절삭 공구

1. 절삭공구의 구비 조건

 공작기계를 이용한 절삭가공에서 가공의 효율성을 결정하는 중요한 요인 중에 하나가 절삭공구의 재질이다.

 절삭을 할 때, 절삭공구의 재질이다.

 절삭을 할 때, 절삭공구 일부에 높은 압력과 마찰에 의한 절삭열로 인하여 공구의 인선에 마모가 발생한다.

 절삭가공을 능률적으로 향상시키기 위해서는 공구의 수명을 길게 하고, 절삭속도와 이송속도의 향상이 요구된다.

 따라서 일반적으로 요구되는 절삭공구의 조건은 다음과 같다.

 

 (1) 공온경도(hot hardness)

 절삭가공의 효율성을 높이기 위해서 빠른 절삭속도와 빠른 이송이 요구된다.

 하지만 절삭속도가 높아지면 절삭으로 인한 마찰열이 높아지므로 고온에서도 경도가 저하되지 않고 절삭할 수 있는 고온경도가 필요하다.

 (2) 내마모성(resistance wear)

 절삭공구로 가공재료 절삭할 때, 절삭공구와 가공재료의 마찰에 의하여 절삭공구의 표면이 미세하게 소모되는 현상을 

 마모라고 한다.

 마모에 대한 강도를 내마모성이라 하며, 절삭공구는 내마모성이 필요하다.

 

 (3) 강인성(toughness)

 절삭공구로 가공재료를 절삭할 때, 충격 등의 큰 외력을 받으면 파괴된다.

 이때 충격에 대한 재료의 저항을 강인성이라 하며, 절삭공구는 외력에 의해 파손되지 않고 잘 견딜 수 있는 강인성이

 필요하다.

 

 (4) 저마찰(low friction)

 절삭할 때, 칩이 절삭공구와 마찰을 하게 되는데, 마찰계수가 적을수록 경제적이고 효율성이 높은 절삭을 할 수 있다.

 따라서 절삭공구는 저마찰 성이 필요하다.

 

 (5) 성형성이 좋고, 가격이 저렴해야 하는 구비조건을 갖추어야 한다.

 

 2. 절삭공구 재료의 종류

 절삭공구 재료로서 가장 오랜 역사를 갖고 있는 것은 탄소 공구강이며 지금까지 여러 가지의 공구재료가 사용되어 왔다. 새로운 재료의 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일반적으로 사용되는 절삭공구의 재료를 살펴보면 다음과 같다.

 

 가. 탄소 공구강

 탄소량이 0.6~1.5% 를 함유한 고품질의 탄소강이며, STC 1종 ~ STC 7종으로 분류한다. 절삭공구로는 1종~3종이 주로 

사용된다.

 고온경도가 낮고 공구의 인선이 300℃가 되면 경도가 저하되고 사용이 곤란하게 된다.

 절삭공구재료의 발달로 최근에는 사용이 적고, 저속이나 총형공구 등의 특수한 경우에 사용된다.

 탄소 공구강은 경화층이 얇고, 중심부는 비교적 무르고 강인성(toughness)을 갖는데 이것은 탄소 공구강의 중요한 성질이다.

 

 나. 합금 공구강(alloy tool steel)

 경화능을 개선하기 위하여, 탄소량이 0.8~1.5% 정도를 함유한 탄소 공구강에 소량의 크롬(Cr), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 바나듐(V) 등의 원소를 첨가한 강이다.

 탄소 공구강보다는 절삭성이 우수하고, 내 마멸성과 고온경도가 높다.

 저속 절삭용, 총형 절삭용 정도로만 쓰인다.

 절삭공구 인선의 온도는 450℃ 정도까지 사용할 수 있으며 W강, W-Cr강, Cr강 등이 쓰이며, 탄소 공구강에 비하여 절삭성이 좋고, 내마모성과 고온경도가 높다.

 

 다. 고속도강(high speed steel)

 고속도강은 W, Cr, V, Co 등의 원소를 함유하는 합금강을 뜻하며, 담금질 및 뜨임을 하여 사용하면 600℃ 정도까지는 고온정도를 유지한다.

 고속도강은 1898년경 테일러(Taylor)가 개발하여 선반의 바이트(bite)로 처음 사용 하였다. 절삭속도가 탄소 공구강에 비하여 2배가 넘어, 당시에는 대단한 절삭공구였기 때문에 고속도강으로 명명되었다.

 고속도강의 특징은 고온경도가 높고 내마모성이 우수하며, 1250℃ 에서 담금질을 하고, 550~600℃ 에서 뜨임(tempering)을 하면 2차 경화가 발생한다.

 고온가열로 인한 표면의 산화 및 탈탄 방지를 위하여 염욕(salt bath)을 하는 것이 효과적이다.

 밀링커터, 드릴, 탭, 리머, 바이트, 엔드밀 등으로 사용되며 표준 고속도강과 특수 고속도강으로 구분한다.

 

 (1) 표준 고속도강

 W(18%) - Cr(4%) - V(1%)을 함유하는 고속도강을 18-4-1 표준 고속도강이라 한다.

 

 (2) 특수 고속도강

 표준 고속도강보다 우수한 절삭 성능을 얻기 위하여 Co 및 V의 함유량을 많이 첨가시킨다.

 코발트를 4~20% 첨가한 고속도강과 탄소함유량에 따라 바나듐 함유량을 증가시킨 고속도강 등이 있다.