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문제 정의
- 열처리조건에 it.라 선반과 드릴링 가공을 실시하여 절삭성을 H 교 평 가하고자 한다.
- 본 연구에서는 ESC 공법으로 제작된 소재와 기존의 열간단조 금형강의 기계적 성질로써 인장시험과 경도시험, 마멸시험을 실시하여 비교분석을헤하고, 이를 바탕으로 각 소재의 열처리조건에 it.라 선반과 드릴링 가공을 실시하여 절삭성을 H 교 평 가하고자 한다.
제안 방법
- 드릴링 가공은 직경 5mm의 초경드릴을 사용하여 절삭력의 분포를 측정하기 위해 이송 모터의 전류 신호에 대한 전류 데이타의 표준편차를 비교하였다. 시편은 두께 150mm로 가공하였고 절삭조건은 Table 2와 같이 설정하였으며 사용된 실험 장치를 Fig.
- Q-T 조건에서는 소재들이 Annealed 조건에 비해마멸량이 작았고, SKD61 이 다른 소재들에 비해마결량이 크게 나타났다. 또 핀이 부착된 마운트의 회전속도를 60rpm에서 90rpm으로 올리면 전체적으로 마멸량은 증가하는데, ESC의 경우, 그 증가치가 다른 두 소재와 비교하여 작았다. SKD61 는 세 소재 중 회전속도 변화에 따른 마멸변화량이 가장 크게 나타났는데 그것은 낮은 인장강도 값과 경도 값에 상응한다고 볼 수 있다.
- 05 mm로 3회 절삭 후 Table 2와 같이 세 조건에서 건식 절삭하였다. 또한 칩처리성을 측정하기 위해 각 조건에 따라 절삭한 칩을 수거하여 ISO3685의 칩 분류(1)에 따라 Fig. 5와 같이 실험에서 주로 발생한 5종으로 설정하여 분석하였다.
- 3과 같으며 시험 하중은 200N으로 설정하고 5시간동안 시험을 행하였다. 마멸량의 측정은 실험 전 핀의 무게를 미리 전자저울을 이용하여 측정하고, 실험 후 초음파 세척하여 불순물을 제거한 후에 무게를 전자저울로 측정하였다.
- 마멸시험은 핀과 디스크사이의 접촉면적이 비교적 일정한 핀과 디스크(PIN ON DISK) 방식을채택하였다(Fig. 2). 시편의 규격은 Fig.
- 본 실험은 열간단조 금형강에 대하여 선반 가공과 드릴링 가공을 실시한 후 가공 중 발생하는칩형태를 분류하고 절삭성을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
- 경도시험은 Rockwell Hardness Tester(C 스케일)를 사용하였으며 시험하중은 150 kgf로 설정하고 각 시험편에 대하여 각각 3개의 값을 얻어 평균을 취하였다. 사용된 시험편의 시험면 및 배면은 서로 평행하게 원통형으로 가공하였으며 표면은 carborundum paper 및 연마포로 연마하였다.
- 선반가공 후 발생된 칩을 앞서 Fig. 5에서 언급한 ISO3685의 칩분류 중 5종에 따라 형태를 분류하였다. 먼저 칩형태에 대해 간략히 설명해 보면, 1번 형태는 공구나 공작물에 엉켜 작업자에게 위험하고 공작기계, 공구, 가공물에 손상을 주는 연속형 칩이며, 2~4번 형태는 칩처리성이 양호한 칩이고, 5번 형태는 너무 짧거나 단단하여 비산 시 작업자나 공작기계의 운동부에 영향을 주고가공물이나 공구에도 손상을 주는 칩이다.
- 4) 또한 실험에 사용된 공구는 TiN 코팅된 초경공구를 사용하였다. 시편의 크기는 VIOmm, 길이 100 mtn로설정하였으며 절삭 중 가공물의 표면에 발생하는 가공경화를 고려하여 절입깊이를 0.05 mm로 3회 절삭 후 Table 2와 같이 세 조건에서 건식 절삭하였다. 또한 칩처리성을 측정하기 위해 각 조건에 따라 절삭한 칩을 수거하여 ISO3685의 칩 분류(1)에 따라 Fig.
대상 데이터
- ESC 소재는 SKT4를 주 소재로 한 폐기 금형을 소모전극으로 활용하여 주조한 것으로 Fig. 1 에 ESC공법에 대한 실험장치를 나타내었다. 이 장치를 통해 제작된 소재의 화학조성을 각 소재들과 함께 Table 1에 나타내었다.
- 본 실험에 사용된 시험편의 재질은 금형 및 공구강으로 널리 사용되는 SKD61과 열간단조 금형 강인 SKT4와 SKT4를 모재로 하여 ESC법으로 제작된 소재(이하 ESC)로써 세 종류의 금형 강으로 설정하였으며, 모든 소재는 Annealed(A: 790 ’C, 12hr공냉)과 Quenching-Tempered(Q-T: 870℃, lhr 유냉 + 600℃, lhr공냉)된 열처리조건을 사용하였다. ESC 소재는 SKT4를 주 소재로 한 폐기 금형을 소모전극으로 활용하여 주조한 것으로 Fig.
- 선반가공은 절삭력을 측정하기 위해 선반용 공구 동력계를 공구대 위에 설치하였고(Fig. 4) 또한 실험에 사용된 공구는 TiN 코팅된 초경공구를 사용하였다. 시편의 크기는 VIOmm, 길이 100 mtn로설정하였으며 절삭 중 가공물의 표면에 발생하는 가공경화를 고려하여 절입깊이를 0.
- 인장시험은 상온에서 Instron 장비에서 행하였으며 제작된 시험편은 ASTM A370을 참조하였다. 경도시험은 Rockwell Hardness Tester(C 스케일)를 사용하였으며 시험하중은 150 kgf로 설정하고 각 시험편에 대하여 각각 3개의 값을 얻어 평균을 취하였다.
데이터처리
- 경도시험은 Rockwell Hardness Tester(C 스케일)를 사용하였으며 시험하중은 150 kgf로 설정하고 각 시험편에 대하여 각각 3개의 값을 얻어 평균을 취하였다. 사용된 시험편의 시험면 및 배면은 서로 평행하게 원통형으로 가공하였으며 표면은 carborundum paper 및 연마포로 연마하였다.
성능/효과
- (1) 선반가공 후 절삭저항은 Annealed 조건에서 작은 인장강도 값과 경도 값을 가지는 SKD61 의 절삭력이 가장 높았고 그 다음 ESC, SKT4 순으로 나타났으며 반면에 Q-T 조건에서는 내 마멸 성이 우수한 ESC가 모재인 SKT4보다 절삭력이 작은 것으로 나타났다.
- (2) 절삭속도의 변화에서는 절삭속도가 클수록 Annealed 조건에서는 절삭력이 작아지는 경향을 보였으나 Q-T 조건에서는 거의 차이가 없는 것으로 확인되었다.
- (3) 칩처리성은 Annealed 조건이 Q-T 조건보다 처리가 용이한 짧은 파단형 칩을 생성하였다. 소재별로는 ESC 가 가장 우수하였으며 절삭속도 37.
- (4) 절삭저항의 표준편차 측면에서 볼때 ESC가 SKT4와 SKD61에 비해 상대적으로 드릴링 가공성이 열위한 것으로 판단된다.
- 7m/min로 증가시켜 볼 때, 칩의 형태는 절삭속도의 증가에 따라 짧은 파단형에서 연속형으로 변화를 보이고 있다. Annealed 조건에서 Fig. 11(a)~©의 6.28m/min구간에서는 ESC가 짧은 연속 칩과 짧은 칩을 발생시킴으로써 절삭성이 가장 우수한 반면에 SKT4는 짧은 칩, 아크형 칩과 함께 가공 중 공작기계나 소재, 작업자에게 영향을 줄 수 있는 입자형 칩을 발생시켜 가공성이 나쁜 것으로 나타났다. SKD61의 경우는 거의 입자 형 칩만을 배출해서 세 소재 중 칩처리성이 가장 나쁜 것으로 관찰되었다.
- 9에 나타내었다. Q-T 조건에서는 소재들이 Annealed 조건에 비해마멸량이 작았고, SKD61 이 다른 소재들에 비해마결량이 크게 나타났다. 또 핀이 부착된 마운트의 회전속도를 60rpm에서 90rpm으로 올리면 전체적으로 마멸량은 증가하는데, ESC의 경우, 그 증가치가 다른 두 소재와 비교하여 작았다.
- 7에 나타내었다. Q-T 조건에서의 인장강도 값은 소재별로 큰 차이가 나타나지 않았으나 Annealed 조건에서는 ESC 가 가장 높았으며 SKD句은 ESC와 SKT4에 비해 큰 폭으로 낮은 인장강도 값을 나타내었다. 이러한 결과는 Fig.
- Annealed 조건에서 SKD61의 절삭력이 가장 높게 측정되었으며 ESC는 SKT4 보다 높은 절삭력을 가졌다. Q-T 처리된 조건에서는 SKT4의 절삭력이 가장 크게 나타났으며 절삭속도가 6.28 m/min 와 37.7m/min 일 때 모두 ESC의 평균 절삭력의 차이는 각각 2N, 5N만큼 SKT 4에 비해 작은 값을 가졌다. 따라서 그림에서 보는 바와 같이 같은 절삭면적의 조건 하에서 열처리 조건에 따라서는 다른 경향을 나타내고 있다.
- SKD61 는 세 소재 중 회전속도 변화에 따른 마멸변화량이 가장 크게 나타났는데 그것은 낮은 인장강도 값과 경도 값에 상응한다고 볼 수 있다. 결과적으로 ESC가 SKT4, SKD61에 비해 상대적으로 인장과 경도가 높기 때문에 내마멸성이 훨씬 우수하다고 판단된다.
- 5N의 차이를 가지며 작은 절삭저항을 나타내었다. 또한 이송량의 변화에서 SKD61 은 Annealed 조건에서 가장 큰 절삭저항 값을 나타내었지만 Q-T 조건에서는 ESC와 SKT4에 비해가장 낮은 절삭저항 값을 나타내었다.
- 소재별로는 ESC 가 가장 우수하였으며 절삭속도 37.7m/min에서는 모두 연속형 칩이 발생되었다.
- 특히 열처리된 금형 소재의 선반 가공성은 적합하지 않은 것으로 나타났다. 이러한 ESC의 우수한 선반가공성은 Annealed 조건에서의 인장강도 값과 경도 값에 기인한 것으로츠측되며 내마멸성에 비례하는 것으로 나타났다.
- 7m/min구간에서는 세 소재 모두 일정한 연속 칩을 발생시켜 선반 가공에는 적합하지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 선반가공은피삭재의 열처리조건과 절삭속도가 칩형태 변화에 영향을 미친다는 사실을 보여주고 있다. 전체적으로 ESC가 SKT4, SKD 61에 비해 양호한 칩을 가장 많이 발생시켜 칩처리성이 가장 우수한 것으로 나타났다.
- 그림 (b)는 이송량의 변화에 따른 소재의 절삭 저항을 나타내고 있다. 이송량이 클수록 절삭력은 증가하였으며 ESC의 평균 절삭력의 차이가 Annealed 조건에서는 SKT4에 비해 각각 18N와 6N만큼 큰 절삭 저항값을 가졌으나 Q-T 조건에서는 각각 6N와 4.5N의 차이를 가지며 작은 절삭저항을 나타내었다. 또한 이송량의 변화에서 SKD61 은 Annealed 조건에서 가장 큰 절삭저항 값을 나타내었지만 Q-T 조건에서는 ESC와 SKT4에 비해가장 낮은 절삭저항 값을 나타내었다.
- 이러한 결과로부터 선반가공은피삭재의 열처리조건과 절삭속도가 칩형태 변화에 영향을 미친다는 사실을 보여주고 있다. 전체적으로 ESC가 SKT4, SKD 61에 비해 양호한 칩을 가장 많이 발생시켜 칩처리성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 특히 열처리된 금형 소재의 선반 가공성은 적합하지 않은 것으로 나타났다.
- 전체적으로 ESC가 SKT4, SKD 61에 비해 양호한 칩을 가장 많이 발생시켜 칩처리성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 특히 열처리된 금형 소재의 선반 가공성은 적합하지 않은 것으로 나타났다. 이러한 ESC의 우수한 선반가공성은 Annealed 조건에서의 인장강도 값과 경도 값에 기인한 것으로츠측되며 내마멸성에 비례하는 것으로 나타났다.
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