304, 316 및 17-4 PH와 같은 가공 경화 합금을 가공하면 표준 절삭 공구가 손상됩니다. 스핀들 시간을 낭비하고 값비싼 부품을 폐기하고 툴링 예산을 낭비하게 됩니다. 스테인리스강은 작업 현장에 특정한 야금학적 장애물을 제시합니다. 끔찍한 열전도율을 가지고 있습니다. 절단으로 인한 열은 칩과 함께 떠나지 않고 공구 내부에 남아 있습니다. 오스테나이트 등급은 재료를 깨끗하게 자르는 대신 문지르면 즉시 가공 경화됩니다. 고무질이어서 플루트에 용접되어 사이클 중간에 공구가 부러지는 구성인선(BUE)이 발생합니다. 범용 절단기는 이러한 환경을 처리할 수 없습니다. 수익성 있는 스테인리스 가공에는 용도별 형상, 고급 코팅 및 견고한 설정이 필요합니다. 우리는 귀하의 특정 생산 실행에 필요한 정확한 툴링을 평가하고 선택하는 데 도움을 주기 위해 이 가이드를 만들었습니다. 플루트 수, 나선 각도 및 코팅을 정확한 재료 등급 및 공구 경로 전략에 일치시키는 방법을 배우게 됩니다.
예측 가능한 공구 수명은 작업 현장 수익성을 높여줍니다. 엄격한 치수 정확성과 기계에서 바로 깨끗한 표면 마감이 필요합니다. 예측 불가능성은 마진을 죽입니다. 절단기가 316L 블록 중간에 파손되면 경화된 표면이 남습니다. 이렇게 강화된 층은 바로 다음 단계에서 교체 도구를 파괴합니다. 우리는 갑작스러운 치명적인 고장 없이 도구가 예상 수명에 얼마나 일관적으로 도달하는지에 따라 성공을 측정합니다. 가공 경화, 열 과부하 및 재료 접착을 방지하도록 설계된 도구를 사용하면 이를 달성할 수 있습니다.
변형 경화는 기계적 응력이 금속의 결정 구조를 변경할 때 발생합니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 이를 적극적으로 수행합니다. 도구가 재료를 깨끗하게 물지 않고 문지르면 표면이 즉시 굳어집니다. 기본적으로 갑옷 레이어를 만듭니다. 불충분한 이송 속도, 마모된 모서리 또는 잘못된 릴리프 각도로 인해 이러한 마찰이 발생합니다. 날카로운 절삭날을 유지해야 합니다. 공격적인 칩 로드도 필요합니다. 목표는 이전 패스에서 남겨진 작업 경화 영역 아래를 지속적으로 절단하는 것입니다.
알루미늄과 탄소강은 절삭열을 칩으로 전달합니다. 스테인레스 스틸은 단열재 역할을 합니다. 열 흡수를 거부합니다. 이로 인해 열 부하가 절삭날에 직접적으로 가해집니다. 국부적인 극심한 열은 표준 인쇄물의 품질을 빠르게 저하시킵니다. 가장자리에 소성 변형이 발생하고 측면 마모가 빠르게 발생합니다. 특수 툴링은 고내열성 기판과 고급 PVD(물리 기상 증착) 코팅을 사용하여 이러한 열 부하를 처리합니다. 또한 형상은 포켓에 열이 쌓이기 전에 칩을 빠르게 배출하는 역할도 합니다.
300 시리즈 스테인리스강은 끈적끈적하기로 악명이 높습니다. 높은 압력과 높은 열로 인해 미세한 공작물 입자가 경사면에 압력 용접됩니다. 우리는 이것을 BUE(Build-Up Edge)라고 부릅니다. BUE는 도구의 효과적인 형상을 변경합니다. 가장자리가 무뎌지고 절단력이 급증합니다. 결국, 용접된 재료가 파손됩니다. 그렇다면 일반적으로 카바이드 가장자리의 미세한 덩어리가 필요합니다. 우선 재료가 달라붙는 것을 방지하는 고윤활성 코팅과 광택 플루트를 사용하여 BUE를 방지합니다.
기판 재료에 따라 성능 한계가 결정됩니다. 고속강(HSS)은 스테인리스강 열 부하에 필요한 적색 경도가 부족합니다. HSS는 최신 CNC 생산에 비해 너무 빨리 변형되고 둔해집니다. 코발트(M42)는 HSS보다 열을 약간 더 잘 처리하고 엉성한 설정에 대한 인성을 제공합니다. 그러나 코발트는 여전히 장기간에 필요한 내마모성이 부족합니다. 솔리드 초경은 고속 스테인리스 가공을 처리할 수 있는 유일한 모재입니다.
CNC 응용 분야에서는 스테인레스강용 초경 엔드밀은 필수 산업 표준입니다. 솔리드 초경은 탁월한 가로 파단 강도와 뛰어난 내마모성을 제공합니다. 고온에서도 구조적 무결성을 유지합니다. 이러한 강성은 심한 절단 중에 도구 편향을 막아 부품의 공차를 유지합니다. 또한 초경 기판을 사용하면 SFM(분당 표면 피트)을 훨씬 더 높일 수 있습니다. 이로 인해 고속도강에 비해 사이클 시간이 대폭 단축됩니다.
선불 가격을 기준으로 도구를 구매하면 제조 비용이 부풀려집니다. 고체 초경은 초기에 코발트보다 비용이 더 많이 듭니다. 그러나 MRR(재료 제거율)의 엄청난 증가로 인해 이러한 투자가 빠르게 상쇄됩니다. 프리미엄 초경 공구는 코발트 공구 이송 속도의 3~5배로 작동합니다. 또한 절단된 부분에 더 오래 머물게 됩니다. 부품당 단가를 계산해야 합니다. 더 짧은 사이클 시간, 더 적은 공구 교체, 더 낮은 폐기율을 고려하세요. 고성능 초경이 이 계산에서 지속적으로 승리합니다.
플루트 수는 코어 강도와 칩 배출 공간을 결정합니다. 기존의 2날 또는 3날 디자인에는 스테인리스의 편향을 방지할 수 있는 코어 강성이 부족합니다. 황삭 및 프로파일링에 적합한 지점은 4~5개 플루트입니다.
스테인레스 응용 분야의 플루트 수 비교
| 플루트 수 | 주요 응용 분야 | 코어 강도 | 칩 배출 | 가능성 이송 속도 |
|---|---|---|---|---|
| 4개의 플루트 | 중황삭, 풀슬로팅 | 높은 | 훌륭한 | 보통의 |
| 5개의 플루트 | HEM, 다이나믹 밀링, 프로파일링 | 매우 높음 | 좋은 | 높은 |
| 6개 이상의 플루트 | 가벼운 마무리 패스만 | 최고 | 가난한 | 매우 높음 |
도구 경로 전략에 따라 필요한 형상이 결정됩니다. 무거운 슬로팅에는 밀폐된 절단부에서 칩을 빼내기 위해 특수한 끝 형상과 큰 플루트 밸리가 필요합니다. 304SS의 공격적인 사이드 밀링에는 최대의 강성이 필요합니다. 사이드 밀링용으로 제작된 공구는 코어가 더 두껍고 특정 반경 방향 릴리프가 있습니다. 이는 편향이나 스냅 없이 높은 측면 절삭력을 처리하는 데 도움이 됩니다.
견고한 합금을 가공하면 종종 떨림이 발생합니다. 채터(Chatter)는 표면 마감을 손상시키고 가장자리를 마이크로 칩으로 만들고 마모를 가속화하는 자진 진동입니다. 표준 공구는 균일한 간격의 홈과 일정한 나선 각도를 가지고 있습니다. 이는 금속에 리드미컬한 충격을 가해 공명 주파수를 설정합니다.
가변 피치는 절삭날 사이의 간격이 동일하지 않음을 의미합니다. 가변 나선은 플루트 길이에 따라 나선 각도를 변경하는 것을 의미합니다. 이러한 디자인은 리드미컬한 영향을 방해합니다. 재료에 들어가는 각 가장자리의 타이밍을 변경합니다. 이는 고조파를 약화시키고 채터링을 제거합니다. 공구 압력이 낮아지고 가공 경화가 줄어들며 더 깊은 축 방향 절삭이 가능해집니다.
날카로운 90도 코너는 모든 커터에서 가장 약한 지점입니다. 고전단 응용 분야에서는 무거운 하중을 받으면 날카로운 모서리가 미세 파손됩니다. 코너가 부서지면 공구가 빨리 죽습니다. 모서리 반경이 있는 도구를 사용하면 모서리가 강화됩니다. 반경은 더 넓은 영역에 걸쳐 절삭력을 분산시킵니다. 이는 심한 황삭 작업 중에 치핑을 방지하고 공구 수명을 연장시킵니다.
코팅되지 않은 탄화물은 스테인리스강에서 빠르게 분해됩니다. 강렬한 열로 인해 열 균열이 발생합니다. 윤활성이 부족하면 즉각적인 재료 용접이 발생합니다. 고급 물리 기상 증착(PVD) 코팅은 열 장벽 및 건조 윤활제 역할을 합니다. 도구가 금속과 상호 작용하는 방식을 변경합니다.
TiAlN은 일반 스테인리스 가공에 매우 적합합니다. 주요 장점은 높은 산화 온도입니다. 절단 온도가 상승하면 코팅의 알루미늄이 표면으로 이동합니다. 이는 미세한 산화알루미늄 층을 형성합니다. 이 세라믹 층은 열을 칩으로 다시 반사하여 탄화물을 보호합니다. TiAlN은 416 또는 17-4 PH와 같이 더 강하고 점착성이 적은 마르텐사이트 등급에 탁월합니다.
AlCrN은 극도의 내열성과 높은 윤활성을 위한 프리미엄 선택입니다. 크롬을 첨가하면 TiAlN에 비해 마찰 계수가 낮아집니다. 304 및 316L과 같은 고무성 오스테나이트 등급에는 높은 윤활성이 필수입니다. AlCrN은 칩이 경사면에 융착되는 것을 방지하는 매끄러운 표면을 제공합니다. 이는 내장형 가장자리(BUE)를 제거합니다. 또한 더 높은 열 부하를 처리하므로 공격적인 HEM 매개변수에 적합합니다.
최고의 제조업체는 미세 형상을 조정하여 스테인리스 전용 라인을 설계합니다. 이들은 경도와 인성의 균형을 맞추기 위해 서브 미크론 카바이드 입자 구조를 사용합니다. 편심 릴리프 각도를 적용하여 마찰을 최소화하면서 강한 모서리를 제공합니다. 브랜드 이름을 살펴보세요. 특정 경사각과 코어 직경을 분석합니다.
스테인레스 스틸은 다르게 작동합니다. 오스테나이트 등급은 끈적끈적합니다. 재료를 깨끗하게 절단하려면 더 높은 경사각이 필요합니다. 이렇게 하면 금속이 가장자리 위로 찢어지거나 접히는 것을 방지할 수 있습니다. 마르텐사이트 또는 석출 경화 강철은 더 단단하고 끈적임이 적습니다. 이러한 경질 재종에 최적화된 공구는 더 높은 절삭력을 처리하기 위해 약간 더 낮은 경사각과 더 두꺼운 코어를 사용합니다.
많은 브랜드에서 모든 철강에 사용되는 고성능 공구를 판매합니다. 이것들은 연강에서는 잘 작동하지만 스테인레스에서는 종종 실패합니다. 재료별 도구는 스테인레스 합금의 정확한 전단 각도와 열 특성을 위해 설계되었습니다. SUS 소재 그룹용으로 특별히 제작된 도구를 사용하면 모서리 선명도와 구조적 강도의 적절한 균형을 얻을 수 있습니다.
귀하의 생산 환경에 맞게 도구를 선택하세요. 장기간의 소등 제조에서는 공정 신뢰성이 가장 중요합니다. 사이클 중간 오류를 방지하려면 고급 AlCrN 코팅과 가변 형상을 갖춘 프리미엄 도구가 필요합니다. 단기 프로토타입을 제작하는 작업장에서는 중간 수준의 성능 도구가 기능과 비용의 적절한 균형을 제공합니다. 가변 피치 디자인과 코너 반경이 여전히 있는지 확인하세요.
최고의 구매 스테인리스강용 엔드밀은 설정이 엉성하면 아무 의미가 없습니다. 속도, 이송, 절삭유 또는 공구 고정력이 잘못되면 프리미엄 커터도 값싼 커터만큼 빠르게 실패합니다. 도구 주변의 프로세스를 최적화해야 합니다.
너무 느리게 실행하면 작업이 강화됩니다. 공격적인 칩 로드를 계산해야 합니다. 절삭날은 이전 패스에서 남겨진 가공 경화층 아래로 침투해야 합니다. 고효율 밀링(HEM) 전략은 낮은 반경 방향 절입 깊이와 높은 축 방향 절입 깊이를 결합합니다. 이를 통해 분당 표면 피트(SFM)를 훨씬 더 높일 수 있습니다. HEM은 전체 플루트 길이를 사용하고 마모를 고르게 분산시키며 방사형 칩 박화를 사용하여 높은 이송률을 안전하게 유지합니다. 예를 들어, HEM을 사용하여 1/2인치 5날 AlCrN 코팅 공구로 304 스테인리스를 황삭 가공할 때 10% 방사형 스텝오버를 활용하여 0.003 IPT 칩 부하로 350 SFM에서 시작할 수 있습니다. 100% 반경 방향 맞물림을 갖춘 기존 슬롯 가공 공구 경로로 전환하는 경우 열 발생을 견디기 위해 해당 SFM은 약 150 SFM으로 급격하게 낮아져야 합니다.
스테인리스강의 칩을 다시 절단하면 도구가 파손됩니다. 칩은 가공 경화되고 마모성이 있습니다. 표준 플러드 절삭유는 깊은 포켓에서 칩을 배출하는 압력이 부족합니다. 고압 절삭유(HPC)를 적극 권장합니다. 절삭 영역의 칩을 즉시 제거합니다. 단, 열충격에 주의하세요. 일관성 없는 절삭유 도포는 초경의 급격한 가열 및 냉각을 유발하여 미세 균열을 발생시킵니다. HPC가 부족한 경우 MQL(Minimum Quantity Lubrication)과 결합된 공기 분사가 약한 플러드 냉각수보다 더 잘 작동하는 경우가 많습니다.
공구 홀더 강성은 공구 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 표준 ER 콜릿은 과도한 런아웃을 발생시킵니다. 0.0005인치의 런아웃이라도 하나의 플루트에 막대한 칩 부하를 가하게 됩니다. 이로 인해 고르지 않은 마모, 떨림 및 조기 고장이 발생합니다. 초경 공구를 최대한 활용하려면 열박음 홀더, 유압 척 또는 고정밀 밀링 척을 사용하십시오. 이는 최대 파지력과 거의 0에 가까운 런아웃을 제공합니다.
주기가 시작되기 전에 안정적인 프로세스를 보장하려면 다음 단계를 따르세요.
올바른 도구를 사용하더라도 바닥에서는 문제가 발생합니다. 커터의 마모 패턴을 인식하면 어떤 매개변수를 조정해야 하는지 정확히 알 수 있습니다.
일반적인 마모 패턴 및 해결 방법
| 고장 모드 | 시각적 표시기 | 근본 원인 | 시정 조치 |
|---|---|---|---|
| 측면 마모 | 절삭날 여유면을 따라 균일하게 마모됩니다. | 정상적인 마모이지만 과도한 SFM으로 인해 가속화됩니다. | 절삭 속도(SFM)를 줄입니다. 이송 속도를 유지하십시오. |
| 치핑 | 절단면이나 모서리를 따라 미세 균열이 발생합니다. | 강성이 부족하거나 이송이 과다하거나 모서리가 날카롭습니다. | 모서리 반경을 추가합니다. 런아웃을 확인하세요. IPT를 줄입니다. |
| 내장형 엣지(BUE) | 경사면에 용접된 공작물 재료. | 윤활성이 낮거나 절단 속도가 낮거나 끈적한 재질입니다. | SFM을 약간 늘립니다. AlCrN 코팅으로 전환합니다. 냉각수 흐름을 개선합니다. |
| 열분해 | 절삭날에 수직으로 균열이 발생합니다. | 일관되지 않은 절삭유 도포로 인한 열 충격. | 연속 고압 절삭유 또는 에어 블래스트를 이용한 건식 가공으로 전환하십시오. |
가공 경화 합금을 가공하려면 범용 툴링을 버려야 합니다. 이 작업에 가장 적합한 커터는 프리미엄 솔리드 초경입니다. 이 제품은 4~5개의 플루트, 가변 피치, 가변 나선 형상 및 AlCrN 또는 TiAlN과 같은 고급 코팅이 특징입니다. 코너 반경으로 모서리를 보호하면 중황삭 작업 시 수명이 연장됩니다. 구매하기 전에 가공 환경을 점검하십시오. 정확한 스테인레스 등급을 확인하세요. 기계의 강성과 공구 고정 능력을 평가하십시오.
프로세스를 개선하려면 다음 단계를 따르세요.
A: AlCrN(알루미늄 크롬 질화물)과 TiAlN(티타늄 알루미늄 질화물)이 최고의 선택입니다. AlCrN은 탁월한 윤활성을 제공하므로 내장 모서리(BUE)를 방지하기 위해 304와 같은 고무질 오스테나이트 등급에 이상적입니다. TiAlN은 고열에서 보호 산화물 층을 형성하므로 더 단단한 마르텐사이트 등급에 탁월합니다.
A: 4플루트 공구는 기존 황삭 및 슬로팅 작업에서 코어 강도와 칩 배출의 최상의 균형을 제공합니다. 고효율 밀링(HEM) 및 프로파일링의 경우 5플루트 공구는 강성이 향상되고 훨씬 더 높은 이송 속도를 허용하므로 우수합니다.
A: 공구가 재료를 자르는 대신 재료를 문지르면 가공 경화가 발생하여 금속의 결정 구조가 변경됩니다. 날카로운 절단 모서리를 유지하고, 절단 부위에 머무르는 것을 피하고, 이전에 경화된 층 아래에서 지속적으로 절단하기 위해 공격적인 이송 속도를 사용하여 이를 중단하십시오.
A: 네, 하지만 올바르게 적용하세요. 고압 절삭유는 연마 칩을 제거하고 재절삭을 방지합니다. 그러나 일관되지 않은 적용으로 인해 초경에 열 충격과 미세 균열이 발생합니다. 높은 압력을 사용할 수 없는 경우 MQL(Minimum Quantity Lubrication)을 사용한 강력한 공기 분사가 매우 효과적입니다.
A: Gummy 304는 재료를 깨끗하게 절단하기 위해 더 높은 경사각이 필요하고 재료 융착을 방지하기 위해 AlCrN과 같은 고윤활성 코팅이 필요합니다. 더 단단한 17-4 PH에는 약간 더 낮은 경사각, 더 높은 절삭력을 견딜 수 있는 더 두꺼운 코어, TiAlN과 같은 내열 코팅이 필요합니다.
A: 날카로운 90도 모서리는 도구의 가장 약한 지점이며 높은 전단력 하에서 쉽게 미세 균열이 발생합니다. 0.015 또는 0.030인치와 같은 코너 반경을 가진 공구로 전환하면 날이 강화되고 절삭력이 분산되며 조기 치핑이 방지됩니다.
