터닝 가공에서 빌트업 에지(BUE) 발생 원인과 결과 분석

터닝 가공에서 공구는 고정되어 있고 공작물은 척이나 콜렛 홀더에 고정되어 회전합니다. 선반에서 페이싱, 드릴링, 그루빙, 스레딩, 컷오프 등 다양한 작업이 수행됩니다. 가공 중인 소재 유형에 적합한 공구 형상과 절삭 파라미터를 사용하는 것이 필수적입니다. 이러한 파라미터가 터닝 작업에서 올바르게 적용되지 않으면 빌트업 에지(BUE) 또는 기타 여러 고장 모드가 발생할 수 있습니다. 이러한 고장 모드는 절삭 공구 성능에 악영향을 미치며 전체 부품 폐기로 이어질 수 있습니다.

현미경이나 아이 루페로 절삭 공구를 검사할 때 여러 유형의 터닝 공구 고장 모드가 나타날 수 있습니다. 가장 일반적인 모드는 다음과 같습니다:

• 정상 플랭크 마모(Normal Flank Wear): 사용된 절삭 공구의 자연스러운 노화로 인해 발생하는 유일한 허용 가능한 공구 마모 형태로, 절삭 날에서 발견됩니다.
  • 공작물 소재의 경질 성분에 의한 마모성 마모로, 예측 가능하고 안정적인 공구 수명을 제공하여 추가 최적화와 생산성 향상을 가능하게 하므로 유일한 선호 마모 방식입니다.
• 크레이터링(Cratering): 공구 절삭면에 나타나는 변형.
  • 이 공구 모드는 터닝 공구 또는 인서트의 레이크 면(rake face) 영역에 국한된 화학적·열적 고장입니다. 공작물 소재와 절삭 공구 간의 화학 반응으로 인해 발생하며 절삭 속도에 의해 증폭됩니다. 과도한 크레이터 마모는 터닝 공구의 절삭 날을 약화시키고 절삭 날 고장으로 이어질 수 있습니다.
• 치핑(Chipping): 절삭면을 따라 절삭 공구가 파손되어 부정확하고 거친 절삭 날을 만듦.
  • 이는 기계적 고장으로, 단속 절삭이나 비강성 가공 셋업에서 흔합니다. 기계 사고와 공구 홀더 고정 불량 등 많은 원인이 치핑을 유발할 수 있습니다.
• 열기계적 고장(열 균열, Thermal Mechanical Failure): 가공 온도의 큰 변동으로 인한 절삭 공구 균열.
  • 터닝 시 열 관리가 핵심입니다. 열이 너무 적거나 너무 많아도 문제가 되며, 온도의 빠르고 큰 변동(절삭 날의 반복적 가열 및 냉각)도 문제를 일으킵니다. 열기계적 고장은 보통 절삭 날에 수직인 균일한 간격의 균열 형태로 나타납니다.
• 빌트업 에지(BUE, Built-Up Edge): 높은 열, 압력, 마찰로 인해 칩이 절삭 공구에 부착되는 현상.

터닝 가공에서 빌트업 에지의 영향

빌트업 에지는 현미경이나 아이 루페 없이도 육안으로 식별하기 가장 쉬운 공구 마모 모드일 수 있습니다. 빌트업 에지란 가공 중인 소재가 압력 용접되어 절삭 공구에 붙는 것을 의미합니다. 공구 검사 시 레이크 면(rake face)이나 플랭크 면(flank face)에 소재가 붙어 있으면 BUE 문제의 증거입니다.

이 상태는 가공 작업에 많은 문제를 일으킬 수 있습니다. 공구 수명 단축, 표면 조도 불량, 치수 편차, 기타 품질 문제 등입니다. 이러한 문제의 원인은 절삭 날의 중심선 거리와 공구 형상이 공구의 레이크 면이나 플랭크 면에 용착된 소재에 의해 변경되기 때문입니다. BUE 상태가 악화되면 다른 유형의 고장이나 심지어 파멸적 고장을 경험할 수 있습니다.

터닝 가공에서 빌트업 에지 발생 원인

부적절한 공구 선택

빌트업 에지는 가공 중인 소재에 적합한 형상을 갖지 않은 터닝 공구 사용으로 인해 종종 발생합니다. 특히 알루미늄이나 티타늄 같은 점착성 소재를 가공할 때는 극도로 날카로운 절삭 날, 자유 절삭 형상, 연마된 플랭크 면과 레이크 면을 가진 공구를 사용하는 것이 최선입니다. 이는 소재를 신속하게 절삭할 뿐만 아니라 절삭 공구에 달라붙는 것을 방지합니다.

노후 공구 사용

올바른 형상의 터닝 공구를 사용하더라도 BUE를 경험할 수 있습니다. 공구가 마모되기 시작하고 절삭 날이 저하되면 소재가 공구 표면에 쌓이기 시작합니다. 따라서 몇 개 부품 가공 후 절삭 날을 검사하고, 설정된 공구 수명 동안 무작위로 검사하는 것이 매우 중요합니다. 이는 고장 모드를 조기에 식별하여 근본 원인을 파악하는 데 도움이 됩니다.

마이크로 100 속도 및 이송 차트로 BUE 제거

충분하지 않은 열 발생

빌트업 에지는 잘못된 절삭 파라미터로 공구를 구동할 때 발생할 수 있습니다. 보통 BUE가 문제일 때는 속도나 이송 속도가 너무 낮기 때문입니다. 열 발생은 모든 가공 작업에서 핵심입니다. 너무 많은 열이 부품 소재에 영향을 줄 수 있지만, 너무 적은 열은 공구가 칩을 효율적으로 제거하는 데 덜 효과적이게 만듭니다.

터닝 가공에서 빌트업 에지 완화를 위한 4가지 간단한 방법

1. 공구 선택 시 자유 절삭, 업샵(up-sharp) 형상과 고도로 연마된 표면을 선택하십시오. 칩브레이커 형상을 가진 공구를 선택하면 칩을 분할하여 부품과 절삭 표면에서 제거하는 데 도움이 됩니다.
2. 자신의 가공 접근법과 운전 파라미터에 확신을 가지십시오. 운전 파라미터가 터닝 작업에 적절한지 항상 다시 확인하는 것이 중요합니다.
3. 쿨런트가 절삭 날에 집중되도록 하고 쿨런트 농도량을 늘리십시오.
4. 코팅 인서트를 선택하십시오. 코팅은 주어진 부품 소재 세트를 위해 특별히 설계되었으며 일반적인 가공 문제를 방지하도록 설계되었습니다.