초합금 가공:전문가가 절단하기 어려운 재료에 대한 팁 제공

오늘날의 경쟁이 치열한 가공 세계에서 이점을 얻으려면 공장에서 절삭 공구 기술을 따라잡을 수 있어야 합니다. 다음은 기계 가공이 어렵기로 악명 높지만 항공 우주, 에너지 및 의료 산업에서 흔히 사용되는 금속인 초합금을 위한 몇 가지 솔루션입니다.

인코넬은 모든 금속 합금 중에서 가공성이 가장 낮은 합금에 속합니다. Hastelloy, Nimonic, Waspaloy 및 Rene도 마찬가지입니다. 모두 비교적 많은 양의 니켈, 코발트 또는 크롬(때로는 세 가지 모두)과 몰리브덴 및 탄탈륨과 같은 내화 금속을 포함합니다.

극도의 인성, 경도, 내열성 및 내마모성을 고려할 때 이 중요한 금속에 "초합금"이라는 칭호가 붙는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
 

예를 들어, 인코넬 718은 가스터빈 엔진에서 볼 수 있는 핫 섹션 부품을 만드는 데 널리 사용되며, 이것이 HRSA(내열 초합금)라는 레이블이 붙은 이유입니다.

Monel K-500은 증기와 해수에 대한 저항성이 높아 해양 분야에서 가장 많이 사용됩니다.

반면에 코발트 크롬(CoCR)은 치과용 교량 및 인공 무릎에서부터 풍력 터빈 및 결혼 반지에 이르기까지 모든 것에 사용됩니다.

초합금은 니켈 기반, 코발트 기반 및 철 기반의 세 가지 일반 클래스가 있습니다. 대부분은 Haynes International 및 SMC(Special Metals Corporation)와 같은 회사에서 항공 우주용 및 극도로 뜨겁거나 춥거나 부식성 환경을 위해 개발한 독점 제품입니다. 언급한 바와 같이 모두 기계 가공이 어렵기 때문에 이러한 까다로운 재료를 위해 설계된 견고한 장비와 절삭 공구가 필요합니다.

엔드밀, 드릴 및 터닝 인서트

다행히도 HRSA 및 기타 초합금을 처리하려는 기계 공장에는 오늘날 선택할 수 있는 절삭 공구가 많이 있습니다.

이 기사에서 우리가 이야기한 3개의 절삭 공구 제조업체는 모두 다른 공급업체와 마찬가지로 이러한 까다로운 재료를 위해 특별히 설계된 엔드밀, 드릴 및 선삭 인서트를 제공합니다. 그러나 각 경우에 주의해야 할 점은 상점에서 이러한 도구를 최대한 활용하려면 다른 가공 전술이 필요할 수 있다는 것입니다.

예를 들어, KYOCERA SGS Precision Tools Inc.는 Multi-Carb 시리즈 엔드밀을 보유하고 있습니다. 이 엔드밀은 응용 엔지니어 Jacob Rak이 7, 9 또는 11개의 플루트로 사용할 수 있으며 강성을 위해 매우 무거운 코어를 자랑합니다.

"몇 년 전 초합금을 사용한 기존의 접근 방식은 플루트 수가 적은 엔드밀을 사용하여 공격적으로 공격하는 것이었습니다."라고 그는 말합니다. "그러나 우리는 내부 테스트와 항공우주 고객을 통해 플루트 수가 더 많은 공구가 상당히 가벼운 절삭 깊이와 낮거나 중간 정도의 절삭 속도로 적용될 때 초합금에 매우 효과적이라는 것을 확인했습니다."

특정 재료에 따라 Rak은 일반적으로 공구 직경의 5% 이하인 반경 방향 절삭 깊이(DOC)로 시작할 것을 권장합니다. 물론 이것은 칩을 얇게 하고 절삭 영역의 열을 줄이는 역할을 하기 때문에 고효율 가공(HEM) 또는 동적 밀링 전략이 사용된다고 가정합니다.

"9플루트 도구를 사용하여 최대 20%의 DOC를 달성했으며 매우 잘 작동했습니다."라고 그는 말합니다. "핵심은 이러한 고효율 가공 공구 경로를 활용하여 절삭 부하를 분산시키고 공구 부하의 스파이크를 방지하는 것입니다."

헤비 코어 도구 사용

Rak은 초합금 가공에서 흔히 볼 수 있는 편향을 줄이기 위해 무거운 코어 도구의 필요성을 거듭 강조합니다. 어려운 초합금 응용 분야에 직면했을 때 일반적으로 회사의 TuffCut XT9(380 시리즈)로 시작하는 M.A. Ford Mfg. Co. Inc.의 응용 엔지니어인 Derek Nading도 마찬가지입니다.

"XT9는 몇 년 전 특별 제품으로 대규모 항공우주 고객을 위해 설계한 9플루트, 가변 피치, 37도 나선 엔드밀입니다."라고 그는 말합니다. "내열 초합금에서 타의 추종을 불허하는 성능을 제공한다는 사실을 빠르게 발견하여 TiAlSiN 기반(ALtima Xtreme) 코팅과 같은 몇 가지 추가 조정을 거쳐 표준 제품으로 만들었습니다."

SGS 및 기타 절삭 공구 제조업체와 마찬가지로 M.A. Ford는 트로코이드 밀링 전략이 초합금 가공의 명확한 경로라고 제안합니다.

M.A. Ford의 Great Lakes 지역 비즈니스 관리자인 Dirk Dietsch는 "최근 몇 년 동안 공작 기계 및 제어 시스템의 발전으로 코팅 초경과 함께 동적 밀링 기술이 최고의 공구 수명과 금속 제거율을 제공합니다"라고 말합니다. .

"그러나 이것이 동적 밀링의 유일한 장점은 아닙니다."라고 그는 덧붙입니다. "또한 더 낮은 절삭 부하, 개선된 부품 표면 품질, 공작물의 임계 열 감소, 절삭 공구의 치명적인 고장에 대해 가장 일관되게 안전한 프로세스를 제공합니다."

도구를 시원하게 유지

Kennametal Inc의 지역 제품 관리자인 Steve Archambaault와 마찬가지로 두 절삭 공구 전문가 모두 견고한 설정과 동등하게 견고한 공작 기계의 필요성을 강조합니다. 회사의 엔드밀 중 성공적인 초합금 가공에 가장 적합한 엔드밀이 무엇이냐는 질문에 그는 몇 가지 가능성을 꼽았지만 HARVI 1 TE를 첫 번째 선택으로 강조했습니다.

"HARVI 1 TE가 마찰을 줄이고 더 매끄럽게 작동할 수 있도록 하는 몇 가지 트릭이 설계에 있습니다."라고 그는 말합니다. “이러한 고온 합금에서 이 마지막 부분인 열과 마찰은 큰 문제입니다. 편심 측면 릴리프, 특수 칩 개싱 및 강도를 위한 포물선 코어가 있는 이 공구는 효율적인 초합금 절단에 필요한 모든 속성을 갖추고 있습니다.”

Kennametal의 터닝 지역 제품 관리자인 Greg Sage는 초합금 ​​가공을 위한 유일한 게임이 솔리드 카바이드가 아니라는 점을 재빨리 지적합니다. 세라믹도 있습니다.

Sage는 강성에 대한 다른 사람의 조언을 그대로 따르지만 Kennametal의 전체 세라믹 엔드밀과 같은 도구와 세라믹 또는 PCBN(다결정 입방정 질화붕소)이 사용되는 선삭 가공에서 특히 필요하다고 덧붙입니다.

Sage는 "강성 설정이 주어지면 KYS25 세라믹과 같은 재종은 초합금에서 700 sfm 이상의 절삭 속도를 달성하여 처리량을 크게 높일 수 있습니다."라고 말합니다. “또한 정삭 작업의 경우 Kennametal의 KB1630 PCBN 선삭 인서트가 환상적인 작업을 수행합니다. 하지만 중요한 것은 상점이 다양한 옵션이 있다는 사실을 기억해야 한다는 점입니다. 어떤 옵션을 사용하고 적용할지 결정할 때 절단 도구 공급업체에 지원을 요청해야 합니다."

최고의 설정

절삭 공구 제조업체는 Inconel 및 Hastelloy와 같은 내열 초합금의 성공적인 가공을 위해 재료별 재종 및 형상, 강성 설정 및 올바른 공작 기계가 모두 필요하다고 알려줍니다.

물론 정확하지만 HRSA 이야기에는 그 이상의 것이 있습니다.

드릴 또는 엔드밀이 허용하는 경우 70bar(1,000psi) 이상의 압력에서 공구를 통해 여과되고 잘 관리된 냉각수를 사용하는 것도 권장됩니다. 물론 이 설명은 대부분의 선삭 작업과 마찬가지로 덜 까다로운 재료에도 똑같이 적용됩니다.

툴홀더 구성도 신중하게 고려할 가치가 있습니다. 초합금, 티타늄, 심지어 알루미늄까지 황삭할 때 공구 이탈이 우려되므로 Haimer Safe-Lock 또는 이와 유사한 미끄럼 방지 공구 홀더는 좋은 투자입니다. 도구 균형 시스템도 마찬가지입니다. 모든 기계 기술자가 알고 있듯이 런아웃과 진동을 제거하는 것은 공구 수명을 연장하고 부품 품질을 개선하는 데 중요합니다. 고품질 유압식, 기계식 또는 열박음식 툴홀더를 사용하는 것 외에도 이를 달성하는 가장 좋은 방법 중 하나는 사용 전에 전체 툴홀더 어셈블리의 균형을 맞추는 것입니다.

이 단계를 따르면 초합금이 결국 그렇게 어렵지 않다는 것을 곧 알게 될 것입니다.

초합금 가공에 대해 어떤 팁과 기술을 제공할 수 있습니까? 아래 댓글에서 생각과 통찰력을 공유하세요.

절단하기 어려운 가공 재료를 어떻게 관리합니까?

제조업체가 도전적인 글로벌 시장에서 우위를 점하기 위해 특정 금속을 가공하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다.

따라서 기계가공이 어렵기로 악명 높은 금속이지만 항공우주, 에너지 및 의료 산업에서 흔히 사용되는 금속인 초합금을 가공하는 기술은 알아두면 유용합니다.

설문조사에 참여하여 다른 사람들이 이러한 재료 가공에 대한 통찰력을 얻을 수 있도록 도와주세요.

가장 유용한 초합금 가공 기술은 무엇입니까?