[논문]무연황동의 절삭 칩 형태에 미치는 절삭조건과 템퍼링 온도의 영향

주영석; 이상봉; 김시영; 주창식; 정병호

doi:10.12656/jksht.2012.25.1.014

무연황동의 절삭 칩 형태에 미치는 절삭조건과 템퍼링 온도의 영향
Cutting Chip Forms on the Cutting Condition and Tempering Temperatures of Lead-free Brass 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.25 no.1, 2012년, pp.14 - 21

주영석 (부경대학교 공과대학 금속공학과) , 이상봉 ((주)에쎈테크) , 김시영 (부경대학교 공과대학 기계시스템공학과) , 주창식 (부경대학교 공과대학 화학공학과) , 정병호 (부경대학교 공과대학 금속공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of cutting condition and tempering temperature for the shape of cutting chip were investigated. For this purpose, a lead-free brass containing 1wt.% of Bi extruded at $750^{\circ}C$ in straight turning was used in this study. The cutting chip preferred was mainly found to be loose form of arc chips with curling discontinuity, and these were formed by shear fracture. However, some of fragmental element chip were found to be mixed when tempering temperature was as high as $500^{\circ}C$. The form and size of chip was more affected by feed rate than by tempering temperature and cutting rate. In addition, the cutting surface was observed to be formed more rough in the case of high feed rate and low cutting rate compared to low feed rate and high cutting rate.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

따라서 본 연구에서는 KSD 5101 규격의 C4926 소재에 속하는 1 wt.% Bi 함유 무연황동의 선삭(Turning) 가공 시 발생하는 칩의 형태와 더불어 이에 미치는 절삭 조건과 템퍼링 열처리의 영향을 조사하였다.
750℃에서 열간압출한 1wt.%의 Bi 함유 무연황동봉재의 선삭가공 시 절삭 칩의 형태와 이에 미치는 절삭조건과 템퍼링 열처리의 영향을 알아보기 위해 850℃에서 수냉 후 100~500℃로 템퍼링한 시험편을 사용하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
템퍼링 열처리는 850℃에서 가열 후 수냉하고 100~500℃까지 100℃ 간격으로 염욕에서 실시하였다. 절삭가공은 일반적으로 가장 많이 사용되는 수동선반(Model; HL-380)을 사용하여 직선선삭(Straight turning)에 의해 칩을 제작하였으며, 이 때 절삭유는 사용하지 않았다. 그리고 절삭용 공구는 많이 사용되는 칩 브레이커(Chip breaker)가 부착된 K10 초경공구를 사용하였으며, 인서트(Insert)는 TNMG 1604(경사각; Negative)를 사용하였다.
1은 본 실험에 사용된 인서트의 형상과 크기를 나타내었다. 절삭조건은 사용 봉재의 직경과 선반의 성능을 고려하여 절삭속도(Cutting rate)는 50, 100, 150 m/min의 3가지, 공구 이송속도(Feed rate)는 110 mm/min, 190 mm/min의 2가지 그리고 절삭 깊이(Cutting depth)는 0.5, 1.0 mm의 2가지로 각각 변화시켰다. 칩 단면의 미세조직은 FeCl₃ 5g + 에탄올 50 ml 혼합용액으로 엣칭 후 관찰하였으며, Bi 성분의 분포는 EDX가 부착된 주사전자현미경(SEM)을 이용하였다.
0 mm의 2가지로 각각 변화시켰다. 칩 단면의 미세조직은 FeCl₃ 5g + 에탄올 50 ml 혼합용액으로 엣칭 후 관찰하였으며, Bi 성분의 분포는 EDX가 부착된 주사전자현미경(SEM)을 이용하였다. 특히 생성된 칩의 형상은 기본적으로 ISO 3685-1977(E)의 표준칩 분류[9]에 의해 구분하였으며, K.

대상 데이터

절삭가공은 일반적으로 가장 많이 사용되는 수동선반(Model; HL-380)을 사용하여 직선선삭(Straight turning)에 의해 칩을 제작하였으며, 이 때 절삭유는 사용하지 않았다. 그리고 절삭용 공구는 많이 사용되는 칩 브레이커(Chip breaker)가 부착된 K10 초경공구를 사용하였으며, 인서트(Insert)는 TNMG 1604(경사각; Negative)를 사용하였다. Fig.
실험에 사용한 시험편들은 저주파유도로에서 용해하고 750℃에서 열간압출한 봉재를 사용하였으며, Table 1에 1 wt.% Bi 함유 무연황동봉재의 화학조성과 치수를 나타내었다.

이론/모형

칩 단면의 미세조직은 FeCl₃ 5g + 에탄올 50 ml 혼합용액으로 엣칭 후 관찰하였으며, Bi 성분의 분포는 EDX가 부착된 주사전자현미경(SEM)을 이용하였다. 특히 생성된 칩의 형상은 기본적으로 ISO 3685-1977(E)의 표준칩 분류[9]에 의해 구분하였으며, K. Nakayama에 의한 칩 분류[8, 10]도 일부 적용하였다.

성능/효과

Fig. 5 (a)에서와 같이 이송속도가 190 m/min으로 크면 절삭속도와 템퍼링 온도에 크게 관계없이 절삭 칩의 크기가 대체적으로 큰 것을 알 수 있으며, 절삭속도가 50 m/min으로 낮고 템퍼링 온도가 500℃로 높은 경우에 칩의 크기가 가장 크게 나타나 있다. 반면, Fig.
반면, Fig. 5의 (b)와 같이 이송속도가 110 m/min으로 낮아지면 절삭 칩 크기가 다소 크게 나타난 절삭속도가 50 m/min로 낮은 경우를 제외하면, 절삭속도와 템퍼링 온도에 크게 관계없이 대체적으로 칩은 길이가 짧은 미세한 형으로 나타났다. 따라서 절삭 칩의 미세화는 대체적으로 절삭속도보다 공구 이송속도에 더 의존되며, 이송속도가 낮은 경우에 더 잘 나타남을 알 수 있다.
1. 절삭 칩은 선호되는 형태로, 말림이 있는 불연속의 loose arc chip들이 주로 나타났으며, 이러한 칩들은 전단파괴에 의해 형성되었다. 그러나 템퍼링 온도가 500℃로 높을 경우에는 미세 조각모양의 elemental 형태가 혼합되어 나타났다.
2. 절삭 칩의 형상과 크기는 템퍼링 온도와 절삭속도보다 이송속도의 영향이 더 컸다. 이송속도가 높고 절삭속도가 낮은 경우는 이송속도가 낮고 절삭속도가 높은 경우에 비해 절삭표면은 더 거칠게 나타났다.
5의 (b)와 같이 이송속도가 110 m/min으로 낮아지면 절삭 칩 크기가 다소 크게 나타난 절삭속도가 50 m/min로 낮은 경우를 제외하면, 절삭속도와 템퍼링 온도에 크게 관계없이 대체적으로 칩은 길이가 짧은 미세한 형으로 나타났다. 따라서 절삭 칩의 미세화는 대체적으로 절삭속도보다 공구 이송속도에 더 의존되며, 이송속도가 낮은 경우에 더 잘 나타남을 알 수 있다. 한편, 칩의 형상에서 잘 확인되는 말림(Curling) 현상은 절삭속도의 증가와 유동의 연속성에 의해 발생한다는 설과 칩 내부의 인장 및 압축 때문이라는 설이 있지만[8], 절삭 칩들이 대체적으로 짧은 길이로 부서져 끊어진 형태로 나타나고, 또 연속형이 아니기 때문에 후자의 설이 더 타당한 것으로 생각된다.
절삭 칩의 형상과 크기는 템퍼링 온도와 절삭속도보다 이송속도의 영향이 더 컸다. 이송속도가 높고 절삭속도가 낮은 경우는 이송속도가 낮고 절삭속도가 높은 경우에 비해 절삭표면은 더 거칠게 나타났다.
7의 (a) 및 (b)는 절삭 칩의 표면형상을 나타낸 것이다. 칩의 표면은 템퍼링 온도와 절삭속도에 크게 관계없이 이송속도가 190 m/min로 클 때는 표면 모서리의 요철이 심하고 울퉁불퉁하게 형성되어 있는 반면, 이송속도가 110 m/min으로 낮을 때는 상대적으로 더 균일하여 표면 평활 정도가 더 양호함을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 Pb 대신 Bi를 첨가한 무연쾌삭황동이 많이 개발되고 있는 이유는?	Pb와 유사한 성능을 가지며, 인체에 무해한 Bi는 융점이 낮고 동합금에 대한 고용도가 매우 적어 최근 Pb 대신 Bi를 첨가한 무연쾌삭황동이 많이 개발되고 있으며, 절삭가공에 의한 사용도 증가하고 있다[1, 2]. 鄭[3] 등의 보고에 의하면 Bi 첨가 α + β황동주조재의 절삭성(Machinability) 평가에서 Bi의 농도 증가로 절삭 칩(Chip)이 미세해지고 절삭저항이 현저히 저하한다고 하였으며, 또 최근 6/4 황동재에 가공 및 열처리를 이용하여 β상 중에 α상을 균일하게 분산시켜 소재의 경도를 높여 절삭 칩을 분단하기 쉽게 하거나, Bi 치환형 쾌삭황동의 절삭성에 미치는 재료 인자 및 Bi 함유 청동의 절삭성에 미치는 Bi의 영향 등을 조사하였지만[1, 4] Pb 대신 Bi를 약 1 wt.
	절삭 칩의 형태는 어떤 요인에 영향을 받는가?	절삭성은 가공물의 물리적 성질, 공구재료및 공구의 기하학과 절삭조건에 의해 영향을 많이 받기 때문에 다소 연질 재료인 무연황동의 경우는 절삭성 평가가 상당히 어렵고, 또 Pb를 함유한 통상적인 쾌삭황동도 절삭속도에 따른 절삭저항의 변화가 적어 표면조도와 절삭 칩의 형성은 절삭성의 중요한 요소가 될 수 있다[6]. 일반적으로 절삭 칩의 형태는 절삭속도, 사용 공구의 경사각 및 이송속도, 절삭 깊이, 절삭유제 등 절삭조건에 의해 주로 영향을 받지만[7, 8], 절삭성에 영향을 미치는 중요 요인은 이외에 절삭재의 화학성분, 조직, 결정입도, 경도, 인장 강도 및 연신율, 가공경화율, 압연율 등 매우 많으며[6], 또 이러한 요인들은 열처리에 의한 물성 변화가 영향을 많이 미치기 때문에 재료에 따른 절삭성 지수만으로 절삭성을 평가하기는 곤란하다. 따라서 본 연구에서는 KSD 5101 규격의 C4926 소재에 속하는 1 wt.
	Bi를 첨가한 무연쾌삭황동의 장단점은?	% 정도 첨가한 무연황동의 절삭 칩 형태와 이에 미치는 절삭조건과 템퍼링 온도의 영향을 조사한 연구는 없다. Bi 함유 무연쾌삭황동은 Pb 함유 쾌삭황동의 절삭성 지수를 100으로 볼 때 90정도로 절삭성은 약간 낮으며[5], 또 소재의 절삭성을 평가하는 몇 가지 방법들 중 발생 칩의 형태를 통한 절삭성 평가가 가장 용이한 것으로 제시되고 있다[4]. 절삭성은 가공물의 물리적 성질, 공구재료및 공구의 기하학과 절삭조건에 의해 영향을 많이 받기 때문에 다소 연질 재료인 무연황동의 경우는 절삭성 평가가 상당히 어렵고, 또 Pb를 함유한 통상적인 쾌삭황동도 절삭속도에 따른 절삭저항의 변화가 적어 표면조도와 절삭 칩의 형성은 절삭성의 중요한 요소가 될 수 있다[6].

참고문헌 (15)

Tetsuya Ando et al. : J. of the JCBRA, 40 (2001) 253-256.
John T. Plews et al. : Advanced Materials & Processes, 10 (1991) 23-27.
鄭承富, 森搏太郞等 : J. of the JCBRA, 33 (1994) 132-139.
Hisakimi Notoya et al. : J. of the JCBRA, 39 (2000) 121-127.
日本伸銅協會(JCBA) : 伸銅品デ-タブック (2009) 255-264.
Ryoji Murata et al. : J. of the JCBRA, 11 (1972) 70-77.
W. Rosenhain et al. : Engineering, Jan., 30 (1952) 151.
D. W Yeon et al. : J. of the KSPE, 11 (1994) 42-49.
Zsolt Janos et al. : Proceedings, XVII IMEKO World Congress (2003) 1469.
K. Nakayama : Machining Science and Technology, 1 (1997) 251-262.

상세보기
Y. S. Joo et al. : J. of the KSHT, 24 (2011) 133-139.
Masami Somekawa et al. : 神戶製鋼技報, 51 (2001) 1-16.
서남섭 : 절삭가공학, 동명사 (1988) 1-400.
C. Vilarino et al. : Materials Processing Technology, 170 (2005) 441-447.

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G. Pantazopoulos : Materials Engineering and Performance, 11 (2002) 402-407.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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