칩의 형태와 생성에 대하여 공부하기

좌상 그림1, 우상 그림2, 좌하 그림3, 우하 그림4

칩의 형태와 생성에 대하여 알아보려고 한다. 칩의 생성기구와 형태, 그리고 공구수명 및 표면다듬질과 가공성능에 대한 칩 형태의 관계가 금속절삭에 있어서 중요하다.

칩의 형태와 생성

그림 1과 같이 세 가지 유형으로 분류된다. 불연속칩은 절삭공구 전방의 금속이 아주 작은 조각으로 파열되는 상태를 나타낸다. 이 형태의 칩은 주철과 청동 등의 대부분의 취약한 재료를 절삭할 때 나타난다. 이와 같은 칩이 나타날 때, 절삭날은  불규칙 면을 매끈히 하여 비교적 양호한 다듬질이 된다. 공구의 수명은 양호하며 공구파손은 일반적으로 공구 접촉면에 대한 마찰작용의 결과로 나타난다. 불연속칩은 연성재료를 절삭할 때도 마찰계수가 크면 나타난다. 그러나 연성재료에서 불연속칩이 나타나는 것은 절삭조건이 불량함을 나타낸다.

 

공구수명과 다듬질의 견지에서 이상적인 칩형태는 단순한 연속칩이고, 마찰계수가 낮은 연성재료를 절삭할 때 얻어진다. 이 경우, 금속은 연속적으로 변형되어 파단되지 않고 공구면을 따라 미끄러져 올라간다. 이 형태의 칩은 고속절삭에서 얻어지고, 초경합금공구로 절삭할 때 일반적이다. 연속칩은 간단하므로 절삭력의 견지에서 쉽게 해석할 수 있는 반면, 공에서 실이 풀려나오듯이 봉재로부터 나타나므로 취급하기 곤란하며 때로는 위험하기도 하다.

 

다른 형태의 칩은 매우높은 마찰계수를 갖는 연성재료를 절삭할 때 얻어지는 것이 특성이다. 공구가 절삭을 개시할 때, 어떤 재료는 높은 마찰계수 때문에 절삭날의 전방에 재료의 일부가 쌓인다. 몇 가지 공작물은 공구선단에 용착 되기도 하며, 구성인선이라고 알려져 있다. 절삭이 진행함에 따라, 칩이 이 구성인선 위를 흘러 공구면을 따라 올라간다. 주기적으로 이 구성인선의 적은 양이 분리되어 칩과 함께 탈락하거나 혹은 선삭된 표면에 박히기도 한다. 채터가 일어날 수 있다. 이 작용 때문에 표면거칠기는 연속형 칩보다 나쁘게 된다. 구성인선은 절삭도중 매우 일정하게 잔류할 수 있고 윗면경사각을 약간 바꾸는 효과가 있다. 그러나, 절삭속도가 증가함에 따라 구성인선의 크기는 감소하고 표면거칠기가 개선된다. 이 현상은 또한 칩두께를 감소시키거나 경사각을 증가시키면 감소하지만, 많은 연성재료에서 완전히 제거할 수는 없다.

 

금속절삭에서 나타나는 응력패턴의 모형을 그림2에 볼 수 있다. 이 그림은 밀랍을 50ft/min에서 절삭하는 것을 두 개의 영화 프레임으로 나타낸 것이며, 매초당 7200 프레임으로 촬영하였다. 선 사이의 간격은 0.05in.이다. 이 칩이 형성될 때 수직선 압축력의 작용을 나타내고 있다. 전단각은 45° 로 볼 수 있다.

 

어떤 연구자는 절삭일량의 97%가 열의 상태로 소산된다고 보고하고 있다. 그림 3은 열이 발생하는 세 구역을 나타낸다. 전단각이 증가할 때 전단면 A에 발생하는 열의 비율은 감소하는 데, 이는 금속의 소성유동이 더 짧은 거리에서 일어나기 때문이다. 전단각은 냉각제를 사용하거나, 공구를 적절히 연삭하거나, 칩과 공구 사이의 마찰을 감소시킴으로써 증가 시 킬 수 있다. 모든 절삭 변수 중에서 절삭속도가 온도에 가장 큰 영향을 준다. 금속제거율을 증가시키기 위해서는 속도를 증가시키는 것보다 이송을 증가시키는 것이 낫다.

 

칩의 처리

생산성이 높은 선삭에서, 칩의 제어와 처분은 작업자의 안전과 제품 및 공구의 보호를 위하여 중요하다. 길게 꼬인 칩은 기계와 공작물 둘레에 감기고 엉킨다. 칩의 날카로운 날과 높은 인장강도는 특히, 기계가 작동중일 때 제거하는 데 더 어려움이 있고 위험하다. 절삭공구 내에 있는 칩브레이커는 칩을 말아주고 높은 응력을 가함으로써 칩을 짧은 길이로 절단하고 따라서 쉽게 제거 할 수 있게 해 준다. 짧은 칩은 처리하기가 쉬우므로 바람직하다. 공구고정구 또는 공구에 마련된 각종의 칩브레이크를 그림 4에서 나타내었다. 칩처리 방법은 다음과 같다.

• 절삭날을 따라 공구 윗면에 깊이 0.015 내지 0.03in. 의 좁고 평탄한 면을 연삭한다. 이것을 계단형 칩브레이커라 한다.
• 절삭날 뒤편에 1/32in. 의 작은 홈을 깊이 0.01 ~ 0.02in. 로 연삭하거나, 분말야금기법으로 성형하는 것이 보편적인 방법이다. 
• 얇은 초경합금판 또는 클램프를 공구윗면에 용접하거나 나사고정하는 것이 삽입팀 공구에 사용된다. 
• 굽어지는 칩의 방향을 조정하는 공구각을 적절하게 선택하면 칩의 파단을 일으킬 수 있다.