공구 및 매개변수는 여전히 성공적인 가공에 중요한 역할을 합니다.

소개

작업하는 부품, 공작물 재료 및 가공 프로세스가 크게 다르지만 모든 제조업체는 지정된 시간에 적절한 비용으로 원하는 품질의 특정 수의 공작물을 가공한다는 목표를 공유합니다.

제조업체는 일반적으로 도구 선택 및 적용으로 시작하여 사후 대응 기반으로 문제를 해결하는 좁은 관점의 모델을 따라 목표를 달성합니다. 이러한 접근 방식을 반대로 하면 비용이 절감되고 효율성이 향상됩니다. 문제가 발생할 때까지 기다렸다가 개별 가공 작업을 조정하는 대신 제조업체는 먼저 불량 부품과 가동 중지 시간을 제거하기 위한 사전 예방적 사전 계획에 집중해야 합니다. 안정적이고 신뢰할 수 있는 프로세스를 구축한 후 생산 경제학 개념을 적용하여 생산 속도와 제조 비용 간의 균형을 달성할 수 있습니다. 그런 다음 절단 도구와 가공 매개변수를 신중하게 선택하여 제조업체는 작업을 완전히 최적화하고 생산 목표를 달성할 수 있습니다.

공구 및 절삭 조건 선택

금속 절삭 공구 선택은 일반적으로 용도 지향적입니다. 작업장은 강철 또는 알루미늄과 같은 특정 공작물 재료를 가공하거나 황삭 또는 정삭과 같은 특정 작업을 수행하기 위한 공구를 찾습니다. 공구 선택에 대한 보다 유익한 접근 방식은 가공 작업이 제조업체의 비즈니스 전반에 어떻게 부합하는지를 고려하는 것에서 시작됩니다.

이러한 접근 방식의 첫 번째 우선 순위는 프로세스 안정성을 보장하고 거부된 부품 및 계획되지 않은 가동 중지 시간의 발생을 제거하는 것입니다. 일반적으로 설명되는 신뢰성은 규칙을 존중하는 문제입니다. 작업장이 절삭, 열 및 화학적 힘이 공구에 미치는 영향을 인식하고 존중하지 않으면 신뢰성이 공구 고장으로 대체됩니다.

안정적인 공정을 구축한 후 금속 가공 사업의 전반적인 목표에 맞게 금형 특성 및 절삭 조건을 선택해야 합니다. 예를 들어, 최소한의 비용으로 생산량을 최대화하는 것이 간단한 부품의 대량 생산에서 가장 중요한 고려 사항일 수 있습니다. 그러나 다른 한편으로 가치 있는 복잡한 부품의 다품종 소량 제조에서는 제조 비용을 다루기 전에 전체 신뢰성과 정확성을 강조해야 합니다. 유연성은 이러한 소규모 배치 시나리오에 적용되는 툴링 시스템의 요구 사항입니다.

비용 효율성이 주요 목표인 경우 절삭날당 낮은 비용을 기준으로 툴링을 선택해야 하며 절삭 조건의 선택은 해당 선택과 균형을 이루어야 합니다. 가공 매개변수는 긴 공구 수명과 공정 신뢰성을 강조해야 합니다. 반대로 공작물 품질이 최우선이라면 적절한 절삭 조건에서 적용되는 고성능 정밀 툴링이 올바른 접근 방식이 될 것입니다. 대상이 무엇이든 서로 다른 목표 세트는 서로 다른 절단 조건과 도구를 선택하게 합니다.

절단 조건 선택 및 조정

새 부품 가공의 초기 계획에서 공구 및 절삭 조건의 선택은 가공 방법, 공구 형상 및 공구 재료를 고려하여 시작해야 합니다. 가공되는 부품은 이러한 요구 사항을 크게 결정합니다. 예를 들어, 니켈 기반 항공우주 부품은 포지티브 형상 솔리드 초경 엔드밀을 사용한 프로파일 밀링을 지시할 수 있습니다. 선택은 생산 속도, 비용 및 공작물의 품질 측면에서 작업장의 기본 목표에 따라 결정되며 이러한 목표를 달성하기 위해 적용할 수 있는 절삭 깊이, 이송 속도 및 절삭 속도에 따라 다릅니다.

생산성, 경제성 또는 신뢰성 측면에서 더 나은 결과를 생성하기 위해 기존 부품 제작 작업을 수정하는 데 다른 선택 프로세스가 적합합니다. 이러한 경우 절삭 조건의 변경으로 시작하여 형상, 절삭 재료, 공구 개념 및 최종 가공 방법의 변경으로 시작하는 단계별 접근이 권장됩니다. 특히, 대부분의 공장은 반대 순서로 작업하며 가공 결과를 개선하려고 할 때 먼저 공구나 가공 방법을 변경하는 것을 고려합니다.

훨씬 쉽고 일반적으로 효과적인 초기 접근 방식은 절단 매개변수를 변경하는 것으로 시작됩니다. 절삭조건은 다양한 영향을 미치며, 절삭속도나 이송속도를 공칭량으로 변경하면 공구 교체에 드는 비용이나 시간 없이 문제를 해결하거나 생산성을 높일 수 있다.

절단 매개변수를 수정해도 원하는 효과가 나타나지 않으면 절단 도구의 형상을 변경할 수 있습니다. 그러나 이 단계는 단순히 매개변수를 변경하는 것보다 더 복잡하고 새로운 도구를 적용해야 하며 도구 및 기계 시간 비용이 증가합니다. 절삭 공구 재료의 전환은 또 다른 대안이지만 시간과 비용에 대한 더 많은 투자가 필요합니다. 절삭 공구나 홀더 자체를 교체해야 할 수도 있지만, 이는 주문 제작 공구로의 전환 가능성을 높여 제조 비용을 더욱 증가시킬 수 있습니다.

이 모든 단계를 수행해도 원하는 결과가 나오지 않으면 가공 방법을 변경해야 할 수 있습니다. 핵심은 실제로 어떤 요인이 원하는 결과를 낳는지 명확하게 하는 신중하고 단계별 방식으로 변경 사항을 탐색하는 것입니다.

빠르고 쉬운 접근 방식으로 보이기 때문에 많은 작업장에서 CAM 시스템을 사용하여 도구 선택을 안내합니다. 이 방법은 많은 경우에 효과적이지만 최적의 결과를 제공하지 못할 수 있습니다. CAM 시스템은 개별 작동 특성의 전체 범위를 고려하지 않습니다. 예를 들어 밀링 커터를 적용하는 것은 단순히 속도, 이송 속도 및 DOC를 연결하는 경우가 아닙니다. 최적의 적용에는 커터의 톱니 수, 칩이 잘 배출되는 정도, 공구 강도, 밀링 머신의 안정성에 이르기까지 다양한 요소가 포함됩니다. 금속 제거율, 공구 수명, 표면 거칠기 또는 경제성 등 제조 작업의 목표를 완전히 달성하려면 이러한 모든 요소를 ​​인식해야 합니다.

속도, 이송 및 절삭 깊이

많은 작업장 관리자는 단순히 절단 속도를 높이면 시간당 더 많은 부품을 생산하여 제조 비용을 절감할 수 있다고 믿습니다. 그러나 생산량보다 제조 비용 요소가 더 많습니다. 작업 중 도구를 변경하면 부품 품질과 가공 시간에 부정적인 영향을 미치는 작업이 그 예입니다.

절삭 속도를 높이면 생산 속도가 빨라지지만 공구 수명은 감소합니다. 공구 교체 빈도가 증가하고 교체 기간 동안 기계 가동 중단 시간이 길어지기 때문에 가공 비용이 증가할 것입니다.

절삭 속도를 높이면 공구 수명이 단축되고 작업이 불안정해질 수 있으며 절삭 깊이 또는 이송 속도를 변경하면 공구 수명에 미치는 영향이 미미합니다. 따라서 최상의 결과는 이송 속도 및 절삭 깊이의 비례 증가와 일치하는 감소된 절삭 속도를 포함하는 균형 잡힌 접근 방식에서 나옵니다. 가능한 가장 큰 절삭 깊이를 활용하면 필요한 절삭 패스 수가 줄어들어 가공 시간이 단축됩니다. 가공물 품질과 표면 조도가 과도한 이송 속도에 의해 영향을 받을 수 있지만 이송 속도도 최대화해야 합니다.

일반적인 예에서 절삭 속도를 180m/min에서 200m/min으로 높이면 금속 제거율은 약 10%만 증가하지만 공구 수명에는 부정적인 영향을 미칩니다. 이송 속도를 0.2mm/rev에서 0.3mm/rev로 높이면 금속 제거율이 50% 증가하고 공구 수명에 미치는 영향은 최소화됩니다.

대부분의 경우, 동일하거나 더 낮은 절삭 속도에서 이송 속도와 절삭 깊이가 증가하면 작업의 금속 제거 속도가 더 높은 절삭 속도만으로 달성되는 수준으로 높아집니다. 더 낮은 절삭 속도와 더 높은 이송 속도 및 더 작은 절삭 깊이를 조합하여 작업할 때의 이점 중 하나는 에너지 소비 감소입니다.

절삭 조건 최적화의 마지막 단계는 최소 비용 또는 최대 생산성 측면에서 적절한 기준을 선택하고 절삭 속도를 사용하여 해당 기준 달성을 미세 조정하는 것입니다. 20세기 초에 미국 기계 엔지니어 F.W. Taylor가 개발한 모델이 그러한 선택의 지침이 될 수 있습니다.

이 모델은 절삭 깊이와 이송의 주어진 조합에 대해 공구 열화가 안전하고 예측 가능하며 제어 가능한 절삭 속도에 대한 특정 창이 있음을 보여줍니다. 해당 창에서 작업할 때 절삭 속도, 공구 마모 및 공구 수명 간의 관계를 한정하고 정량화할 수 있습니다. 목표는 기계 시간 비용을 절감하지만 가속화된 공구 마모로 인해 절삭 공구 비용을 과도하게 증가시키지 않는 더 높은 절삭 속도입니다.

도구 기질 및 형상

도구 적용을 최적화하는 추가 단계에는 도구 기판 및 형상의 특성 미세 조정이 포함될 수 있습니다. 절삭 조건을 조정하는 것이 원하는 결과에 따라 절충안을 처리하는 것과 마찬가지로, 도구 모재의 변경을 통해 생산성을 극대화하려면 모재 속성 간의 절충안 균형이 필요합니다.

공구의 절삭날은 절삭하는 재료보다 단단해야 하기 때문에 경도는 공구의 핵심 특성입니다. 특히 고속 가공에서 발생하는 고온에서 높은 경도는 공구 수명을 연장합니다. 그러나 더 단단한 도구는 또한 더 부서지기 쉽습니다. 황삭, 특히 스케일 또는 다양한 절삭 깊이가 포함된 단속 절삭에서 발생하는 고르지 않은 절삭력은 경절삭 공구의 파손을 유발할 수 있습니다. 공작 기계, 고정 장치 또는 공작물의 불안정성도 고장을 유발할 수 있습니다.

반대로, 예를 들어 더 높은 비율의 코발트 바인더를 포함하여 공구의 인성을 높이면 공구가 충격에 저항할 수 있습니다. 그러나 동시에 감소된 경도로 인해 고속 작업 또는 연마성 공작물을 가공할 때 공구가 급속한 마모 및/또는 변형을 겪을 수 있습니다. 핵심은 가공되는 공작물 재료에 비추어 도구 속성의 균형을 맞추는 것입니다.

도구 형상을 선택하는 데에도 절충점이 필요합니다. 포지티브 절삭 형상과 날카로운 절삭날은 절삭 부하를 줄이고 칩 흐름을 최대화합니다. 그러나 날카로운 모서리는 둥근 모서리만큼 강하지 않습니다. T-랜드 및 모따기와 같은 기하학적 형상을 조작하여 절삭날을 강화할 수 있습니다.

절삭날 뒤의 보강 영역인 T-랜드를 양의 각도로 설정하면 특정 작업 및 공작물 재료를 처리하고 절삭 부하를 최대한 최소화하기에 충분한 강도를 제공할 수 있습니다. 모따기는 날카로운 절삭날의 가장 약한 부분을 정사각형으로 만들지만 절삭력이 증가합니다. "하드" 칩 제어 형상은 칩을 비교적 예각으로 안내하여 즉시 말리고 부서집니다. 이러한 형상은 칩이 긴 재료에 효과적일 수 있지만 절삭날에 추가 하중을 가합니다. "부드러운" 칩 제어 형상은 절삭날에 부하를 덜 주지만 더 긴 칩을 생성합니다. 숫돌과 같은 도구 모서리 처리뿐만 아니라 다양한 기하학적 특징을 결합하여 특정 공작물 재료에서 절단 성능을 최적화할 수 있습니다.

결론

작업 현장 직원과 아마도 생산 엔지니어는 절단 조건과 그들이 나타내는 생산성에 상당히 관심이 있는 반면, 상위 관리자는 전체 제조 작업의 비즈니스 목표만큼 이러한 수치에 관심을 갖지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 절삭 조건과 절삭 공구를 선택하는 사람들은 먼저 회사 가공 작업의 더 넓은 목표를 생각하고 이를 사용하여 이러한 목표를 달성할 수 있는 성능을 제공하는 절삭 조건과 공구 선택을 조정해야 합니다.

현대적인 프로덕션 시나리오를 위한 도구의 다양성

JIT(Just-In-Time) 생산 전략의 활용도가 높아지고 아웃소싱이 증가함에 따라 제조는 대량 생산에서 다품종 소량 가공 시나리오로 이동하고 있습니다. 하청업체는 간헐적이지만 반복적으로 더 작은 배치 크기를 점점 더 많이 생산하고 있습니다. 생산성과 도구 비용 고려 사항의 균형을 맞추려면 광범위한 응용 프로그램 창에서 다용성과 유연성을 제공하는 도구가 필요합니다. 작업장에서 다양한 도구의 수를 최소화하면 도구 처리 시간이 줄어들고 가공 작업에 사용할 수 있는 시간이 늘어납니다.

동일한 부품을 장기간 사용하는 개별 작업에서 생산성을 높이는 전통적인 방법은 특정 프로세스를 위해 특별히 설계된 툴링을 적용하는 것입니다. 장기간 생산에 걸쳐 비용을 상각할 수 있는 경우 특수 도구를 설계하고 구현하는 것이 좋습니다.

그러나 가변적이고 소규모 배치 상황에서 생산성과 도구 비용 고려 사항의 균형을 맞추는 것은 광범위한 적용 범위에서 유연성을 제공하는 다재다능한 "범용" 도구를 사용하여 더 잘 달성할 수 있습니다. 이 도구는 공작물이 변경될 때 새 도구를 교체하는 데 필요한 시간을 최소화하여 가동 중지 시간을 줄입니다. 또한 새로운 도구를 설정하고 테스트할 필요가 없습니다.

이러한 툴링의 예로 Seco Turbo 밀링 커터 제품군이 있습니다. 이러한 도구는 비용 효율성과 고성능의 조합을 제공하기 위해 광범위한 응용 프로그램에서 다용성을 제공합니다. 커터의 포지티브 절삭 형상은 전력 소비를 줄여 공구 수명을 연장하고 절삭 및 이송 깊이를 높일 수 있습니다.

범용 툴링에 대한 또 다른 접근 방식은 다양한 애플리케이션에 적합한 툴 세트를 조립하는 것입니다. Seco Selection 도구는 유연성을 제공하도록 설계되었습니다. 선택된 그룹에는 모든 애플리케이션에서 절대적인 최대 생산성 또는 비용 효율성을 반드시 제공하지 않을 수 있는 제한된 수의 도구가 포함됩니다. 그러나 이 도구는 빠르게 변화하는 다양한 공작물 재료와 구성 요소를 가공하기 위해 최대한의 유연성이 필요할 때 가장 경제적인 최선의 선택이 될 것입니다.

이전에 SecoTools.com에 소개되었습니다.