제 4 절 공구수명(tool life)

 1. 공구의 수명(工具 壽命)

 가공재료의 피삭성을 분석하거나 절삭공구의 성능을 분석하기 위해서는 절삭공구의 수명을 파악하는 것이 필요하다.

 절삭공구로 절삭가공을 할 때, 고온과 고압으로 인한 마찰력으로 공구가 마모되어 절삭성이 감소하고, 가공치수의 

정밀도가 낮아지고, 가공된 면의 표면 거칠기가 불량하게 된다.

 따라서 절삭공구 본래의 형상을 잃게 되며, 소요되는 절삭동력도 증가하게 된다. 이러한 현상이 어느 한계 값을 넘어서게

되며, 절삭공구를 교환하거나 또는 재 연삭하여야 한다.

 이와 같이 새로운 절삭공구로 가공물을 일정한 절삭조건으로 절삭을 시작하여 공구의 교환 또는 재 연삭을 할 때까지의 

실질적인 절삭시간의 합을 공구수명시간이라 하며, 단위는 분(min)으로 나타낸다.

 공구수명에 영향을 주는 요소로는 마모가 가장 주요한 원인이며, 절삭열도 원인이 된다.

 일반적으로 이러한 원인의 결과로는 절삭공구의 경사면에 마모와 여유면의 마모, 치핑(chipping), 온도파손 등이 복합적으로 나타난다.

 경사면 마모는 초경합금이나 세라믹(ceramic) 공구보다는 고속도강 공구에서 더욱 뚜렷하게 나타난다.

 

 2. 공구 인선의 파손

 절삭공구는 가공물을 절삭할 때, 물리적, 화학적 반응으로 인하여 복합적인 마모가 발생하며, 일반적으로 다음과 같이

분류된다.

 가. 크레이터 마모(crater wear)

 칩이 처음으로 바이트 경사면에 접촉하는 접촉점은 절삭공구의 인선에서 약간 떨어져서 나타나며, 이 접촉점에서 마찰력이 적용하여 절삭공구의 상면 경사면이 오목하게 파여지는 현상을 크네이터 마로라 한다.

 크레이터 마모는 처음에 천천히 느린 속도로 성장하다가 어느 정도 크기에 도달하면 성장속도가 빨라진다.

 이러한 현상은 크레이터 면이 점점 거칠어지고, 칩의 흐름을 방해하는 저항이 커져서 마모작용이 증가하기 때문이다.

 크레이터 마모는 칩이 경사면 위를 칩이 미끄러져 나갈 때, 마찰력에 의하여 경사면이 오목하게 파여지므로 발생하는 현상이다.

 그레이터 마모는 유동형 칩에서 가장 뚜렷이 나타나며, 크레이터 마모 자체는 크게 문제가 되지 앉지만, 크레이터 마모가 커지면서 공구 인선이 약화되어 파손될 수 있다.

 일반적으로 초경합금 공구의 공구수명을 판정하는 크레이터의 깊이는 0.05~0.1㎜ 정도이다.

 크레이터 마모를 줄이기 위한 방법으로는

 ① 절삭공구 경사면 위의 압력을 감소시킨다. (경사각을 크게)

 ② 절삭공구 경사면 위의 마찰계수를 감소 시킨다. (경사면의 표면 거칠기를 양호하게 또는 윤활성이 좋은 냉각제 사용 등)

 

 나. 플랭크 마모(flank wear)

 절삭공구의 절삭면에 평행하게 마모되는 것을 의미하며, 측면(flank)과 절삭 면과의 마찰에 의하여 발생한다.

 주철과 같이 매진 재료를 절삭할 때나 분말상 칩이 발생할 때는 다른 재료를 절삭하는 경우보다 뚜렷하게 나타난다.

 절삭공구의 플랭크(flank)면과 가공물의 마찰에 의하여 플랭크면이 평행하게 마모되는 것을 의미한다.

 초경합금 공구수명을 결정하는 플랭크 마모의 폭을 나타내며, 일반적으로 마모 폭을 공구수명 판정의 기준으로 한다.

 

 다. 치핑(chipping)

 절삭공구 인선의 일부가 미세하게 탈락되는 현상을 치핑이라한다.

 치핑은 단속절삭과 같이 절삭공구 인선에 충격을 받거나 또는 충격에 약한 절삭공구를 사용할 때, 공작기계의 진동 등에 의해 절삭공구 인선에 가해지는 절삭저항의 변화가 큰 경우에 많이 발생한다.

 연삭숫돌로 연삭된 절삭공구의 인선은 고르지 못하고, 이러한 절삭 날에 절삭력이 작용하면 절삭속도에 관계없이 고르지 못한 인선이 파손된다.

 치핑은 충격력의 크기와 공구재료 절삭온도에서의 충격강도(impact strength)이며, 절삭공구의 재료적 결함이나 마모가

발생할 때 과열로 인하여 나타나는 미세한 균열(hair crack)이 원인이 되는 경우가 많다.

 초경공구, 세라믹(ceramic) 공구 등에 발생하기 쉽고, 고속도강 같이 점성이 큰 재질의 절삭공구에는 비교적 적게 발생한다. 크레이터 마모나 플랭크 마모는 서서히 진행되는 마모인데 비하여, 치핑은 충격적인 힘을 받을 때, 발생하는 현상이다.

 

 라. 온도파손(temperature tailure)

 절삭공구의 경도, 강도는 절삭온도에 따라 변화 한다.

 절삭할 때, 절삭속도가 증가하면 절삭온도는 상승하고, 마모가 증가한다.

 마모가 증가하면 절삭공구에 압력 에너지가 증가하고, 절삭공구 날이 약해져서 결국 파손이 발생한다.

 이러 현상은 마모가 발생한 절삭공구로 절삭을 계속할 때, 불꽃(spark)이 발생하는 것으로 쉽게 알 수 있다.

 절삭온도의 상승은 절삭공구의 수명을 감소시키는 원이 되며, 마모가 발생하면 절삭저항 증가한다.