1. 도구의 기하학적 매개변수를 선택합니다.
스테인리스강 가공 시, 공구 절삭부의 형상은 일반적으로 경사각과 후각 선택에서 고려해야 합니다. 경사각을 선택할 때는 플루트 형상, 모따기 유무, 날 경사각의 양수 및 음수 값 등을 고려해야 합니다. 공구 종류와 관계없이 스테인리스강 가공 시에는 더 큰 경사각을 사용해야 합니다. 공구 경사각을 높이면 절삭 및 칩 배출 시 발생하는 저항을 줄일 수 있습니다. 여유각 선택은 매우 엄격하지는 않지만 너무 작아서는 안 됩니다. 여유각이 너무 작으면 가공물 표면과의 마찰이 심해져 가공면의 조도가 악화되고 공구 마모가 가속화됩니다. 또한 마찰이 심해지면 스테인리스강 표면의 경화 효과가 증가합니다. 반대로 여유각이 너무 크면 공구의 쐐기각이 감소하고 절삭날의 강도가 약해져 공구 마모가 가속화됩니다. 일반적으로 여유각은 일반 탄소강 가공 시보다 적절히 커야 합니다.
경사각 선택은 절삭열 발생 및 열 방출 측면에서 고려해야 합니다. 경사각을 증가시키면 절삭열 발생을 줄여 절삭 온도를 낮출 수 있지만, 경사각이 너무 크면 공구 끝단의 열 방출량이 감소하여 절삭 온도가 상승합니다. 반대로 경사각을 줄이면 절삭 헤드의 열 방출 조건이 개선되어 절삭 온도를 낮출 수 있지만, 경사각이 너무 작으면 절삭 변형이 심해지고 절삭으로 발생한 열이 제대로 방출되지 않습니다. 실제 적용 결과, 경사각은 15°~20°가 가장 적합한 것으로 나타났습니다.
황삭 가공 시 절삭날 강도가 높아야 하므로 여유각을 작게 선택해야 합니다. 정삭 가공 시에는 공구 마모가 주로 절삭날 부분과 측면에서 발생합니다. 스테인리스강은 가공 경화가 쉽게 일어나는 소재이기 때문에 측면 마찰로 인한 표면 품질 저하 및 공구 마모가 더욱 심각합니다. 따라서 적절한 여유각은 다음과 같습니다. 오스테나이트계 스테인리스강(경도 185HB 이하)의 경우 6°~8°, 마르텐사이트계 스테인리스강(경도 250HB 이상) 가공 시에는 6°~8°, 마르텐사이트계 스테인리스강(경도 250HB 이하) 가공 시에는 6°~10°가 적합합니다.
날 경사각 선택은 칩 흐름 방향을 결정하는 중요한 요소입니다. 일반적으로 적절한 날 경사각(ls)은 -10°~20°입니다. 외측 원의 미세 가공, 정밀 선삭 가공, 정밀 평삭 가공 시에는 날 경사각이 큰 공구를 사용해야 하며, 이때는 ls45°~75°를 사용하는 것이 좋습니다.
2. 공구 재료 선택
스테인리스강 가공 시, 절삭 과정에서 발생하는 채터링과 변형을 방지하기 위해서는 큰 절삭력으로 인해 공구 홀더가 충분한 강도와 강성을 가져야 합니다. 이를 위해서는 적절하게 큰 단면적을 가진 공구 홀더를 선택하고, 담금질 및 템퍼링 처리된 45강 또는 50강과 같은 고강도 소재를 사용하여 공구 홀더를 제작해야 합니다.
스테인리스강 가공 시 공구 절삭부 재질은 높은 내마모성과 고온에서도 절삭 성능을 유지해야 합니다. 현재 일반적으로 사용되는 재질로는 고속도강과 초경합금이 있습니다. 고속도강은 600°C 이하에서만 절삭 성능을 유지할 수 있어 고속 절삭에는 적합하지 않고 저속으로 스테인리스강을 가공하는 데에만 적합합니다. 초경합금은 고속도강보다 내열성 및 내마모성이 우수하므로 초경합금 재질로 만든 공구가 스테인리스강 절삭에 더 적합합니다.
초경합금은 텅스텐-코발트 합금(YG)과 텅스텐-코발트-티타늄 합금(YT) 두 가지 종류로 나뉩니다. 텅스텐-코발트 합금은 인성이 우수하여, 제작된 공구는 더 큰 경사각과 더 날카로운 날을 사용하여 연삭할 수 있습니다. 절삭 과정에서 칩이 쉽게 변형되어 절삭 속도가 빠르며, 칩이 공구에 잘 달라붙지 않습니다. 따라서 스테인리스강 가공에는 텅스텐-코발트 합금이 더 적합합니다. 특히 황삭 가공이나 큰 진동이 발생하는 간헐 절삭 작업에는 텅스텐-코발트 합금 날을 사용하는 것이 좋습니다. 다만, 텅스텐-코발트-티타늄 합금처럼 단단하고 취성이 강하지 않아 연마가 어렵고 칩이 쉽게 발생할 수 있다는 단점이 있습니다. 텅스텐-코발트-티타늄 합금은 고온 조건에서 텅스텐-코발트 합금보다 적열 경도가 우수하고 내마모성이 뛰어나지만, 취성이 강하고 충격 및 진동에 약하여 일반적으로 스테인리스강 정밀 선삭 가공용 공구로 사용됩니다.
공구 재료의 절삭 성능은 공구의 내구성과 생산성에 직접적인 영향을 미치며, 공구 재료의 가공성은 공구 자체의 제조 및 연삭 품질에 영향을 줍니다. YG 초경합금과 같이 경도가 높고 접착 저항성 및 인성이 우수한 공구 재료를 선택하는 것이 좋습니다. 특히 1Gr18Ni9Ti 오스테나이트 스테인리스강을 가공할 때는 YT 초경합금 사용을 피하는 것이 좋습니다. 스테인리스강의 티타늄(Ti)과 YT형 초경합금의 Ti 사이에 친화력이 있어 칩이 합금에서 Ti를 쉽게 녹여내 공구 마모를 증가시키기 때문입니다. 실제 생산 현장에서는 YG532, YG813, YW2 세 가지 등급의 재료를 사용하여 스테인리스강을 가공할 때 우수한 가공 효과를 얻을 수 있습니다.
3. 절단량 선택
구성날과 스케일 스퍼의 생성을 억제하고 표면 품질을 향상시키기 위해 초경 공구를 사용하여 가공할 때 절삭량은 일반 탄소강 공작물을 선삭할 때보다 약간 적어야 하며, 특히 절삭 속도가 너무 높지 않아야 합니다. 일반적으로 절삭 속도는 Vc=60~80m/min, 절삭 깊이는 ap=4~7mm, 이송 속도는 f=0.15~0.6mm/r을 권장합니다.
4. 공구 절삭부의 표면 조도에 대한 요구 사항
공구 절삭부의 표면 조도를 개선하면 칩 말림 현상으로 인한 저항을 줄이고 공구의 내구성을 향상시킬 수 있습니다. 일반 탄소강 가공과 비교하여 스테인리스강 가공 시에는 공구 마모를 늦추기 위해 절삭량을 적절히 줄여야 합니다. 동시에 절삭 과정에서 발생하는 절삭열과 절삭력을 줄이고 공구의 수명을 연장하기 위해 적절한 냉각 및 윤활유를 선택해야 합니다.
게시 시간: 2021년 11월 16일
