기계 가공성

기계가공성은 금속을 쉽게 절단(가공)할 수 있기 때문에 저렴한 ^[1]비용으로 만족스러운 마감으로 재료를 제거할 수 있습니다.가공성이 뛰어난 재료(자유 가공 재료)는 절삭하는 데 거의 힘이 들지 않고, 빠르게 절단할 수 있으며, 쉽게 마감할 수 있으며, 공구를 많이 마모하지 않습니다.일반적으로 재료의 성능을 향상시키는 요인은 종종 재료의 가공성을 저하시킵니다.따라서 부품을 경제적으로 생산하기 위해 엔지니어는 성능을 저하시키지 않고 기계성을 개선할 수 있는 방법을 찾아야 합니다.

기계가공에는 변수가 많기 때문에 가공성을 예측하기 어려울 수 있습니다.두 가지 요인은 작업자재의 ^[2]상태와 작업자재의 물리적 특성입니다.작업 재료의 상태는 미세 구조, 입자 크기, 열 처리, 화학 성분, 제작, 경도, 항복 강도,^[3] 인장 강도 등 8가지 요소를 포함합니다.물리적 특성은 탄성 계수, 열전도율, 열팽창 및 작업 ^[3]경화 등과 같은 개별 재료 그룹의 특성입니다.다른 중요한 요소로는 작동 조건, 절삭 공구 재료 및 형상, 가공 공정 ^[3]파라미터 등이 있습니다.

강철 가공성

강철은 가장 중요하고 일반적으로 사용되는 엔지니어링 재료 중 하나입니다.납과 유황을 첨가하여 가공성이 크게 향상되었으며, 이 재료를 프리머신 ^[4]스틸이라고 합니다.

기계가공성 정량화

기계성에 영향을 미치는 요인은 많지만 이를 정량화하는 방법은 널리 인정되지 않습니다.대신, 기계성은 종종 케이스 바이 케이스로 평가되며 테스트는 특정 제조 공정의 요구에 맞게 조정됩니다.일반적인 비교 지표에는 공구 수명, 표면 마감, 절삭 온도, 공구 하중 및 전력 ^[5][6]소비 등이 있습니다.

공구수명법

기계화는 툴의 지속시간을 기준으로 할 수 있습니다.이것은 유사한 특성 및 전력 소비량을 가진 재료를 비교할 때 유용하지만, 연마성이 더 강하여 공구 수명이 단축됩니다.이 접근법의 주요 단점은 공구 수명이 가공 중인 재료에만 의존하는 것이 아니라는 것입니다. 다른 요인으로는 절삭 공구 재료, 절삭 공구 형상, 기계 상태, 절삭 공구 클램프, 절삭 속도, 이송 및 절삭 깊이 등이 있습니다.또한 한 공구 유형에 대한 가공성은 다른 공구 유형과 비교할 수 없습니다(즉, HSS 공구와 탄화물 공구).^[6]

$\displaystyle \text {기계성 지수(}\%{)}=contextfrac {공구수명 20분 재료절단속도}{\text {공구수명 20분 자유절단강 절단속도}}$

도구의 힘과 소비전력

공구가 재료를 절단하는 데 필요한 힘은 소비 전력과 직접 관련이 있습니다.따라서 공구 힘은 종종 특정 에너지 단위로 주어진다.이를 통해 비에너지가 높을수록 기계가공성이 낮아지는 정격방법으로 이어집니다.이 방법의 장점은 외부 요인이 ^[6]등급에 거의 영향을 미치지 않는다는 것이다.

표면 마감법

표면 마감은 재료의 가공성을 측정하는 데 사용되기도 합니다.부드럽고 연성 재료는 조립된 가장자리를 형성하는 경향이 있습니다.스테인리스강 및 변형 경화 능력이 높은 기타 재료도 조립 모서리를 형성하고 싶어 합니다.알루미늄 합금, 냉간 가공강 및 프리머신강은 높은 전단 영역을 가진 재료는 조립 모서리를 형성하지 않는 경향이 있으므로 이러한 재료는 가공성이 ^[7]더 높은 것으로 평가됩니다.

이 방법의 장점은 적절한 장비로 쉽게 측정할 수 있다는 것입니다.이 기준의 단점은 종종 관련이 없다는 것이다.예를 들어 거칠게 절단할 때 표면 마감은 중요하지 않습니다.또한, 피니시 컷은 자연스럽게 좋은 표면 마감을 달성할 수 있는 일정한 정확성을 필요로 하는 경우가 많습니다.이 평가 방법은 다른 평가 방법과 항상 일치하는 것은 아닙니다.예를 들어 티타늄 합금은 표면 마감법에 의해 양호한 평가를 받고, 공구 수명법에 의해 낮은 평가를 받으며, ^[7][8]전력 소비법에 의해 중간 평가를 받게 됩니다.

기계 가공성 평가

재료의 가공가능성 등급은 다양한 재료의 가공가능성을 정량화하려고 시도합니다.이 값은 백분율 또는 정규화된 값으로 표시됩니다.AISI(American Iron and Steel Institute)는 180 표면 피트/분(sfpm)^[9]의 회전 테스트를 실시하여 다양한 재료의 기계 가공성 등급을 확인하였습니다.그런 다음 160개의 Brinell B1112 강철을 100%^[9]의 기계 가공 가능 등급으로 임의로 지정했습니다.가공가능성 등급은 각 ^[9]재료의 정상절삭속도, 표면마감, 공구수명에 대한 가중평균을 측정하여 결정합니다.기계가공성 등급이 100% 미만인 재료는 B1112보다 기계가공하기가 더 어렵고 값이 100% 이상인 재료는 더 쉽습니다.

Machinability Rating=(공구 수명 60min의 공작물 가공 속도)/(표준 금속 가공 속도)

가공가능성 등급은 Taylor 공구수명식 V ${\displaystyle T^{}}$ n ${\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle C}${ $display style$ VT$^{n$} =$C}$와$$연계하여 절삭속도 또는 공구수명을 결정할 수 있습니다.B1112의 공구수명은 100sfm의 절삭속도로 60분인 것으로 알려져 있습니다.소재의 가공가능성이 70%인 경우, 동일한 공구수명(60분)을 유지하기 위해서는 절삭속도가 70sfpm이어야 한다고 판단할 수 있습니다(같은 공구를 ^[1]사용한다고 가정).

강철

강철의 탄소 함량은 기계성에 큰 영향을 미친다.고탄소강은 견고하고 절삭공구를 마모시키는 탄화물을 함유할 수 있기 때문에 기계가공이 어렵습니다.반면 저탄소강은 너무 부드러워서 골칫거리입니다.저탄소강은 "거미"로 절삭 공구에 밀착되어 공구 수명을 단축하는 조립 모서리가 형성됩니다.따라서 강철은 중간량의 탄소로 약 0.20%^[5]의 최고의 기계성을 가지고 있습니다.

크롬, 몰리브덴 및 기타 합금 금속은 강도를 높이기 위해 강철에 첨가되는 경우가 많습니다.그러나 이러한 금속의 대부분은 기계성도 감소시킵니다.

강철, 특히 산화물에 포함된 물질은 절단 공구를 마모시킬 수 있습니다.가공 가능한 강철에는 이러한 산화물이 없어야 합니다.

첨가물

절단하기 쉽게 강철에 첨가할 수 있는 금속과 비금속 모두 다양한 화학 물질이 있습니다.이러한 첨가제는 공구-칩 계면을 윤활하거나 재료의 전단 강도를 낮추거나 칩의 메짐성을 높임으로써 작용합니다.역사적으로 유황과 납은 가장 흔한 첨가물이었지만, 비스무트와 주석은 환경적인 이유로 점점 더 인기를 끌고 있다.

납은 절삭부에서 ^[10]내부 윤활유 역할을 하기 때문에 강철의 가공성을 개선할 수 있습니다.납은 전단 강도가 낮기 때문에 칩이 더 자유롭게 날붙이를 통과할 수 있습니다.강철에 소량 첨가하면 강철의 강도에 큰 영향을 주지 않으면서 가공성을 크게 개선할 수 있습니다.

유황은 절삭부에 저전단 강도 포함물을 형성하여 강철의 가공성을 향상시킨다.이러한 포함물은 강철을 약화시켜 더 쉽게 변형시키는 응력 상승제입니다.

스테인리스강

스테인리스강은 일반 탄소강에 비해 기계성이 떨어집니다. 왜냐하면 스테인리스강은 견고하고 끈적끈적하며 매우 빠르게 ^[5]경화되는 경향이 있기 때문입니다.강철을 약간 경화시키면 끈적임이 줄어들고 절단하기 쉬워질 수 있습니다.AISI 303등급과 416등급은 유황과 ^[11]인이 첨가되어 있어 기계 조작이 용이합니다.

알루미늄

알루미늄은 강철보다 훨씬 부드러운 금속이며, 알루미늄의 가공성을 개선하기 위한 기술은 일반적으로 알루미늄을 더 잘 부서지게 만드는 데 달려 있습니다.합금 2007, 2011 및 6020은 기계성이 ^[11]매우 우수합니다.

기타 자료

열가소성 수지는 열전도율이 ^[10]낮기 때문에 기계 가공이 어렵습니다.이는 절삭부에 열을 발생시켜 공구 수명을 저하시켜 플라스틱을 국소적으로 녹입니다.일단 플라스틱이 녹으면, 플라스틱에 의해 제거되지 않고 끝부분을 따라 흐릅니다.높은 윤활성 냉각수를 사용하여 절삭부위에 칩이 쌓이지 않도록 함으로써 가공성을 향상시킬 수 있습니다.

복합 재료는 플라스틱 수지의 열전도율이 낮고 섬유(유리, 탄소 등) 재료의 견고하거나 연마성이 뛰어나기 때문에 기계성이 가장 나쁜 경우가 많습니다.

고무 및 기타 부드러운 재료의 기계성은 액체 이산화탄소와 같은 매우 낮은 온도 냉각수를 사용함으로써 향상됩니다.절삭하기 전에 낮은 온도로 인해 재료가 변형이 되거나 첨단에 달라붙지 않도록 냉각합니다.따라서 공구의 마모가 줄어들고 가공이 쉬워집니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 가공 진동

메모들

레퍼런스

• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003). Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.). Wiley. ISBN 0-471-65653-4.
• Schneider, George Jr (2002). Cutting Tool Applications (PDF). Archived from the original (PDF) on November 30, 2006.

외부 링크

• 업계 간행물의 기계 가공성 평가