절삭 공구 소재

소개

절삭 공구 소재와 재종 선택은 성공적인 금속 절삭 작업을 계획할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다.

올바른 선택을 하려면 각 절삭 공구 소재와 성능에 대한 기본 지식이 중요합니다. 가공물 소재, 가공물 유형 및 모양, 가공 조건, 각 작업별로 요구되는 표면 품질 수준 등을 고려해야 합니다.

이 섹션에서는 각 절삭 공구 소재, 장점, 사용 추천사항에 대한 정보를 제공합니다.

절삭 공구 소재별로 경도, 인성 및 내마모성의 조합이 서로 다르고, 특성에 따라 다양한 재종으로 구분됩니다. 일반적으로 성공적인 절삭 공구 소재는 다음 조건을 충족해야 합니다.

• 전면 마모와 변형에 저항하기 위한 경도
• 파손에 저항하기 위한 인성
• 가공물 소재와 반응하지 않음
• 산화와 확산에 저항하기 위한 화학적 안정성
• 급격한 온도 변화에 대한 저항성

코팅 초경 합금 절삭 공구 소재

• 코팅 – CVD
• 코팅 – PVD
• 초경 합금

코팅 초경 합금 절삭 공구 소재란?

현재 코팅 초경 합금은 모든 절삭 공구 인서트의 80-90%를 차지합니다. 성공적인 절삭 공구 소재가 된 이유는 내마모성과 인성의 조합이 우수하고 복잡한 모양으로 가공할 수 있기 때문입니다.

코팅 초경 합금은 초경 합금에 코팅을 적용한 것이고 함께 용도에 맞춤화된 재종을 형성합니다.

코팅 초경 합금 재종은 다양한 공구와 작업에 우선 추천됩니다.

코팅 - CVD

정의 및 특성

CVD는 Chemical Vapor Deposition(화학 기상 증착법)의 약자입니다. CVD 코팅은 700-1050°C의 온도에서 화학 반응에 의해 생성됩니다.

CVD 코팅은 내마모성과 초경 합금에 대한 점착력이 우수합니다.

최초의 CVD 코팅 초경 합금은 단층 티타늄 초경 코팅(TiC)이었습니다. 알루미나 코팅(Al2O3)과 질화 티타늄(TiN) 코팅은 나중에 소개되었습니다. 최근에는 초경 합금 인터페이스의 무결성 유지를 통한 재종 특성 향상을 위해 최신 탄질화 티타늄 코팅(MT-Ti(C,N) 또는 MT-TiCN, MT-CVD라고도 함)이 개발되었습니다.

최신 CVD 코팅은 MT-Ti(C,N), Al2O3 및 TiN의 조합입니다. 코팅 특성은 미세 구조 최적화와 후처리를 통해 점착성, 인성 및 마모 측면에서 지속적으로 개선되어 왔습니다. Inveio™ 기술을 참조하십시오.

MT-Ti(C,N) - 경도가 연마 마모에 대한 내성을 강화해 전면 마모가 감소합니다.

CVD-Al2O3 - 화학적으로 불활성이고 열전도도가 낮아 상면 마모에 대한 내성을 강화합니다. 또한 열 차단 역활로 소성 변형에 대한 내성을 향상시킵니다.

CVD-TiN - 내마모성을 향상시키고 마모 검출에 사용됩니다.

후처리 - 단속 절삭에서 날 인성을 향상시키고 점착 성향을 감소시킵니다.

가공 적용

CVD 코팅 재종은 내마모성이 중요한 다양한 작업에서 우선 추천됩니다. 이러한 작업으로는 두꺼운 CVD 코팅이 상면 마모에 대한 내성을 제공하는 강의 일반 선삭 가공과 보링 가공, 스테인리스강의 일반 선삭 가공, ISO P, ISO M, ISO K에서의 밀링 재종 사용 등이 있습니다. 드릴링 가공의 경우 CVD 재종은 일반적으로 외측 인서트에 사용됩니다.

코팅 – PVD

정의 및 특성

물리 기상 증착법(PVD) 코팅은 상대적으로 저온(400-600°C)에서 형성됩니다. 이 공정에는 예를 들어 질소와 반응해 절삭 공구 표면에 단단한 질화물 코팅을 형성하는 금속의 증발이 수반됩니다.

PVD 코팅은 코팅의 경도로 인해 재종의 내마모성을 강화합니다. 또한 코팅의 압축 응력이 날 인성과 빗살형 균열에 대한 내성을 강화합니다. Zertivo™ 기술을 참조하십시오.

주요 PVD 코팅 성분은 아래에서 설명합니다. 최신 코팅 기술은 이러한 성분을 순차적인 층이나 라멜라 코팅으로 조합한 것입니다. 라멜라 코팅에는 수많은 나노미터 범위의 얇은 층이 존재해 코팅을 더욱 단단하게 만듭니다.

PVD-TiN - 최초의 PVD 코팅은 질화 티타늄입니다. 다목적성이 우수하고 금색을 띱니다.

PVD-Ti(C,N) - 탄질화 티타늄은 TiN보다 단단하고 전면 마모에 대한 내성을 강화합니다.

PVD-(Ti,Al)N - 질화 알루미늄 티타늄은 경도와 내산화성이 우수해 전반적인 내마모성을 향상시킵니다.

PVD-oxide - 화학적 불활성과 상면 마모에 대한 내성 강화에 사용됩니다.

가공 적용

PVD 코팅 재종은 인성이 우수하고 날카로운 절삭날과 점착성 소재에 권장됩니다. 용도는 매우 광범위하고 모든 솔리드 엔드밀 및 드릴과 다양한 홈 가공, 나사 가공 및 밀링 가공용 재종이 포함됩니다. 또한 PVD 코팅 재종은 정삭 가공과 드릴링 가공에서 내측 인서트 재종으로도 광범위하게 사용됩니다.

초경 합금

정의 및 특성

초경 합금은 분말 금속 소재로, 텅스텐 초경(WC) 입자와 금속 코발트(Co) 함량이 높은 점결제로 구성됩니다. 금속 절삭용 초경 합금은 80% 이상의 경질상 WC로 구성됩니다. 특히 그라디언트 소결 재종에서는 부가적으로 입방정 탄질화물이 또 다른 중요 성분입니다. 분말 압착 기술이나 사출 성형 기술을 통해 초경 합금 바디를 형성한 다음 전체 밀도로 소결됩니다.

WC 입자 크기는 재종의 경도/인성 관계를 조정하는 가장 중요한 매개 변수 중 하나입니다. 해당 점결제 상 함량에서 입자 크기가 미세할수록 경도가 증가합니다.

코발트(Co) 함량이 높은 점결제의 양과 조성에 따라 재종의 인성과 소성 변형에 대한 내성이 조절됩니다. 동일한 WC 입자 크기에서는 점결제의 양이 증가할수록 재종의 인성이 증가해 소성 변형 마모가 더 쉽게 발생합니다. 점결제의 함량이 너무 낮으면 취성 소재가 될 수 있습니다.

γ 상이라고도 하는 입방정 탄질화물은 일반적으로 고온 경도를 강화하고 그라디언트를 형성하기 위해 첨가됩니다.

그라디언트는 향상된 소성 변형 내성과 날 인성을 결합하기 위해 사용됩니다. 절삭날에 농축된 입방정 탄질화물은 필요한 곳의 고온 경도를 향상시킵니다. 텅스텐 초경 함량이 높은 점결제는 균열과 칩 햄머링에 의한 파손을 방지합니다.

가공 적용

중립질에서 조립질의 WC 입자 크기

중립질에서 조립질의 WC 입자 크기는 초경 합금에 뛰어난 고온 경도와 인성의 조합을 제공합니다. 모든 영역을 위한 재종에서 CVD 또는 PVD 코팅과 함께 사용됩니다.

세립질 또는 초미립 WC 입자 크기

세립질 또는 초미립 WC 입자 크기는 절삭날의 강도를 더욱 강화하기 위해 PVD 코팅이 적용된 날카로운 절삭날에 사용됩니다. 또한 열적 및 기계적 반복 하중에 대한 내성이 뛰어납니다. 일반적인 용도로는 솔리드 초경 드릴, 솔리드 초경 엔드밀, 절단 및 홈 가공 인서트, 밀링 가공, 정삭 가공용 재종 등이 있습니다.

그라이언트가 적용된 초경 합금

이중 그라이언트 특성은 강 및 스테인리스강의 선삭 가공과 절단 및 홈 가공을 위한 다양한 우선 추천 재종에서 CVD 코팅과 함께 적용됩니다.

비코팅 초경 합금 절삭 공구 소재

비코팅 초경 합금 절삭 공구 소재란?

비코팅 초경 합금 재종은 전체 절삭 공구 구성에서 매우 작은 부분을 차지합니다. 이 재종은 순전히 WC/Co이거나 많은 양의 입방정 탄질화물을 함유합니다.

가공 적용

일반적으로 이 절삭 공구 소재는 HRSA(내열합금) 또는 티타늄 합금을 가공하거나 저속에서 고경도 소재를 선삭 가공하는 용도로 사용됩니다.

비코팅 초경 합금 재종의 마모 속도는 빠르지만 제어되고, 자생 작용(self-sharpening)이 있습니다.

서멧 절삭 공구 소재

서멧 절삭 공구 소재란?

서멧은 티타늄 계열 경질입자가 함유된 초경 합금입니다. 서멧(Cermet)이라는 이름은 세라믹(Ceramic)과 메탈(Metal)의 합성어입니다. 원래 서멧은 TiC와 니켈로 구성된 복합 소재였습니다. 최신 서멧은 니켈을 함유하지 않으며, 탄질화 티타늄 Ti(C,N) 코어 입자, 두 번째 (Ti,Nb,W)(C,N) 경질상 및 W 함량이 높은 코발트 점결제로 구성됩니다.

Ti(C,N)는 재종의 내마모성을 강화하고, 두 번째 경질상은 소성 변형에 대한 내성을 강화하며, 코발트의 양은 인성을 조절합니다.

초경 합금에 비해 서멧은 내마모성을 향상시키고 점착 성향을 감소시킵니다. 반면에, 압축 강도가 낮고 열 충격에 대한 내성이 떨어집니다. 내마모성의 향상을 위해 서멧에 PVD 코팅을 적용할 수도 있습니다.

가공 적용

서멧 재종은 구성인선이 문제가 되는 점착성이 있는 작업에서 사용됩니다. 장시간 절삭한 후에도 자생 작용(self-sharpening)하는 마모 패턴이 절삭 부하를 낮게 유지합니다. 정삭 가공에서는 긴 공구 수명과 정밀한 공차를 보장하고 광택이 나는 표면을 제공합니다.

일반적으로 스테인리스강, 구상흑연주철, 저탄소강 및 페라이트계 강재의 정삭 가공에 사용됩니다. 또한 모든 철 소재에서 문제 해결을 위해서도 서멧을 사용할 수 있습니다.

참고:

• 낮은 이송과 절입 깊이를 사용하십시오.
• 전면 마모가 0.3 mm에 도달하면 인서트 날을 교환하십시오.
• 절삭유 없이 가공해 열 균열과 파손을 방지하십시오.

세라믹 절삭 공구 소재

세라믹 절삭 공구 소재란?

모든 세라믹 절삭 공구는 높은 절삭 속도에서 내마모성이 뛰어납니다.

광범위한 가공 작업에서 사용할 수 있는 다양한 세라믹 재종이 있습니다.

산화물 세라믹은 산화 알루미늄 계열(Al2O3)이고, 균열 방지를 위해 지르코니아(ZrO2)를 첨가합니다. 이 소재는 화학적으로 매우 안정적이지만, 내열 충격성이 없습니다.

(1) 세라믹 복합체는 입방정 탄화물 또는 탄질화물(TiC, Ti(C,N))을 첨가해 입자를 강화한 것입니다. 그 결과 인성과 열전도도가 향상됩니다.

(2) 휘스커 강화 세라믹은 인성을 크게 높이고 절삭유를 사용할 수 있도록 탄화 규소 휘스커(SiCw)를 사용합니다. 휘스커 강화 세라믹은 Ni 계열 합금에 이상적입니다.

(3) 질화 규소 세라믹(Si3N4)은 또 다른 세라믹 소재 그룹으로, 긴 결정이 인성이 높은 자체 강화 소재를 형성합니다. 질화 규소 재종은 회주철에서 효과적이지만, 화학적 안정성이 부족하여 다른 가공물 소재에서 사용이 제한됩니다.

사이알론(SiAlON)은 자체 강화 질화 규소 조직의 강도와 향상된 화학적 안정성이 결합된 재종입니다. 사이알론 재종은 내열합금(HRSA)의 가공에 이상적입니다.

(1) 세라믹 복합체

(2) 휘스커 강화 세라믹

(3) 질화 규소 세라믹

가공 적용

세라믹 재종은 다양한 용도와 소재에 사용할 수 있고, 고속 선삭 가공뿐만 아니라 홈 가공과 밀링 가공에서도 자주 사용됩니다. 각 세라믹 재종의 특성을 제대로 적용하면 생산성을 높일 수 있습니다. 세라믹 재종의 사용 시기와 방법을 아는 것이 성공을 위해 매우 중요합니다.

세라믹의 일반적인 한계로는 내열 충격성과 파손 인성 등이 있습니다.

다결정 CBN(입방정 질화 붕소) 절삭 공구 소재

다결정 CBN(입방정 질화 붕소) 절삭 공구 소재란?

다결정 CBN(입방정 질화 붕소)은 고온 경도가 뛰어나 매우 높은 절삭 속도에서 사용할 수 있는 절삭 공구 소재입니다. 또한 인성과 내열 충격성이 우수합니다.

최신 CBN 재종은 CBN 함량이 40-65%인 혼합 세라믹 소재입니다. 세라믹 점결제는 화학적 마모에 약한 CBN의 내마모성을 높입니다. 또 다른 재종 그룹은 CBN 함량이 85%에서 거의 100%에 달하는 고함량 CBN 재종입니다. 이 재종은 인성을 높이기 위해 금속 점결제를 함유하고 있을 수 있습니다.

인서트를 형성하기 위해 초경 합금 캐리어에 CBN을 브레이징합니다. Safe-Lok™ 기술은 CBN 절삭 팁과 네거티브 인서트의 결합력을 더욱 향상시킵니다.

가공 적용

CBN 재종은 보통 경도가 45 HRc 이상인 고경도강의 정삭 선삭 가공에 사용됩니다. 55 HRc 이상에서 CBN은 기존의 연삭 방법을 대체할 수 있는 유일한 절삭 공구입니다. 45 HRc 이하의 연강은 더 많은 양의 페라이트를 함유하고 있어 CBN의 내마모성에 부정적인 영향을 줍니다.

CBN은 선삭과 밀링 모두에서 회주철의 고속 황삭 가공에도 사용할 수 있습니다.

PCD(다결정 다이아몬드) 절삭 공구 소재

PCD(다결정 다이아몬드) 절삭 공구 소재란?

PCD는 다이아몬드 입자를 금속 점결제와 함께 소결한 복합 소재입니다. 다이아몬드는 모든 소재 중에서 가장 경도가 높아 마모에 가장 강합니다. 절삭 공구 소재로서는 내마모성이 우수하지만 고온에서 화학적 안정성이 낮고 철에 쉽게 용해됩니다.

가공 적용

PCD 공구는 고 규소 알루미늄, 금속 매트릭스 복합 재료(MMC), 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 등의 비철 소재로 사용이 제한됩니다. 저압 절삭유와 함께 PCD를 티타늄의 슈퍼 정삭 가공에도 사용할 수 있습니다.

샌드빅 코로만트 재종

샌드빅 코로만트 인서트 및 재종 제품에 대한 정보는 여기에서 확인할 수 있습니다.

이 정보를 이용해 절삭 소재나 적용 영역에 맞는 인서트나 재종을 선택할 수 있습니다.