품질을 향상시키기 위해 도구 마모를 식별하고 줄이는 방법

CNC 가공에서 금속과 금속이 만나 공구 마모가 발생하는 것이 현실입니다. 금속 절단, 연삭, 드릴링, 보링 및 기타 작업은 모두 기계 가공의 일부입니다. 그리고 이러한 활동은 모두 "메탈-온-메탈"이기 때문에 언젠가는 무언가를 주어야 합니다.

이 "주다"는 도구 마모의 형태로 제공되며, 정기적인 작업은 도구가 시간이 지남에 따라 표면, 날카로움 및 성질을 잃는다는 것을 의미합니다. 장비와 공정을 모니터링하고 최적화하면 이 마모는 점진적이고 예측 가능합니다. 그렇지 않으면 공구 마모로 인해 부품 품질 문제가 발생하고 공구가 파손될 수 있습니다.

공구 마모의 정의

공구 마모는 절삭 작업의 결과로 공작 기계의 점진적인 고장으로 결국 공구 고장으로 이어집니다.

공구와 공작물은 심한 마찰과 마찰에 지속적으로 접촉하기 때문에 시간이 지남에 따라 공구에 응력이 가해집니다. 이 응력은 금속 대 금속 접촉과 높은 응력 및 압력의 결과입니다. 또한 매우 높은 온도에 노출됩니다.

공구 마모로 인한 공구 고장은 일반적이지만 공구 모니터링을 통해 분석하고 해결할 수 있습니다. 마모는 일반적으로 시간이 지남에 따라 발생하며 공구 수명에 영향을 미치는 누적 공정의 점진적인 고장입니다. 공구 마모는 또한 공구 모양, 깊이, 절삭유 및 절삭 속도에 따라 달라집니다. 이는 도구의 선명도와 효율성에 영향을 미치며 일부 도구는 모양이 미묘하게 바뀔 수 있음을 의미합니다.

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공구 마모 유형

공구 마모는 많은 변수에 따라 달라집니다. 장비 유형, 블랭크 공급원료의 경도, 부품에 수행된 작업 수, 각 작업에 적용되는 힘 및 기타 변수는 공구 마모에 영향을 미칩니다. 이러한 변수로 인해 공구 마모는 다음과 같은 다양한 형태를 취합니다.

연마 마모

최종 용도에 따라 CNC 가공에 사용되는 공작물의 금속 공급원료의 순도가 달라집니다. 불순물이 존재하면 가장자리 조각이 쌓일 수 있습니다. 이러한 파편은 도구를 마모시켜 시간이 지남에 따라 선명도와 효율성을 감소시킬 수 있습니다. 마모는 낮은 스핀들 속도에서 가장 자주 발생하는 기계적 형태의 마모입니다.

측면 마모

측면 마모는 절삭날과 평행하게 발생하며 절삭날 파손을 초래할 수 있습니다. 공작물이 연마 및 접착 마모를 겪을 때 고온이 형성되고 공작물의 도구 및 성능 특성에 영향을 미칩니다. 측면 마모가 증가함에 따라 절단 속도도 증가해야 합니다.

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크레이터 마모

공구가 고속으로 작업면에 충격을 가하면 칩이 형성되고 공구의 경사면이 손상됩니다. 얼굴을 가로지르는 이 칩 흐름은 흉터와 같은 디봇 또는 분화구를 남깁니다. 크레이터의 형성은 절삭 표면을 직접적으로 변형시키지 않는 한 공구 품질에 영향을 미치지 않을 수 있는 일반적인 유형의 공구 마모입니다. 크레이터 마모는 일반적으로 절삭날 근처에서 발생합니다.

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접착 마모

공구와 공작물 마찰은 고온을 유발하기 때문에 접착 마모가 발생할 수 있습니다. 여기서, 공구면 위로 흐르는 칩은 스폿 용접 효과처럼 공구면 자체와 결합할 수 있습니다. 이는 공작물 자체의 치수 정확도에도 영향을 미칠 수 있습니다. 잘못된 유체 또는 잘못된 양의 유체를 사용하면 접착 마모가 더 자주 발생할 수 있습니다.

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공구 마모 식별

공구 마모 감지는 기계공과 작업자의 관찰에 의해 수동으로 수행되거나 공구 모니터링 시스템을 사용하여 자동화된 방식으로 수행될 수 있습니다. 역사적으로, 도구 마모는 도구가 품질이 좋지 않은 부품을 생산한다는 인식과 같이 영향이 인지된 후에만 식별되었습니다. 그러나 자동화된 소프트웨어 솔루션의 개발로 이해 관계자는 공구 마모 및 공구 고장이 발생하는 즉시 더 잘 식별할 수 있고, 심지어는 발생하는 것을 완전히 예측하고 예방할 수도 있습니다. 도구 마모를 감지하는 몇 가지 접근 방식은 다음과 같습니다.

1. 치핑

절삭면에 치핑이 발생하여 거칠거나 손상된 절삭날이 생성됩니다. 잘못된 기계 설정이나 공구 홀더가 올바르게 고정되지 않았기 때문에 발생할 수 있습니다. 이는 칩이 유체의 영향을 받기 전에 최대 반 회전까지 운반될 수 있는 더 큰 공작물에서도 발생할 수 있습니다.

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2. 열 균열

CNC 가공 부품은 공구와 공작물 사이에 과도한 열을 발생시킵니다. 이 열을 관리하면 올바른 속도, 도구 홀더에 대한 적절한 도구 설정 및 올바른 양의 유체가 보장됩니다. 발생하는 열이 너무 높거나 낮거나 온도 변화가 절단에서 절단으로 빠르게 흔들리면 피삭재 금속의 성능 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 이로 인해 선삭 공구의 절삭날에 수직으로 균일한 간격으로 균열이 형성될 수 있습니다.

3. 골절

때로는 공구와 공작물 사이에 증가된 절삭 부하가 너무 커서 극복하기 어려울 수 있습니다. 이 힘으로 인해 공구가 갑자기 완전히 손실되고 공작물과 기계 자체가 손상될 수 있습니다. 골절의 원인은 절삭 깊이, 속도 또는 재료 공급 설정에 있을 수 있습니다. 공작물을 따라 발생하는 핫스팟은 공구가 고장날 때까지 둔하게 만들어 파손을 유발할 수도 있습니다. 도구 파손을 방지하면 안전 문제를 방지하고 가동 중지 시간을 방지할 수 있습니다.

4. 노칭

공구가 공작물의 숄더와 접촉할 때 두 조각의 마찰로 인해 공구에 화학 반응이 발생할 수 있습니다. 그 결과 마모와 접착력이 모두 생성되고 측면 마모가 발생할 수 있습니다. 마모가 심할 경우 공구가 완전히 파손될 수 있습니다.

5. 소성 변형

소성 변형은 절삭 공구의 재료가 연화될 때 열 문제입니다. 공작물의 재질 등급이 공구보다 높으면 공구의 모양이 바뀌거나 날카로움이 떨어질 수 있습니다. 이 손상은 재료 경도와 고유한 성능 특성과 관련된 도구 경도를 이해함으로써 피할 수 있습니다.

6. 실패

공구가 완전히 파손되거나 파손되면 고장이 발생합니다. 적절한 속도 설정, 절삭 깊이 및 힘을 보장하여 공구 파손 및 치명적인 고장을 방지할 수 있습니다. 또한 적절한 유체를 사용해야 합니다. 비정상적인 진동이나 소음이 있는 경우에도 고장을 감지할 수 있습니다. 이는 공구 홀더 또는 사양을 벗어난 설정을 나타냅니다.

7. 빌드업 에지

공작물에 대한 다양한 금속 공급원료는 성능 특성이 다를 수 있습니다. 금속에 따라 더 부드럽거나 더 단단할 수 있습니다. 금속이 더 부드러울 때 연질의 반용융 금속이 절삭 공구에 부착되는 곳에 어닐링 효과가 발생할 수 있습니다. 모서리가 너무 많이 쌓이면 공구가 고장날 수 있습니다. 적절한 속도와 유체는 이 문제를 줄이거나 없앨 수 있습니다.

도구 면의 BUE(빌트업 에지) 예. (출처)

도구 마모 효과

도구가 수명 주기의 끝에 도달하기 시작하거나 이벤트가 도구에 영향을 미칠 때 도구의 마모로 인해 특정 마모 효과가 발생할 수 있습니다. 이러한 효과는 생산된 부품의 품질, 장비의 효율성 또는 작업자 개입과 관련된 가동 중지 시간에 영향을 미칩니다. 도구 마모의 영향을 이해하는 것이 중요합니다. 향후 도구 마모를 감지하고 방지하기 위한 임계값과 알고리즘을 개발하는 데 사용할 수 있다는 것입니다.

도구 마모 효과에는 다음이 포함될 수 있습니다.

절단력 증가

공구 마모가 증가하면 이를 보상하기 위해 절삭력을 증가시켜야 할 수 있습니다. 공구와 공작물 모두에 대해 허용 가능한 공차 증가가 있습니다. 그러나 마모가 심하면 힘이 허용 오차를 초과할 수 있으며 변경이 필요할 수 있습니다.

절단 온도 증가

CNC 기계 내에서 절단, 드릴링 및 기타 작업으로 인한 금속 대 금속 마찰은 항상 고온을 생성합니다. 절삭유가 너무 낮거나 올바른 유형이 아닌 경우 더 높은 온도가 발생할 수 있습니다. 절단 깊이가 너무 심하거나 이송이 너무 높은 경우에도 온도가 상승할 수 있습니다. 마지막으로, 더 높은 속도는 더 많은 열을 발생시킬 수도 있습니다.

생산 부품의 정확도 감소

마모가 발생하면 부품의 정확도가 떨어집니다. 모든 공작물에 허용되는 공차가 있습니다. 그러나 한 가지 유형의 공구 마모로 인해 부품이 해당 절단 작업의 사양을 벗어나 부품 손실이 발생할 수 있습니다. 여러 유형의 마모가 동시에 발생하여 변형이 연속적으로 발생하여 부품의 정확도가 떨어질 수 있습니다. 부품을 폐기하거나 재작업해야 하므로 주요 품질 문제가 발생할 수 있습니다. 공구 마모를 효과적으로 관리하고 고장이 발생할 때를 이해하는 것은 효율적인 방식으로 고품질을 유지하는 데 중요한 부분입니다.

공구 수명 감소

다양한 유형의 공구 마모, 공구와 공작물의 경도 차이, 반복적으로 고온에서 저온으로 인해 공구 수명이 단축될 수 있습니다. 이러한 요소는 경험과 교육, 그리고 공작물 및 도구 재료에 대한 작업자의 지식을 기반으로 관리할 수 있습니다. 그러나 MachineMetrics의 고급 도구 모니터링 소프트웨어로 모니터링할 수도 있습니다. 감소된 공구 수명은 올바른 자동화 모니터링으로 제어 가능한 문제입니다.

표면 마감 불량

공구 마모가 심각할수록 표면 조도에 미치는 영향이 커집니다. 무딘 도구는 공작물에 고르지 않거나 들쭉날쭉한 절단면을 유발할 수 있습니다. 드릴링 또는 절단은 표면 축적을 유발하거나 마모 면적을 증가시켜 칩핑 및 크레이터링에 기여하여 표면 마감에 영향을 줄 수 있습니다. 특히 고정밀 가공에서 이로 인해 심각한 품질 문제가 발생할 수 있습니다. 즉, 조각을 다시 작업하거나 폐기해야 합니다.

절단 작업의 경제성

절단 및 가공은 고가의 생산 기술입니다. 높은 장비 비용, 작업자 교육, 고품질 툴링, 공작물 공급원료의 적절한 재료 선택은 툴 마모의 영향을 받을 수 있습니다. 공구 및 폐기된 공작물의 수명이 단축될 때마다 실행 비용이 추가되고 이윤이 감소합니다. 또한 마모된 도구는 작업자와 기계에 위험이 되며 수리 비용이 훨씬 더 많이 들 수 있습니다.

공구 마모를 줄이는 6가지 방법

1. 경고 신호 인식

마모된 도구는 많은 경우에 관찰 가능하고 예측 가능한 동작을 나타내지만 모든 경우는 아닙니다. 온도 상승으로 인한 절삭 부하 및 기타 마모 요인으로 인해 진동이나 소음으로 나타나는 징후가 나타날 수 있습니다. 이러한 신호를 학습하면 작업자가 마모를 줄이기 위해 적응하는 데 도움이 될 수 있습니다.

2. 도구 마모 유형 인식

위에서 논의한 바와 같이 많은 유형의 공구 마모가 있습니다. 일부는 기계식입니다. 다른 것들은 장비 설정이나 작업자 오류로 인해 생성될 수 있습니다. 그리고 온도 관리와 같은 일부는 마모를 줄이기 위한 최상의 환경을 만들기 위해 숙련된 춤이 필요합니다. 작업자가 공구 마모 유형을 아는 것이 중요하며 각각은 단독으로 또는 조합하여 발생하는 다양한 상황으로 인해 발생할 수 있습니다.

3. 온도 영향에 주의

금속 대 금속 가공 공정에서 고온은 불가피합니다. 그러나 온도 관리가 중요합니다. 올바르게 수행되면 칩이 날아가면서 대부분의 열이 제거됩니다.

4. 적절한 냉각수 사용

칩 플라이오프에서 너무 많은 열이 전달되기 때문에 적절한 유형과 양의 절삭유를 사용하여 칩을 제거하고 과도한 열을 내보내야 합니다. 공작물 및 공구의 재질과 사양, 속도 및 이송 속도를 이해하면 절삭 중 절삭유의 적용 속도가 결정됩니다.

5. 공작물의 재질 고려

금속은 성능 특성이 크게 다릅니다. 경화된 금속은 더 높은 온도를 생성하고 더 많은 힘을 요구할 수 있는 반면, 더 낮은 융점을 가진 더 부드러운 금속은 더 높은 구성인선을 가질 수 있습니다. 공급 원료의 성능 특성, 도구의 품질과 특성, 기계의 수명과 기능을 알면 적합한 금속에 적합한 도구를 선택하는 데 도움이 됩니다.

6. 작업에 도구 일치

도구 선택은 매우 중요하며 선명도, 도구 형상, 코팅 및 기능 고려 사항을 포함해야 합니다. 이 선택을 위해서는 공급 원료에 따라 장비 유형, 사용 기간 및 도구 고정 능력을 이해해야 합니다.

MachineMetrics 도구 모니터링에 이러한 방법을 적용하는 방법

전통적으로 공구 마모는 경험적이었습니다. 가공 작업에서 작업자는 도구가 과도한 마모를 경험할 때 "느낌"과 관찰을 통해 학습하기 위해 수년 간의 교육을 받아야 했습니다. 그리고 많은 설정과 매개변수가 실험적으로 결정되거나 공작 기계 OEM이 제공한 일정에 따라 단순히 수락되었습니다. 그러나 이 접근 방식은 매우 부정확하여 부품 품질이 저하되고 공구 수명이 미사용되며 과도한 가동 중지 시간이 발생합니다.

다행히 MachineMetrics 도구 모니터링 시스템을 사용하면 도구 마모를 줄이고 관리하는 작업을 빠르고 효율적으로 자동화할 수 있습니다. 사람의 개입으로는 불가능한 수준까지 설정을 모니터링할 수 있으며, 기계 상태를 정확하게 표시하는 직관적인 대시보드를 통해 변동 사항을 보고합니다. MachineMetrics는 기계 내 신호의 주파수를 분석하여 도구 고장을 예측할 수도 있습니다.

소프트웨어가 제공하는 통찰력과 분석은 프로세스 최적화, 감지되지 않은 문제 해결, 비용 절감, 품질 향상 및 용량 증가를 위한 솔루션 처방에 대한 즉각적인 이점을 제공할 수 있습니다. MachineMetrics가 도구 마모를 관리 및 제어하고 도구 및 장비를 최대한 활용하는 데 도움이 되는 솔루션을 제공하는 방법을 알아보려면 지금 데모를 예약하세요.

공구 고장 예측 및 예방:BC 머시닝을 사용한 사례 연구

가공 금속 부품 제조업체인 BC Machining은 너무 많은 양의 스크랩을 생산하고 있었기 때문에 생산 목표를 달성하기 위해 기계를 200% 용량으로 가동해야 했습니다. 공구가 마모되거나 파손될 시기에 대한 통찰력이 없었기 때문에 BC Machining은 스크랩을 생성하고 파손된 공구를 교체하는 데 상당한 비용을 축적했습니다.

스크랩 생산을 방지하고 공구 수명을 극대화하기 위해 그들은 MachineMetrics와 협력했습니다. 사례 연구를 읽고 BC Machining이 어떻게 공구 마모로 인한 스크랩을 가상으로 근절하고, 교체 시간을 크게 단축하고, 기계당 연간 72,000달러를 절약했는지 알아보십시오. 전체 사례 연구를 읽어보십시오.