머시닝 센터의 경우 절삭 공구는 소모성 공구이므로 가공 과정에서 파손, 마모 및 치핑이 발생할 수 있습니다. 이러한 현상은 불가피하지만 비과학적이고 표준화되지 않은 작동, 부적절한 유지 관리 등 통제 가능한 이유도 있습니다. 근본 원인을 찾아야만 문제를 더 잘 해결할 수 있습니다.
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도구 파손의 증상
(1) 칼날이 약간 부서졌습니다.
피삭재의 재질구조와 경도, 마진이 불균일하거나 경사각이 너무 커서 절삭날 강도가 낮거나, 가공시스템의 강성이 부족하여 진동이 발생하거나, 단속절삭을 하여 샤프닝 품질이 좋지 않은 경우, 절삭날이 부서지기 쉽습니다. 즉, 칼날 부분에 작은 칩, 칩 또는 벗겨짐이 있습니다. 이런 일이 발생하면 도구의 절단 능력이 일부 손실되지만 계속 작동할 수는 있습니다. 절단이 계속됨에 따라 가장자리 부분의 손상된 부분이 급격히 확장되어 손상이 더 커질 수 있습니다.
(2) 칼날이나 끝 부분이 부러졌습니다.
이러한 유형의 손상은 절삭날의 미세 치핑을 유발하는 조건보다 더 심각한 절삭 조건에서 자주 발생하거나 미세 치핑이 더욱 발전된 것입니다. 마이크로치핑에 비해 치핑의 크기와 범위가 커서 공구의 절삭능력이 완전히 상실되어 작업을 중단해야 하는 경우가 있습니다. 칼날 끝이 부서지는 현상을 흔히 팁 손실이라고 합니다.
(3) 칼날이나 도구가 부러졌습니다.
절삭 조건이 극도로 가혹하거나, 절삭량이 너무 많거나, 충격 하중이 있거나, 칼날이나 공구 재료에 미세한 균열이 있거나, 용접 및 샤프닝으로 인해 칼날에 잔류 응력이 있거나, 부주의 등의 요인이 있는 경우 작동하면 날이나 도구가 손상될 수 있습니다. 파손이 발생합니다. 이러한 형태의 손상이 발생한 후에는 공구를 더 이상 사용할 수 없으며 폐기됩니다.
(4) 칼날의 표면이 벗겨진다
TiC 함량이 높은 초경합금, 세라믹, PCBN 등과 같이 취성이 높은 재료의 경우 절단 공정 중 표면 구조의 결함이나 잠재적인 균열 또는 용접 및 연삭으로 인한 표면의 잔류 응력으로 인해 발생합니다. 공구 표면이 충분히 안정적이지 않거나 교번 접촉 응력을 받을 때 표면 벗겨짐이 발생하기 쉽습니다. 갈퀴면에 박리가 발생할 수 있으며, 측면면에 칼날이 발생할 수 있습니다. 박리재료가 벗겨지기 쉽고 박리 면적이 넓습니다. 코팅된 도구는 벗겨질 가능성이 더 높습니다. 칼날을 살짝 벗겨낸 후에도 계속 작업할 수 있지만, 심하게 벗겨낸 후에는 절단 능력을 잃게 됩니다.
(5) 절삭부품의 소성변형
공구강과 고속도강은 강도와 경도가 낮기 때문에 절삭 부품에서 소성 변형이 발생할 수 있습니다. 초경합금이 고온 및 3차원 압축 응력 하에서 작동하면 표면 소성 흐름도 발생하여 절삭날이나 팁의 소성 변형을 일으켜 붕괴를 일으킬 수도 있습니다. 붕괴는 일반적으로 절단량이 크고 단단한 재료를 가공할 때 발생합니다. TiC 기반 초경합금의 탄성 계수는 WC 기반 초경합금의 탄성 계수보다 작기 때문에 전자의 소성 변형 저항 능력이 가속화되거나 빠르게 실패합니다. PCD와 PCBN은 기본적으로 소성 변형을 일으키지 않습니다.
(6) 블레이드의 열균열
공구에 교대로 기계적 및 열적 하중이 가해지면 반복되는 열팽창 및 수축으로 인해 절단 부품의 표면에 필연적으로 교번 열응력이 발생하여 블레이드의 피로와 균열이 발생합니다. 예를 들어 초경 밀링 커터가 고속 밀링을 수행할 때 커터 톱니는 주기적으로 충격과 교번 열 응력을 지속적으로 받아 경사면에 빗 모양의 균열이 발생합니다. 일부 도구에는 명백한 교번 하중과 응력이 없지만 표면과 내부 층 사이의 온도가 일정하지 않기 때문에 열 응력도 발생합니다. 또한, 공구 소재 내부에 불가피한 결함이 있어 날에도 균열이 생길 수 있습니다. 때로는 균열이 발생한 후에도 일정 기간 동안 공구가 계속 작동할 수 있으며 때로는 균열이 급속히 확대되어 날이 부러지거나 날 표면이 심하게 벗겨지는 경우도 있습니다.
02
공구 마모의 원인
(1) 연마 마모
가공되는 재료에는 경도가 매우 높은 작은 입자가 있는 경우가 많으며 이로 인해 공구 표면에 홈이 생길 수 있습니다. 이것은 연마 마모입니다. 연마 마모는 모든 표면에 존재하며 경사면에서 가장 뚜렷하게 나타납니다. 또한, 다양한 절삭속도에서 연마마모가 발생할 수 있으나, 저속절삭의 경우 절삭온도가 낮기 때문에 다른 원인에 의한 마모는 뚜렷하지 않아 연마마모가 주된 원인이다. 또한 공구의 경도가 낮을수록 연마 손상이 더 심각해집니다.
(2) 냉간 용접 마모
절단 중에는 작업물과 절단면, 앞뒤 블레이드 표면 사이에 많은 압력과 강한 마찰이 있기 때문에 냉간 용접이 발생합니다. 마찰 쌍 사이의 상대적인 움직임으로 인해 냉간 용접은 균열을 일으키고 한쪽에 의해 제거되어 냉간 용접 마모가 발생합니다. 냉간 용접 마모는 일반적으로 중간 절삭 속도에서 더 심각합니다. 실험에 따르면 취성 금속은 플라스틱 금속보다 냉간 용접에 대한 저항력이 더 높습니다. 다상 금속은 단방향 금속보다 냉간 용접에 대한 저항력이 낮습니다. 금속 화합물은 원소 요소보다 냉간 용접이 덜 발생합니다. 화학 원소 주기율표의 B족 원소와 철은 냉간 용접이 덜 발생합니다. 냉간용접은 고속강, 초경합금 등의 저속절삭시 더욱 심각합니다.
(3) 확산 마모
고온에서 절단하는 과정과 공작물과 공구가 접촉하는 과정에서 양면의 화학성분이 고체 상태에서 서로 확산되면서 공구의 구성과 구조가 변화되어 공구 표면이 깨지기 쉽게 되고, 그리고 공구의 마모를 악화시킵니다. 확산 현상은 깊이 기울기가 높은 물체에서 깊이 기울기가 낮은 물체로의 지속적인 확산을 항상 유지합니다.
예를 들어 초경합금의 온도가 800도이면 그 안의 코발트는 칩과 공작물로 빠르게 확산되고 WC는 텅스텐과 탄소로 분해되어 강철로 확산됩니다. PCD 공구가 강철 및 철 재료를 절단할 때 절단 온도가 800도보다 높을 때 PCD의 탄소 원자는 확산 강도가 커 공작물 표면으로 이동하여 새로운 합금을 형성하고 공구 표면은 흑연화되다. 코발트와 텅스텐은 더 심각하게 확산되는 반면, 티타늄, 탄탈륨, 니오븀은 강력한 확산 방지 기능을 가지고 있습니다. 따라서 YT 탄화물은 내마모성이 우수합니다. 세라믹 및 PCBN 절단시 온도가 1000도 ~ 1300도 정도로 높으면 확산 마모가 크게 발생하지 않습니다. 공작물, 칩 및 공구는 동일한 재료로 만들어지기 때문에 절단 중에 접촉 영역에 열전 전위가 생성됩니다. 이 열전 전위는 확산을 촉진하고 공구 마모를 가속화합니다. 열전 전위의 작용에 따른 이러한 종류의 확산 마모를 "열전 마모"라고 합니다.
(4) 산화마모
온도가 상승하면 공구 표면이 산화되어 칩에 의해 마찰되어 마모를 유발하는 보다 부드러운 산화물을 생성하는데, 이를 산화 마모라고 합니다. 예를 들어, 700도 ~ 800도에서 공기 중의 산소는 초경합금의 코발트, 탄화물, 티타늄 탄화물 등과 반응하여 부드러운 산화물을 형성합니다. 1000도에서 PCBN은 수증기와 화학적으로 반응합니다.
03
블레이드 마모 패턴
(1) 레이크 페이스 손상
플라스틱 재료를 고속으로 절단할 때 절단력에 가까운 경사면 부분이 칩의 작용으로 초승달 모양으로 마모되므로 크레이터 마모라고도 합니다. 마모 초기에는 공구의 경사각이 증가하여 절삭 조건이 향상되고 칩의 컬링 및 브레이킹에 도움이 됩니다. 그러나 크레이터가 더욱 커지면 칼날의 강도가 크게 약해져서 결국 칼날이 부러지거나 파손되는 원인이 될 수 있다. 사례. 부서지기 쉬운 재료를 절단하거나 플라스틱 재료를 더 낮은 절단 속도와 더 얇은 절단 두께로 절단할 때 일반적으로 크레이터 마모는 발생하지 않습니다.
(2) 공구 끝 마모
공구 팁 마모는 공구 팁의 호 측면 표면과 인접한 2차 측면 표면의 마모입니다. 이는 공구 측면 표면의 마모가 계속되는 것입니다. 열 방출 조건이 열악하고 응력이 집중되어 마모 속도가 측면 표면보다 빠릅니다. 때때로 이송량과 동일한 간격을 가진 일련의 작은 홈이 2차 측면 표면에 형성되는데, 이를 홈 마모라고 합니다. 주로 가공면의 경화층과 절단선에 의해 발생합니다. 홈 마모는 가공 경화 경향이 높고 절단이 어려운 재료를 절단할 때 가장 많이 발생합니다. 공구 팁 마모는 공작물의 표면 거칠기와 가공 정확도에 가장 큰 영향을 미칩니다.
(3) 측면 표면 마모
절단 두께가 큰 플라스틱 재료를 절단할 때 구성인선으로 인해 공구 측면이 작업물과 접촉되지 않을 수 있습니다. 또한, 측면 표면은 일반적으로 공작물과 접촉하여 측면 표면에 마모 영역을 형성합니다. 일반적으로 절삭날의 작업 길이 중간에서는 여유면 마모가 비교적 균일하므로 절삭날의 이 부분의 여유면 마모 대역폭 VB로 측면 마모 정도를 측정할 수 있습니다.
다양한 유형의 공구는 다양한 절삭 조건에서 거의 항상 측면 마모를 겪기 때문에, 특히 취성 재료를 절단하거나 절단 두께가 작은 플라스틱 재료를 절단할 때 공구 마모는 주로 측면 마모이며 마모 밴드 폭 VB의 측정은 비교적 간단합니다. 따라서 VB는 일반적으로 공구 마모 정도를 나타내는 데 사용됩니다. VB가 클수록 절삭력이 증가하고 절삭 진동이 발생할 뿐만 아니라 공구 팁 아크의 마모에도 영향을 미쳐 가공 정확도와 가공 표면 품질에 영향을 미칩니다.
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공구 파손을 방지하는 방법
(1) 가공할 소재 및 부품의 특성에 따라 각종 절삭공구의 소재 및 등급을 합리적으로 선택한다. 특정 경도와 내마모성을 전제로 공구 재료는 필요한 인성을 가져야 합니다.
(2) 공구 기하학적 매개변수를 합리적으로 선택합니다. 전면 및 후면 각도, 주 및 보조 편향 각도, 모서리 경사 각도 및 기타 각도를 조정하여 절삭날과 공구 끝이 우수한 강도를 갖도록 보장합니다. 절삭날의 네거티브 챔퍼를 연삭하는 것은 공구 붕괴를 방지하는 효과적인 방법입니다.
(3) 용접 및 샤프닝 품질을 보장하고 용접 및 샤프닝 불량으로 인한 다양한 결함을 방지합니다. 주요 공정에 사용되는 공구는 표면 품질을 향상시키기 위해 연삭하고 균열이 있는지 확인해야 합니다.
(4) 공구 손상을 방지하기 위해 과도한 절삭력과 높은 절삭 온도를 피하기 위해 절삭량을 합리적으로 선택하십시오.
(5) 공정 시스템의 강성이 양호한지 확인하고 진동을 줄이도록 노력하십시오.
(6) 올바른 작동 방법을 채택하고 공구가 갑작스러운 하중 이하를 견디지 않도록 노력하십시오.
05
공구치핑 원인 및 대책
(1) 칼날의 두께가 너무 얇거나 거친 가공시 너무 단단하고 부서지기 쉬운 재종을 선택하는 등 칼날의 재종 및 사양 선택이 부적절합니다.
대책 : 블레이드 두께를 늘리거나 블레이드를 수직으로 설치하고 굽힘 강도와 인성이 높은 등급을 선택하십시오.
(2) 도구 형상 매개변수의 부적절한 선택(예: 너무 큰 전면 및 후면 각도 등)
대책: 다음과 같은 측면에서 도구를 재설계할 수 있습니다.
1) 전면 및 후면 각도를 적절하게 줄입니다.
2) 더 큰 음의 가장자리 각도를 사용하십시오.
3) 주 편향각을 줄입니다.
4) 더 큰 네거티브 모따기 또는 가장자리 호를 사용하십시오.
5) 트랜지션 절삭날을 연마하고 공구 팁을 강화합니다.
(3) 블레이드의 용접 공정이 올바르지 않아 용접 응력이 과도하거나 용접 균열이 발생합니다.
대책:
1) 삼면이 닫힌 블레이드 슬롯 구조의 사용을 피하십시오.
2) 솔더를 올바르게 선택하십시오.
3) 가열 및 용접 시 옥시아세틸렌 화염의 사용을 피하고 용접 후 보온을 유지하여 내부 응력을 제거하십시오.
4) 가능한 기계적 클램핑 구조를 사용하십시오.
(4) 부적절한 샤프닝 방법은 연삭 응력과 연삭 균열을 유발합니다. PCBN 밀링 커터를 날카롭게 한 후 치아의 진동이 너무 커서 개별 치아에 과부하가 걸려 칼이 파손될 수도 있습니다.
대책:
1) 단속 연삭 또는 다이아몬드 연삭 휠 연삭을 사용하십시오.
2) 더 부드러운 연삭 휠을 선택하고 자주 다듬어 연삭 휠을 날카롭게 유지하십시오.
3) 샤프닝 품질에 주의하고 밀링 커터 톱니의 진동량을 엄격하게 제어하십시오.
(5) 절단금액의 선정이 불합리하다. 양이 너무 많으면 공작 기계가 지루해집니다. 간헐적으로 절단하는 동안 절단 속도가 너무 높고 이송량이 너무 크며 여백이 고르지 않고 절단 깊이가 너무 작습니다. 고망간 절단 강철과 같이 가공 경화 경향이 높은 재료를 사용할 경우 공급량이 너무 적습니다.
대책 : 절단량을 다시 선택하십시오.
(6) 기계적으로 고정된 공구의 공구 홈 바닥면이 고르지 않거나 블레이드가 너무 길게 연장되는 등의 구조적 이유.
대책:
1) 도구 홈의 바닥면을 다듬습니다.
2) 절삭유 노즐의 위치를 합리적으로 배열하십시오.
3) 경화된 공구 홀더는 블레이드 아래에 카바이드 개스킷을 추가합니다.
(7) 과도한 공구 마모.
대책: 공구를 변경하거나 제때에 절삭날을 교체하십시오.
(8) 절삭유 흐름이 충분하지 않거나 주입 방법이 올바르지 않으면 급격한 발열 및 날의 균열이 발생할 수 있습니다.
대책:
1) 절삭유의 흐름을 증가시킵니다.
2) 절삭유 노즐의 위치를 합리적으로 배열하십시오.
3) 냉각 효과를 향상시키기 위해 스프레이 냉각과 같은 효과적인 냉각 방법을 사용하십시오.
4) 칼날에 가해지는 충격을 줄여주세요.
(9) 공구가 다음과 같이 잘못 설치되었습니다. 절삭 공구가 너무 높거나 너무 낮게 설치되었습니다. 엔드밀링 커터는 비대칭 클라임 밀링 등을 사용합니다.
대책: 도구를 다시 설치하십시오.
(10) 가공 시스템의 강성이 너무 낮아 절삭 진동이 과도하게 발생합니다.
대책:
1) 공작물의 보조 지지력을 높이고 공작물 클램핑의 강성을 향상시킵니다.
2) 공구의 돌출 길이를 줄입니다.
3) 공구의 여유각을 적절하게 줄입니다.
4) 다른 진동 흡수 수단을 사용하십시오.
(11) 다음과 같은 부주의한 작동: 공구가 공작물의 중앙을 절단할 때 공구가 너무 급격하게 움직입니다. 공구를 후퇴시키기 전에 공구가 멈춥니다.
대책 : 조작방법에 주의하세요.
06
구성인선의 원인, 특성 및 관리방안
(1) 형성원인
절삭날에 가까운 부분, 공구와 칩의 접촉부에서는 하향 압력이 크기 때문에 칩의 밑에 있는 금속이 경사면의 미시적으로 요철된 산과 골에 매립되어 진정한 형상을 형성합니다. 틈이 없이 금속과 금속이 접촉하여 결합이 발생합니다. , 나이프와 칩 사이의 접촉 영역 중 이 부분을 결합 영역이라고 합니다. 본딩 영역에서는 얇은 금속 재료 층이 경사면에 있는 칩의 바닥 층에 쌓이게 됩니다. 칩의 이 부분의 금속 재료는 심각한 변형을 겪었고 적절한 절삭 온도에서 강화되었습니다. 칩이 계속해서 흘러나오면 후속 절삭 작업에서 이 정체된 재료 층이 칩의 상부 층에 대해 미끄러져 분리되어 구성인선의 기초가 됩니다. 이어서, 그 위에 축적된 절단 재료의 두 번째 층이 형성되고, 이 연속 축적된 층이 구성인선을 형성합니다.
(2) 절단가공에 대한 특성과 영향
1) 경도는 피삭재 재질에 비해 1.5~2.0배 높습니다. 절단용 경사면을 교체할 수 있습니다. 절삭날을 보호하고 경사면의 마모를 줄이는 기능이 있습니다. 그러나 구성인선이 떨어지면 공구와 가공물 사이의 접촉 영역을 통해 흐르는 잔해물이 공구 측면 마모를 유발합니다.
2) 구성인선 형성 후 공구의 작업 경사각이 크게 증가하여 칩 변형 및 절삭력을 줄이는 데 긍정적인 역할을 합니다.
3) 구성인선이 절삭인선보다 돌출되기 때문에 실제 절삭 깊이가 증가하고 공작물의 치수 정확도에 영향을 미칩니다.
4) 구성인선은 공작물 표면에 "고랑"을 유발하고 공작물의 표면 거칠기에 영향을 미칩니다.
5) 구성인선 조각이 가공물 표면에 접착되거나 박혀 단단한 반점을 형성하여 가공물의 가공 표면 품질에 영향을 미칩니다.
위의 분석에서 구성인선이 절삭 가공, 특히 정삭에 해롭다는 것을 알 수 있습니다.
(3) 관리조치
칩의 기본 재료를 경사면에 접착하거나 변형하지 않음으로써 구성인선의 생성을 피할 수 있습니다. 따라서 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
1) 경사면의 거칠기를 줄입니다.
2) 공구의 경사각을 늘립니다.
3) 절단 두께를 줄입니다.
4) 구성인선이 쉽게 형성되는 절삭 속도를 피하기 위해 저속 절삭이나 고속 절삭을 사용하십시오.
5) 경도를 높이고 가소성을 줄이기 위해 공작물 재료를 적절하게 열처리합니다.
6) 내접착성이 우수한 절삭유(황, 염소를 함유한 극압 절삭유 등)를 사용하십시오.
