다. 따라서 적절한 도구 경로를 선택하면 유형 I 버의 형성을 피할 수 있습니다(그림 11 참조).
그림 10: 제어된 도구 경로 방법
그림 10a는 전통적인 지그재그 공구 경로를 보여줍니다. 그림에서 음영 처리된 부분은 절단 방향으로 더 큰 버가 생성될 수 있는 위치를 나타냅니다. 그림 10b에서는 절삭 버의 형성을 방지할 수 있는 향상된 도구 경로를 사용합니다. 그림 11b의 도구 경로는 그림 10a의 도구 경로보다 약간 더 길고 밀링 시간도 약간 더 걸리지만 추가 디버링 프로세스가 필요하지 않습니다. 대조적으로, 그림 10a에서는 상당한 양의 디버링 시간이 필요합니다(버 형성을 나타내는 음영 영역이 많지는 않지만 실제 디버링 중에 버가 포함된 모든 가장자리를 횡단해야 함). 따라서 전반적으로 그림 10b의 도구 경로는 버 제어 측면에서 그림 10a의 도구 경로보다 우수합니다.
5. 적절한 밀링 매개변수 선택
엔드 밀링 매개변수(날당 이송, 엔드 밀링 폭, 엔드 밀링 깊이, 공구 형상 등)는 버 형성에 일정한 영향을 미칩니다.
엔드 밀링 버 형성은 다양한 요인의 영향을 받으며, 주요 요소로는 공구 진입/진출, 평면 진출 각도, 공구 팁 진출 순서 및 밀링 매개변수가 있습니다. 버의 최종 모양과 크기는 이러한 요인들이 결합된 결과입니다.
본 논문에서는 공작물 구조 설계, 가공 공정 배치, 밀링 매개변수, 공구 선택 등 전체 공정에서 밀링 버 발생에 주요 영향을 미치는 요인을 분석합니다. 밀링 커터 경로 제어, 적절한 가공 순서 선택, 구조 설계 개선 등 밀링 버를 억제하거나 줄이는 기술, 프로세스 및 방법을 제안합니다. 이러한 방법은 밀링 시 버 크기를 적극적으로 제어하고, 제품 품질을 개선하고, 비용을 절감하고, 생산 주기를 단축하기 위한 실현 가능한 기술 솔루션을 제공합니다.
