CNC 가공 부품의 표면 품질 또는 표면 거칠기는 제조업체에 가장 중요합니다. 목표는 이상적으로는 표면 변형을 처리하기 위해 주요 마무리 작업이 필요하지 않은 부품을 생산하는 것입니다.
현실적으로 이상적인 표면 마감은 불가능할 수 있지만, 공구 선택이 문제를 악화시킬 수 있습니다. 공구의 재질, 크기, 형상, 내마모성, 절삭 매개변수 등 모든 요소가 CNC 가공 부품 의 표면 품질에 영향을 미칩니다 . 따라서 이러한 모든 요소를 고려하여 공구를 선택해야 합니다.
이 글에서는 CNC 가공에서 표면 품질에 영향을 미치는 절삭 공구의 모든 측면과 그 이유를 살펴봅니다.
도구 재료 선택 표면 마감
첫 번째 영향 요인은 공구 재질 입니다 . 이해를 돕기 위해 CNC 공작기계를 초경합금, 고속도강(HSS), 세라믹의 세 가지 유형으로 나누어 살펴보겠습니다.
초경 공구는 고속에서도 날카로운 날을 유지할 수 있어 경도가 높은 재료에 더욱 정밀한 공차를 구현하는 데 도움이 됩니다. 또한, 높은 내열성 덕분에 표면 품질 저하 없이 더욱 빠른 가공이 가능합니다.
세라믹 공구는 모든 절삭 공구 중에서 가장 높은 경도를 자랑하며 고온에서도 그 경도를 유지합니다. 경화강이나 고강도 합금과 같이 가공하기 어려운 소재에도 정밀한 표면 처리를 할 수 있습니다. 하지만 세라믹 공구는 취성이 강하여 충격이나 저속 가공 시 파손될 수 있습니다.
고속강(HSS) 절삭 공구는 가격이 저렴하고 재연마가 용이하여 일반적인 기계 가공 작업에 적합합니다. 그러나 고속강 공구는 내열성이 낮아 경질 금속 가공에는 한계가 있습니다. 고온 환경에서는 공구 날이 더 빨리 무뎌져 표면 거칠기가 증가할 수 있습니다.
표면 마감에 대한 도구 형상의 영향
도구 위치와 크기도 중요합니다. 더 큰 직경은 도구의 강성을 증가시킵니다. 하지만 그 직경은 더 많은 기계 전력을 필요로 합니다. 적절하게 관리하지 않으면 열적으로 팽창하여 더 거친 마무리를 초래할 수 있습니다. 반면에 더 얇은 직경은 유연하지만 휘어지기 쉽습니다.
레이크 각도는 또 다른 영향 요인입니다. 양의 레이크 각도는 절삭력을 줄여 공구 마모와 표면 매끄러움을 최소화합니다. 그러나 양의 레이크가 너무 많으면 절삭 날이 약해져 깨질 수 있습니다.
릴리프 각도는 불필요한 마찰을 방지하기 위해 공구와 작업물 사이에 클리어런스를 제공합니다. 릴리프 각도가 클 때 클리어런스가 증가합니다. 따라서 마찰과 공구 마모도 증가합니다. 그러나 너무 가파르면 공구 모서리가 약해지고 깨질 수 있습니다.
더 날카로운 도구 모서리는 또한 최소한의 변형과 더 깨끗한 절단을 가져옵니다. 그러나 매우 날카로운 모서리는 특히 더 단단한 재료에서 마모되기 쉽습니다. 이러한 경우 약간 연마되거나 둥근 모서리는 균형 잡힌 접근 방식을 제공합니다.
표면 품질에 도구 코팅이 중요한 이유
공구 코팅은 공구의 내구성을 개선하고, 마찰을 줄이며, 열을 관리합니다. 이 모든 것이 기계로 가공된 표면의 마감을 더 매끄럽게 만드는 데 기여합니다.
티타늄 질화물(TiN) 코팅은 금색-노란색으로 절삭 공구에 인기 있는 옵션입니다. 이 코팅의 층/코팅은 공구와 작업물 사이의 접착력을 줄여 궁극적으로 빌드업 엣지(BUE)를 최소화합니다. 빌드업 엣지는 표면 품질을 저하시킬 수 있는 요소입니다. 게다가 열적으로 안정적이기 때문에 공구가 더 빠른 속도로 작동할 수 있습니다.
DLC 코팅은 뛰어난 경도와 극히 낮은 마찰 계수를 가지고 있어 고정밀 작업에 이상적입니다. 윤활성 DLC 표면은 도구 마모의 원인이 되는 마찰을 줄입니다. DLC 코팅 절삭 공구는 알루미늄을 가공할 때 유망한 결과를 보여주었습니다.
표면 거칠기에 대한 도구 마모의 영향
측면 마모와 진동은 거칠기를 증가시킬 수 있는 두 가지 주요 마모 메커니즘입니다.
플랭크 마모는 공구의 플랭크 면이 가공된 표면에 마찰을 받아 점차 절삭 날이 침식되면서 발생합니다. 시간이 지남에 따라 공구의 절삭 능력이 떨어지고 거친 마감과 일관되지 않은 접촉이 나타납니다. 또한 표면에 미세 홈과 긁힘이 생깁니다.
CNC 가공의 진동은 또한 절삭 날이 악화되면 안정성을 잃기 때문에 도구 마모에서 비롯됩니다. 플랭크와 진동의 관계는 선형적입니다. 플랭크 마모가 클수록 진동이 커집니다. 이러한 조건에서는 공작물에 떨림 자국이 꽤 눈에 띕니다.
절단 매개변수 및 표면 품질에 미치는 영향
절삭 매개변수, 특히 스핀들 속도와 이송 속도는 CNC 가공에서 표면 품질을 결정하는 역할을 합니다. 절삭력, 공구 온도, 칩 형성을 제어하는데, 이는 표면 거칠기를 결정하는 요소입니다.
스핀들 속도는 공구가 회전하는 속도입니다. 고속에서는 절삭 날이 소재 위를 더 자주 지나가므로 절단이 더 매끄럽고 표면 거칠기가 낮아집니다. 지나치게 높은 속도는 열 발생으로 인해 금속에 치명적입니다. 따라서 균형을 유지해야 합니다.
이송 속도의 경우 추세는 완전히 반대입니다. 이송 속도가 낮으면 절삭 날이 패스당 덜 재료를 접촉하여 도구 자국이 줄어들기 때문에 표면 마감이 더 미세해지는 경우가 많습니다. CFRP 복합재에 대한 연구에 따르면 이송 속도가 낮으면 박리 및 버와 같은 결함을 방지하는 데 도움이 됩니다.
툴패스 전략 및 표면 거칠기
툴패스는 접촉 시간, 방향, 절삭 하중 분포를 제어하여 표면 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 클라임 밀링의 예가 여기서 도움이 될 수 있습니다.
클라임 밀링에서 공구는 피드와 같은 방향으로 절단하여 마찰이 적고 마무리가 더 매끄럽습니다. 반면, 기존 밀링에서는 공구가 피드에 대해 절단합니다. 이로 인해 마찰이 더 커지고 재료가 진입 지점에서 변형되면서 표면이 거칠어질 수 있습니다.
RJCMold가 제공하는 마무리 옵션
올바른 도구 선택은 표면 마감의 결과를 제어할 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우, 미세하고 매끄러운 표면을 얻는 것은 불가능합니다. CNC 가공 부품은 2차 마감 공정을 거쳐야 합니다.
RJCMold에서는 CNC 가공 부품의 표면 품질을 향상시키는 다양한 마감 옵션을 제공합니다 . 가공 그대로의 (표준) 마감, 아노다이징, 분체 도장, 은도금, 아연 도금, 금 도금, 습식 도장 중에서 선택하실 수 있습니다. 또한 사출 성형, 3D 프린팅, 우레탄 주조에 적용 가능한 다양한 마감 옵션도 제공합니다.
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