기계 공작 칩의 생성과 구성인선

 1. 칩의 생성(chip formation)

 가공물이 절삭공구에 의해 절삭되는 모양은 매우 복잡하다.

그러나 어떠한 절삭방법을 사용해도 원리는 변하지 않는다. 가공물을 절삭할 때, 발생하는 칩 형태는 절삭공구의 형상,

절삭 깊이, 가공물의 재질, 절삭조건 등에 따라 다르다.

 어느 한 가지 조건이라도 부적당(不適當)하면 그 정도에 따라서 각각 다른 칩이 생성되고, 가공면의 표면 거칠기도 

나빠질 수 있다.

 침이 생성되는 4가지의 기본형태는 다음과 같다.

 

 가. 유동형 칩(flow type chip)

 칩(chip)이 경사면(top rake surface) 위를 연속적으로 원활하게 흘러 나가는 모양으로 연속 칩(continuous chip)이라고도 하며, 가장 이상적인 칩의 형태이다.

 절삭공구 선단부에서 칩은 전단응력(shear stress)을 받으며, 항상 미끄럼이 생기면서 절삭작용이 이루어지며 진동이

적고, 가공표면이 매끄러운 면을 얻을 수 있다.

 유동형 칩은 유동형 칩이 발생하는 조건으로는

 ① 연성의 재료(연강, 구리, 알루미늄 등)를 가공할 때

 ② 절삭 깊이가 적을 때

 ③ 절삭속도가 빠를 때

 ④ 경사각이 클 때

 ⑤ 윤활성이 좋은 절삭 유제를 사용할 때 유동형 칩이 발생한다.

 

 나. 전단형 칩(shear type chip)

 칩이 유동형처럼 경사면(top rake surface) 위를 원활하게 흐르지 못해서, 절삭공구가 칩(chip)을 밀어내는 압축력이 커지면서 발생하여 칩이 연속적으로 가공되기는 하나 분자사이에 전단이 일어나는 형태의 칩을 전단형 칩이라고 한다.

 전단형 칩은 칩의 두께가 수시로 변하게 되어 진동이 발생하기 쉽고, 표면 거칠기도 나빠진다.

 일반적으로 전단형 칩은 연성재료를 지속절삭(low speed cutting)으로 절삭할 때, 절삭 깊이가 클 때, 많이 발생한다.

 

 다. 경작형 칩(tear type chip)

 가공물이 경사면에 점착되어 원활하게 흘러 나가지 못하고, 절삭공구의 전진에 따라 압축되어 가공재료 일부에 터짐이 

일어나는 현상이 발생한다.

 절삭력으로 가공된 면이 뜯어낸 것과 같은 형태의 표면이나 땅을 파는 것과 같이 불규칙한 면으로 가공된다 하여 경작형 

칩이라 한다.

 일명 열단형 칩이라고 한다.

 

 라. 균열형 칩(crack type chip)

 주철과 같이 메진 재료를 저속으로 절삭할 때, 발생하는 칩의 형태로서 순간적인 균열이 발생하여 생기는 칩이다.

 균열이 발생하는 진동으로 인하여 절삭공구 인선에 치핑(chipping)이 발생하고 절삭 공구의 수명이 단축되며 가공된 면의

거칠기도 불량하게 된다.

 

 2. 절삭조건에 따른 칩의 형태

 가공재료를 연강을 하고 절삭속도를 일정하게 하면서, 절삭 깊이를 작게 하고 경사각을 크게 하면 유동형 칩이 발생된다는

것을 알 수 있다. 이와 같이 동일한 가공재료를 절삭해도 절삭조건에 따라 다른 형태의 칩이 발생한다는 것을 알 수 있다.

 

 3. 구성인선(built-up edge)

 가. 구성인선의 발생

 연 강, 스테인레스 강, 알루미늄 등의 연성 가공물을 절삭할 때, 절삭공구에 절삭력과 절삭열에 의한 고온, 고압이 작용하여 절삭공구 인선에 대단히 경하고 미소한 입자가 압착 또는 융착 되어 나타나는 현상이다.

 구성인선으로 인하여 공구각을 변화시키고, 가공면의 표면 거칠기를 나쁘게 한다.

 또 공구의 떨림현상으로 절삭공구 마모를 크게 하고 절삭에 나쁜 영향을 준다.

 이렇게 절삭공구 인선에 부착된 경한 물질이 절삭공구 인선을 대리하여 절삭하는 현상을 구성인선이라 한다.

 구성인선의 발생 과정은

 발생 → 성장 → 최대성장 → 분열 → 탈락의 과정을 반복한다.

 

 나. 구성인선을 이용한 절삭방법

 구성인선을 의도적으로 발생시켜서 절삭공구의 인선을 보호하고 절삭공구의 수명을 연장시키는 방법이 Hoshino에 

의하여 제안되었다.

 이 방법으로 절삭되는 칩의 색깔이 은백색으로 나타나기 때문에 SWC(silver white cutting method)라고 한다.

 공작기계의 발달, 절삭공구의 발달, 절삭유제의 발달로 인하여 최근에는 구성인선을 이용한 절삭방법을 사용하는 경우는

극히 제한적이며, 거의 사용하지 않는다.

 

 다. 구성인선의 방지대책

 가공물의 표면 거칠기를 나쁘게 하고 공구의 수명을 단축시키며 진동 발생의 원인이 되는 구성인선의 방지대책으로는

 ① 절삭 깊이(depth of cut)를 적게 할 것

 ② 경사각(rake angle)을 크게 할 것

 ③ 절삭공구의 인선을 예리(銳利 : 날카롭게)하게 할 것

 ④ 윤활성이 좋은 절삭 유제를 사용할 것

 ⑤ 절삭속도를 크게 할 것 등을 들 수 있다.

 일반적으로 구성인선이 발생하기 쉬운 절삭속도는 고속도강 절삭공구를 사용하여 저탄소강재를 절삭할 때 10~25 m/㎜ 이고, 120 m/㎜ 이상이 되면 구성인선(built-up edge)이 발생하지 않는다.

 따라서 절삭속도 120 m/㎜를 구성인선 임계속도라 한다.

경사각이 30˚ 보다 크면 구성인선이 발생하지 않지만 절삭공구의 인선이 약해지므로 실용적으로 사용하기는 어렵다.