공구수명에 대하여 공부하기

왼쪽부터 그림1, 그림2

공구수명에 대하여 알아보려고 한다. 공구를 재설치하고 맞추는 데 상당한 시간이 손실되므로 금속절삭에 있어서 공구수명은 중요하다. 절삭공구는 계속하여 사용되면 무디어지고 효율성이 떨어진다.

공구수명

어떤 시간에 공구를 교환하거나 분할하거나 재연삭 하고 재설치할 필요가 있다. 공구수명은 공구가 만족스럽게 절삭하는 시간의 길이에서의 척도이고, 피삭성과 같이 여러 가지 방법으로 측정된다. 보통 공구수명은 절삭공국 교환 사이의 분(minute)으로 표현된다. 절삭공구에 미치는 마멸은 다섯 가지의 기본적인 형태가 있다.

• 연삭마멸 : 이 형태는 공작물의 작은 입자가 공구표면을 "문질러서" 나타나는 것이다. 이 공구선단에서의 점진적인 마멸은 마멸구역의 형식에서 공구의 여유면에 보인다. 마멸은 또한 공구의 절삭면에서, 즉 크레이터로 발견된다.
• 응착마멸 : 소성변형과 마찰 때문에 절삭과정에서 나타나는 고온은 공작물과 공구의 표면에서 용착작용을 일으킨다. 절삭과정에 따라서 일어나는 응력은 용접부에 파단을 일으키게 하고 절삭공구의 악화를 초래한다.
• 확산마멸 : 확산마멸은 절삭요소의 금속결정 안의 원자가 한 격자점에서 다른 격자점으로 변위함으로써 나타난다. 이것은 공구표면의 점진적인 변형으로 된다.
• 화학적 및 전해마멸 : 절삭유제가 있을 때 공구와 공작물 사이의 화학적 반응이 화학적 마멸의 원인이 된다. 전해마멸은 공구와 공작물 사이에서 일어날 수 있는 전기적 부식의 결과이다.
• 산화마멸 : 고온에서, 초경합금의 산화는 강도를 감소시키고 절삭날의 마멸을 초래한다. 공구팀은 너무 연해져서 사용할 수 없고 빨리 파괴된다.

마멸은 그림1에서 나타낸 바와 같이 공고의 두 곳에서 분명하게 나타난다. 그 하나는 공구의 플랭크 위에 있는 데 작은 랜드가 윗면에서 아래쪽으로 확장되고, 절삭이 계속됨에 따라 침식된다. 고속도강 공구에서는 이 랜드가 0.062in. 일 때, 초경합금 공구에서는 이 마멸랜드가 0.03in. 에 도달할 때 공구의 파손이 발생하였다고 정의된다. 또 다른 마멸은 작은 크레이터 모양으로 공구 윗면에 나타난다. 이 크레이터는 공구 팁 뒤의 오목한 곳으로, 이 오목부는 칩이 공구면 위를 통과할 때 칩의 마멸작용으로 나타난다. 마멸은 공구의 끝에서, 열충격 균열로, 절삭날의 국부적인 파단으로 인한 치핑으로, 그리고 절삭깊이의 끝에서 절삭깊이 노칭으로 나타난다.

 

그림 1의 B에서, 공구의 플랭크 위에 랜드마멸의 진행량이 나타나 있고, 그것은 그림2 A에 작도된 길이이다. 예를 들면 알루미늄 봉재를 초경합금 공구로 선삭 할 때와 같이 경우에 따라서 어떤 절삭속도는 주목할 만한 마멸을 가져오지 않는다. 그림2 A에서 속도 V1을 주목하라. 1906년에 프레드 테일러는 공구의 수명과 절삭속도 사이의 관계를 다음 식과 같이 보고하였다.

 

VTⁿ = C

여기서,

• V = 절삭속도(ft/min)
• T = 공구수명
• n = 절삭조건에 따른 지수로 실험적으로 구해짐
• C = 공구수명 1분에 대한 절삭속도 상수로 실험적으로 구해짐

절삭속도가 증가함에 따라 공구수명은 감소하므로 공구수명곡선은 제거되는 금속의 절삭속도(ft/min)에 대하여 분으로 표시된 공구수명으로 작도된다. 어떤 경우에 공구수명은 표면거칠기 측정에 의하여 결정되고, 다른 경우에 공구동력계에서 힘의 증가에 의하여 결정된다.

 

테일러의 공구수명곡선이 그림2 B에 나타낸다. 절삭속도가 V₄인 경우에 대하여 시험을 하고, 마멸랜드의 특정한 한계치, 예를 들면 총경합금 공구에 대하여 0.03in. 의 랜드마멸한계에 도달하는 데 걸리는 시간을 작도한다. 이러한 곡선의 합성이 그림 2 B에 나타내어진다. 여러 가지 절삭속도에 대하여 0.03in. 와 같은 랜드마멸의 지정된 표준량에 도달하기까지 걸린 시간이다.

 

절삭속도가 대수-대수 용지에 공구수명의 함수로서 작도될 때 그림2 C에 나타낸 바와 같이 직선이 되는데, 이것이 공구수명곡선이다. 그림 2 C에 보이는 식을 사용하거나 통계적 방법에 의하여 지수 n을 결정할 수 있다. 실험적 공구수명계수는 표준상태하의 금속절삭시험의 대수 값의 통계적 시험치 와 플랭크 마멸이 회전속도에 대한 특정한계치에 도달하는 시간을 기록하여 결정된다. 이 시험은 통상적으로 선반에서 선삭작업으로 수행된다.