티타늄은 고강도, 저밀도, 우수한 내식성으로 알려진 놀라운 금속입니다. 저는 티타늄 공작물 공급업체로서 항공우주, 의료, 자동차 등 다양한 산업 분야에서 티타늄 수요가 증가하는 것을 직접 목격했습니다. 그러나 티타늄을 가공하는 것은 낮은 열 전도성과 높은 화학 반응성과 같은 독특한 특성으로 인해 어려운 작업이 될 수 있습니다. 티타늄 공작물을 효율적이고 정밀하게 가공하려면 올바른 절삭 공구를 선택하는 것이 중요합니다. 이번 블로그 게시물에서는 티타늄 가공물에 적합한 절삭 공구에 대해 논의하고 업계 경험을 바탕으로 몇 가지 통찰력을 제공하겠습니다.
티타늄 가공의 과제 이해
적합한 절삭 공구를 살펴보기 전에 티타늄 가공과 관련된 과제를 이해하는 것이 중요합니다. 티타늄은 열전도율이 상대적으로 낮기 때문에 절삭 과정에서 발생하는 열이 절삭날에 축적되는 경향이 있습니다. 이로 인해 공구 마모가 빨라지고 공구 수명이 단축되며 표면 조도가 저하될 수 있습니다. 또한 티타늄은 특히 고온에서 화학적으로 반응하므로 가공물 재료가 절삭 공구에 달라붙어 구성인선(BUE)이 발생하고 공구 마모가 더욱 가속화될 수 있습니다.
또 다른 과제는 티타늄의 높은 강도와 인성입니다. 티타늄을 가공할 때 일반적으로 다른 금속에 비해 절삭력이 높기 때문에 충분한 강도와 강성을 갖춘 절삭 공구가 필요합니다. 더욱이 티타늄 가공에서 칩 형성은 종종 연속적이고 끈끈하여 칩 배출 문제를 일으키고 잠재적으로 절삭 공구나 공작물을 손상시킬 수 있습니다.
티타늄 가공물 절삭 공구의 종류
초경 절삭 공구
초경 절삭 공구는 높은 경도, 내마모성 및 열 안정성으로 인해 티타늄 가공에 널리 사용됩니다. 텅스텐 카바이드는 절삭 공구에 사용되는 가장 일반적인 유형의 카바이드입니다. 높은 절단 온도를 견딜 수 있으며 마모 및 크레이터 마모에 대한 우수한 저항성을 제공합니다.
- 코팅된 초경 공구: 코팅 초경 공구는 티타늄 가공에 탁월한 선택입니다. 질화티타늄(TiN), 탄질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(AlTiN)과 같은 코팅은 여러 가지 방법으로 공구의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이는 공구와 가공물 사이의 마찰을 줄여 절삭 온도를 낮추고 BUE 형성을 방지하는 데 도움이 됩니다. 또한 코팅은 마모에 대한 추가적인 보호층을 제공하여 공구 수명을 연장시킵니다. 예를 들어, AlTiN 코팅 초경 공구는 고온에서도 경도와 내산화성을 유지할 수 있기 때문에 티타늄의 고속 가공에 특히 적합합니다.
- 솔리드 초경 공구: 솔리드 초경 절삭 공구는 전체가 초경으로 제작되어 높은 정밀도와 강성을 제공합니다. 엔드밀, 드릴, 인서트 등 다양한 형상으로 제공되며 밀링, 드릴링, 터닝 등 광범위한 티타늄 가공 작업에 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 솔리드 초경 엔드밀은 티타늄 부품을 가공할 때 탁월한 표면 조도와 치수 정확도를 제공할 수 있습니다.
세라믹 절단 도구
세라믹 절삭 공구는 특히 고속 및 고온 응용 분야의 티타늄 가공을 위한 또 다른 옵션입니다. 세라믹은 경도와 내마모성이 매우 높으며 초경 공구보다 훨씬 높은 절삭 속도로 작동할 수 있습니다.
- 알루미나 기반 세라믹: 알루미나-티타늄 카바이드(Al2O₃-TiC) 복합재와 같은 알루미나 기반 세라믹은 티타늄 가공에 일반적으로 사용됩니다. 화학적 안정성이 뛰어나고 큰 마모 없이 높은 절삭 온도를 견딜 수 있습니다. 그러나 세라믹 공구는 상대적으로 부서지기 쉬우므로 공구 파손을 방지하려면 주의 깊은 취급과 적절한 가공 매개변수가 필요합니다.
- 질화규소(Si₃N₄) 세라믹: 질화규소 세라믹을 사용하여 강도, 인성, 내열충격성이 뛰어납니다. 단속 절삭 작업에 적합하며 티타늄 가공 시 긴 공구 수명을 제공할 수 있습니다. Si₃N₄ 세라믹 인서트는 높은 생산성이 요구되는 선삭 및 밀링 가공에 자주 사용됩니다.
입방정 질화붕소(CBN) 절단 도구
입방정 질화붕소는 다이아몬드 다음으로 알려진 가장 단단한 물질 중 하나입니다. CBN 절삭 공구는 내마모성이 뛰어나 티타늄의 고속 가공에 사용할 수 있습니다.
- CBN 인서트: CBN 인서트는 일반적으로 티타늄 합금의 정삭 선삭 및 경질 가공에 사용됩니다. 뛰어난 표면 조도와 치수 정확도를 제공하며 내마모성이 높아 공구 수명이 길어집니다. 그러나 CBN 공구는 상대적으로 비싸며 특정 가공 작업 및 티타늄 등급으로 적용이 제한됩니다.
도구 형상 및 설계 고려 사항
공구 재료 외에도 절삭 공구의 형상과 디자인도 티타늄 가공에서 중요한 역할을 합니다. 다음은 몇 가지 중요한 고려 사항입니다.
- 레이크 각도: 포지티브 경사각은 절삭력을 감소시키고 칩 흐름을 향상시킬 수 있지만 공구의 강도를 감소시킬 수도 있습니다. 티타늄 가공의 경우 절삭력과 공구 강도의 균형을 맞추기 위해 작은 포지티브 각도 또는 0 경사각이 권장되는 경우가 많습니다.
- 릴리프 각도: 공구가 가공물과 마찰하여 열이 발생하고 공구 마모가 가속화되는 것을 방지하려면 충분한 여유각이 필요합니다. 릴리프 각도가 클수록 마찰을 줄이고 공구 성능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
- 절삭날 반경: 날카로운 인선으로 인해 절삭부하가 감소되고 표면조도가 향상됩니다. 그러나 매우 날카로운 모서리는 부서지기 쉽습니다. 약간 둥근 절삭날 반경은 우수한 절삭 성능을 유지하면서 더 나은 날 강도를 제공할 수 있습니다.
- 칩브레이커 설계: 티타늄 가공에서는 칩 형성을 제어하고 칩 배출을 원활하게 하기 위해서는 효과적인 칩 브레이커 설계가 필수적입니다. 잘 설계된 칩 브레이커는 연속적이고 끈끈한 칩을 더 작고 관리하기 쉬운 조각으로 나누어 칩 막힘을 방지하고 공구 손상 위험을 줄일 수 있습니다.
적용 사례
티타늄 공작물에 위의 절삭 공구를 사용하는 몇 가지 구체적인 적용 사례를 살펴보겠습니다.
- 밀링 GR2 부식 방지 티타늄 트로프: 밀링 시GR2 부식 방지 티타늄 여물통, 적절한 형상을 가진 코팅된 초경 엔드밀을 사용할 수 있습니다. 코팅은 마찰과 열 발생을 줄이는 데 도움이 되며, 엔드밀의 기하학적 구조는 효율적인 칩 배출을 보장합니다. 절삭력의 균형을 맞추고 공구 마모를 방지하려면 작은 포지티브 경사각과 충분한 여유각을 사용하는 것이 좋습니다.
- 드릴링 Gr1 티타늄 플랜지: 드릴링용Gr1 티타늄 플랜지, 특수한 포인트 형상을 갖춘 솔리드 초경 드릴을 사용할 수 있습니다. 솔리드 초경 소재는 높은 강도와 내마모성을 제공하며 포인트 형상은 칩 형성 및 드릴링 효율성을 향상하도록 설계되었습니다. 과도한 열 발생과 공구 파손을 방지하려면 일반적으로 느린 이송 속도와 적당한 스핀들 속도가 필요합니다.
- 터닝 Gr5 티타늄 플랜지: 회전할 때Gr5 티타늄 플랜지, 특정 요구 사항에 따라 CBN 인서트 또는 코팅된 초경 인서트를 사용할 수 있습니다. CBN 인서트는 고속 정삭 작업에 적합한 반면, 코팅된 초경 인서트는 더욱 다양하며 황삭과 정삭 모두에 사용할 수 있습니다. 절삭 성능을 최적화하려면 경사각, 여유각, 칩 브레이커 설계 등 인서트의 형상을 신중하게 선택해야 합니다.
결론
티타늄 공작물을 가공하려면 이 독특한 금속과 관련된 문제를 극복하기 위해 절삭 공구를 신중하게 선택해야 합니다. 초경 절삭 공구, 세라믹 절삭 공구 및 CBN 절삭 공구는 각각 고유한 장점을 가지며 다양한 티타늄 가공 응용 분야에 적합합니다. 공구 재료, 형상, 디자인은 물론 가공 작업의 특정 요구 사항을 고려하여 티타늄 공작물을 효율적이고 정밀하게 가공할 수 있습니다.
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참고자료
- 아스타호프, 부사장(2010). 금속 절단 역학. 엘스비어.
- 쇼, 엠씨 (2005). 금속 절단 원리. 옥스포드 대학 출판부.
- 트렌트, EM, & Wright, PK (2000). 금속절단. 버터워스-하이네만.