정렬이 강 선삭 가공에 미치는 영향

금속 가공 산업에서 일반적인 오해 중 하나는 강 가공이 간단하다는 것이다. 숙련된 기계 기술자들은 ISO P 강의 선삭 가공이 결코 간단하지 않다는 사실을 안다. 여러 우려사항 중 첫 번째는 연성 저탄소강에서 고합금강에 이르기까지 ISO P 소재의 범위가 넓다는 것이다.

두 번째로 강 소재별로 경도 차이가 크다는 것이다. 이처럼 작업 유형이 다양하기 때문에 현장의 가공 조건도 천차만별이다.

분명한 사실은 강 선삭 가공 자체가 까다로울 뿐만 아니라 모든 변수를 고려했을 때 ISO P 강의 광범위한 특성에 부합하는 재종을 선택하기는 더욱 어렵다.

팔방미인 재종

이러한 재종은 내파괴성이 가장 중요하다. 절삭날은 절삭 영역의 높은 온도로 인해 발생하는 소성 변형을 방지하는 데 필요한 경도를 갖추고 있어야 한다.
또한 재종에 전면 마모, 상면 마모 및 구성인선을 방지하는 코팅을 적용해야 한다. 코팅이 모재에 점착되어야 한다는 점이 중요하다. 그렇지 않을 경우 모재가 노출되어 빠르게 손상된다.

이러한 요구사항들을 고려하면 작업에 맞는 강 선삭 재종을 선택할 때 정보에 기반해 올바른 결정을 내리려면 강 선삭 재종의 구조를 이해해야 한다.

초경 인서트의 구조

모든 초경 재종에는 모재라고 알려진 초경 합금이 포함되어 있다. 모재는 재종의 인성과 강도를 결정한다. 소성 변형에 대한 내성도 모재에 따라 결정된다.
일반적으로 초경 합금 모재는 탄질화 티타늄(TiCN), 알루미나(Al2O3), 질화 티타늄(TiN) 등 인서트에 날 인성, 점착성 및 내마모성을 제공하는 여러 층의 코팅으로 덮여 있다. 코팅 층을 설계할 때 전면 마모, 상면 마모, 구성인선 등 다양한 마모 유형에 대한 내성, 모재 점착성, 공구 수명 향상 등 다양한 요소를 고려해야 한다.

로마의 방패벽

기존의 알루미나 코팅은 결정 성장 방향이 그림 1a와 같이 일정하지 않다. 그림 1b의 노란색 부분처럼 모든 결정이 동일한 방향으로 배열되도록 코팅 층에서 결정 성장을 제어하면 내마모성이 탁월해진다.

로마의 역사를 살펴보면 결정 정렬의 효과를 쉽게 이해할 수 있다. 고대 로마 군단은 포위되면 방패벽을 구축했는데 이를 테스투도(Testudo) 대형이라고 부른다. 이 대형은 취약한 빈틈이 없도록 모든 방패로 촘촘하게 벽을 쌓는다. 방패벽은 로마군이 진격하는 동안 공격을 막는데 도움이 되었다.

코팅 층의 결정 정렬도 비슷한 역할을 한다. 빈틈없게 채워진 단방향 결정이 방패 역할을 해 절삭 영역의 불리한 조건에 더욱 효과적으로 저항한다.

단방향 결정

샌드빅 코로만트의 R&D 전문가들은 가장 강한 부분이 상단 표면을 향하도록 모든 결정을 동일한 방향으로 배열하기 위해 알루미나 코팅에서 결정 성장을 제어하는 방법을 찾아냈다. Inveio® 코팅이라고 부르는 이 특허 기술은 인서트의 내마모성과 수명을 한 차원 높이는 혁신적인 기술이다.

빈틈없게 채워진 단방향 결정은 절삭 영역과 칩을 향해 강한 장벽을 형성한다. Inveio®가 적용된 재종은 상면 마모와 전면 마모에 대한 내마모성이 크게 향상된다. 또 다른 효과는 열이 절삭 영역으로부터 더욱 빠르게 방출되어 절삭날 수명이 길어진다는 점이다. 결과적으로 공구 수명이 길어지고 예측 가능해진다.

샌드빅 코로만트의 최신 강 선삭 재종 GC4415와 GC4425에 적용된 2세대 Inveio® 기술에서는 단방향 코팅의 이점이 더욱 향상되었다. 결정 방향이 개선되어 성능과 내마모성이 크게 향상되었다.

단속 절삭

지금까지 인서트 재종을 선택할 때 먼저 고려해야 할 두 가지 사항인 모재와 코팅을 살펴보았다. 세 번째로 고려해야 할 사항은 단속 절삭 중의 성능이다. 이는 갑작스러운 인서트 파손을 방지하는 데 중요한 요건이다.
매우 미세하고 날카로운 세라믹 입자로 인서트 코팅에 충격을 주는 후처리 공정을 거친 인서트를 선택하는 것이 좋다. 코팅을 강화하기 위해 해머가 코팅을 친다고 상상해보자. 효과적인 후처리를 거친 인서트는 단속 절삭에서 뛰어난 성능을 발휘한다.

새로운 GC4415 및 GC4425 재종
샌드빅 코로만트는 최근 두 종의 새로운 ISO P 강 선삭 인서트 재종을 출시했다. 재종 GC4415와 GC4425는 대량 생산과 배치 생산을 수행하는 제조업체들에게 이상적인 제품이다.

Inveio® 기술로 강화된 새로운 모재를 적용한 이 두 재종은 뛰어난 성능과 내마모성을 제공한다. 또한 재종에 새로운 후처리 기술을 적용한 덕분에 단속 절삭에서 성능이 향상되어 갑작스러운 파손을 방지하고 두 인서트 재종 모두 광범위한 작업에서 경쟁사의 제품을 능가하는 성능을 보여준다.
고객들은 이 재종들을 사용한 결과 절삭 속도(vc)와 이송률(fn)을 높일 수 있었다. 한 일반 엔지니어링 업체는 GC4425 인서트를 사용해 여러 방향에서 4140 선조질강 가공물의 외경 황삭 가공을 수행했다. 이 고객은 동일한 공정에서 경쟁사의 ISO 인서트를 사용했을 때와 비교해 100% 생산성 증가, 50% 사이클 시간 단축 그리고 30% 비용 절감이라는 효과를 누릴 수 있었다.

ISO P 강의 가공은 까다롭다. 재종을 선택할 때 모재 인성이나 재료 과학과 툴링 기술의 기술적 혁신 같은 몇 가지 고려사항을 염두에 두면 강 선삭 가공의 효율성과 가공 현장의 전반적인 생산성에 큰 차이를 만들 수 있다.