[논문]초경합금재의 선반절삭에 있어서 PCD공구의 마멸 기구와 절삭성

허성중

doi:10.7735/ksmte.2013.22.1.85

초경합금재의 선반절삭에 있어서 PCD공구의 마멸 기구와 절삭성
Wear Mechanism and Machinability of PCD Tool in Turning Tungsten Carbides 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.22 no.1, 2013년, pp.85 - 91

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The machinability of wear-resistible tungsten carbides and the tool wear behavior in machining of V30 and V50 tungsten carbides using PCD (Poly Crystalline Diamond) cutting tool was investigated to understand machining characteristics. This material is one of the difficult-to-cut materials in present, but their usage has been already broadened to every commercial applications such as mining tools, and impact resistant tools etc. Summary of the results are as follows. (1) Tool wear progression of PCD tools in turning of wear-resistible tungsten carbides were observed specially fast in primary cutting distance within 10m. (2) Three components of cutting resistance in this research were different in balance from the ordinary cutting such as that cutting of steel or cast iron. Those were expressed large value by order of thrust force, principal force, feed force. (3) If presume from viewpoint of high efficient cutting within this research, a proper cutting speed was 15m/min and a proper feed rate was 0.1mm/rev. In this case, it was found that the tool life of PCD tool was cutting distance until 230m approximately. (4) In cutting of wear-resistible tungsten carbides such as V30 and V50, it was recognized that the tool wear rate of V30 was very fast as compared with V50. (5) When the depth of cut was 0.1mm, there was no influence of the feed rate on the feed force. And the feed force tended to decrease as the cutting distance was long, because the tool was worn and the tool edge retreated. (6) It was observed that the tungsten carbides were adhered to the flank.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 초경합금재의 정밀절삭 가능성을 찾기 위하여, V30과 V50 2종류의 내마멸･내충격 공구용 초경합금재의 선반 절삭 실험을 행하고, 절삭 조건의 변화에 의한 절삭 특성에 대해서 검토하였다.
본 연구에 있어서, V30과 V50 2종류의 내마멸 공구용 초경합금재를 다이아몬드 소결체(PCD: Poly Crystalline Diamond)공구로 선반절삭을 행하여 절삭 조건의 변화에 있어서의 절삭 거리에 의한 절삭 특성에 대해서 조사하고, 공구 마멸 기구와 절삭저항의 특성에 대해서 고찰했다. 주된 연구 결과는 다음과 같다.

제안 방법

공구형상은 (-5, -5, 5, 5, 30, 0, 0.8)이며, 절삭 날 끝은 약 0.01mm의 호우닝 처리하였다. 주된 선반 절삭조건은 Table 3에 나타내었다.
또한, 초경합금재의 절삭에 우수하다고 알려진 다이아몬드 소결체(PCD: Poly Crystalline Diamond)공구를 사용하여, 그 마멸 기구나 절삭저항의 특성에 대해서 조사하였다.
앞 절에서 공구 여유면 마멸 상태가 절삭저항에 주는 영향에 대해서 말했지만, 여기서는 그 마멸면의 관찰을 행하였다. 가장 마멸이 심했던 피삭재 V30을 절삭속도 15m/min, 이송 0.
. 절삭 깊이 및 이송 속도에 대해서는 주로 추천 절삭 조건으로 하였으나 이송 속도에 대해서는 가공 능률을 감안해 0.2mm/rev로도 실험하였다.
절삭 초기의 공구마멸 특성을 조사하기 위해 절삭 거리 5m 마다 공구관찰 및 여유면 마멸량을 측정하였다. Fig.

대상 데이터

사용된 공구는 ETGNR1616 홀더에 다결정 다이아몬드 소결체 DX140이 부착된 스로우 어웨이 팁 TNGA160408(이후 PCD 공구라고 약기한다)을 체결한 것을 사용하였다.
실험에는, MAZAK사제, 정밀고속선반(회전수 33∼2000rpm, 이송 0.075∼0.499mm/rev, 동력 3.7kW)을 사용하고, 건식에 의한 외주 선반 절삭을 행하였다.
피삭재는 함유된 텅스텐 카바이드(WC)와 코발트(Co)량에 의한 절삭 특성을 파악하기 위하여 내마멸･내충격 공구용 초경 합금 V30과 V50(ISO분류 기호)을 사용하였다. 피삭재의 화학적 조성을 Table 1에, 주요 기계적 성질을 Table 2에 각각 나타내었다.

성능/효과

(1) 일반적인 강철이나 주철의 절삭에 비해 절삭저항의 3분력의 추이가 달리 나타났다. 즉, 배분력>주분력>이송분력의 순서대로 큰 값을 나타내었다.
(2) 고능률절삭 조건의 관점으로서 추정하면, 본 연구에서는 적정한 절삭속도가 V=15m/min, 이송은 0.1mm/rev라고 판단된다. 이 경우, 공구수명까지 가능한 절삭 거리는 약 230m이었다.
(3) V30과 V50을 선반절삭 할 경우, 기존의 연구와 달리 공구의 마멸 생성 기구로서는 고경도 WC에 의한 찰과 마멸과 더불어 초경합금재의 탈착의 되풀이에 의한 마멸이 발생하는 것을 알 수 있었다. 증가가 매우 급격히 나타났다.
(4) 실험을 한 절삭깊이 0.1mm의 조건에서는, 이송분력은 이송 속도의 영향을 대부분 받지 않고, 마멸에 의한 공구 날끝 후퇴에 의해 낮아지는 경향이 나타났다.
(5) 여유면 마멸부에 초경합금 성분이 부착되고 있음을 확인할 수 있었다.
다시 말해 이 지역에 마찰되어 부착되어 있었던 초경합금재가 존재하고 있는 것으로 보아 절삭 과정에서 박리되었다고 여겨진다. 따라서 공구의 마멸 생성 기구로서는 고경도 WC에 의한 찰과 마멸과 더불어 초경합금재의 탈착의 되풀이에 의한 마멸이 발생하는 것을 알 수 있었다.
또한, 절삭 초기의 단계에서는 주분력 및 이송분력에 있어서 특이한 경향은 나타나지 않았으나, 전반적으로는 열처리강 등고경도 난삭재의 절삭 현상과 같이 배분력이 가장 큰 값을 나타내었다.
5에 나타내었다. 마멸의 특징으로서 V30과 V50 모두 치핑(chipping)은 확인되지 않았으나, 절삭 거리 120m의 단계에서는 V50에 비해 V30의 여유면 마멸량은 1.5배로 상당히 크게 나타났다.
다음으로, 절삭저항에 대해서 절삭 거리와의 관계에 대해 고찰한다. 먼저, 이송 분력은 절삭 거리가 증가하여도 거의 변화 되지 않고 있음을 알 수 있었다.
배분력에 대해서는 여유면 마멸 면적의 증가와 거의 비례하게 증가하고 있다. 이상의 사실로부터, 초경합금재의 절삭에서는 공구마멸 상태가 절삭저항에 큰 영향을 미친다고 생각된다.
4와 같은 경향으로부터, 공구 여유면 마멸량과 밀접하게 관계되어 있다고 생각된다. 절삭 거리가 길어지면 길어질수록 3분력 모두 증가하는 일반강철의 절삭 현상과는 달리, 초경합금재를 절삭할 경우에는 절삭 거리가 길어지면, 이송 분력이 오히려 감소하기도 하는 것을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초경합금재의 특징은 무엇인가?	초경합금재(tungsten carbides)는 저온경도는 물론, 고온경도가 뛰어나며, 고강도로서 안정적인 제반 물리적 성질을 가진 것이 특징이다. 절삭공구용 뿐만 아니라 광석이나 석탄의 굴착에 사용되는 광산용 공구, 터널 공사용의 비트, 도시재개발 등 의 콘크리트 펀치용 공구, 철강의 압연 롤 등의 내마멸･내충격 용으로도 많이 사용되고 있다.
	초경합금 재 가운데 내마멸･내충격용에 사용되는 것의 특징은 무엇인가?	이들 초경합금 재 가운데 내마멸･내충격용에 사용되는 것은 절삭공구용의 초경합금재에 비해 코발트(Co)를 많이 함유하며 경질 성분인 텅스텐 카바이드(WC)의 입자 지름도 거친 것이 사용되고 있다 (1,2) .

참고문헌 (14)

Suzuki, H., 1989, Cemented Carbides and Sintered Hard Materials, Maruzen Co. Ltd., Tokyo, p. 33.
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Japan Society for the Promotion of Machine Industry, 1997, "Cutting Data Files," Technical Research Institute, Tokyo, Japan, 95-0323.
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Hanasaki, S., Fuziwara, J., and Miyamoto. T., 1990, "Study on Cutting Mechanism of Fiber Reinforced Metals (1st Report)," Japan Society of Precision Engineering, Vol. 56, No. 12, pp. 2225-2230.
Usui, E., 1988, Cutting & Grinding, Kyoritsu, Tokyo, p. 21.

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