티타늄 가공 마스터하기: 합금별 전문 기술 및 공구 선택 가이드

오늘날 제조 산업에서 티타늄과 그 합금은 항공우주, 의료, 자동차, 총기 분야의 필수 소재가 되었습니다. 이 인기 있는 금속은 녹과 화학 물질에 강하고, 재활용 가능하며, 무게 대비 강도가 매우 높습니다. 그러나 티타늄을 가공하고 작업에 적합한 공구와 파라미터를 선택할 때는 몇 가지 고려해야 할 과제가 있습니다.

티타늄의 종류

티타늄은 거의 40개의 ASTM 등급과 여러 추가 합금을 포함하여 다양한 종류로 제공됩니다. 1~4등급은 상업용 순수 티타늄으로, 인장 강도에 대한 다양한 요구 사항을 가집니다. 5등급(Ti6Al4V 또는 Ti 6-4)은 가장 일반적인 조합으로, 6% 알루미늄과 4% 바나듐이 합금되어 있습니다. 티타늄과 그 합금은 종종 함께 분류되지만, 이상적인 가공 방식을 결정하기 전에 주목해야 할 주요 차이점이 있습니다.

Helical Solutions의 HVTI 엔드밀은 티타늄 고효율 툴패스에 탁월한 선택입니다.

티타늄 가공 시 주요 과제

작업 고정(Workholding)

티타늄은 일반 강철보다 더 바람직한 물성을 가질 수 있지만, 더 유연하게 거동하며 다른 금속만큼 강성이 높지 않은 경우가 많습니다. 이는 티타늄 공작물을 단단히 고정하고, 가능한 한 강성 있는 기계 셋업을 요구합니다. 다른 고려 사항으로는 단속 절삭 피하기, 공작물과 접촉하는 동안 공구를 항상 움직이게 유지하기 등이 있습니다. 드릴 구멍에 머무르거나 프로파일 벽 옆에 공구를 정지시키면 공구가 마찰하게 되어 과도한 열 발생, 소재 경화, 조기 공구 마모를 유발합니다.

열 발생

열은 강력한 적이며, 절삭 속도와 이송을 선택할 때 열 발생을 고려해야 합니다. 상업용 순수 티타늄 등급은 대부분의 합금보다 부드럽고 끈적한 반면, 합금 원소의 추가는 일반적으로 티타늄의 경도를 높입니다. 이는 발생 열과 공구 마모에 대한 우려를 증가시킵니다. 더 큰 칩 부하를 유지하고 불필요한 마찰을 피하면 더 단단한 티타늄 합금에서 공구 성능을 향상시키고 가공 경화량을 최소화할 수 있습니다. 더 낮은 RPM과 더 큰 칩 부하를 선택하면 더 높은 속도 옵션에 비해 온도를 크게 낮출 수 있습니다. 열전도율이 낮기 때문에 온도를 최소화하면 공구에 가해지는 스트레스를 줄이고 마모를 감소시킵니다. 고압 냉각수 사용도 티타늄 가공 시 열 발생을 줄이는 효과적인 방법입니다.

이 캠샤프트 커버는 미쓰비시 에보용으로 티타늄으로 맞춤 제작되었습니다.
사진 제공: @RebootEng (Instagram)

갈링(Galling) 및 빌트업 에지(Built-Up Edge)

다음으로 고려해야 할 과제는 티타늄이 절삭 공구에 강하게 부착되어 빌트업 에지를 생성하려는 강한 경향이 있다는 것입니다. 이 까다로운 문제는 절삭면에 직접 고압 냉각수를 대량으로 사용함으로써 줄일 수 있습니다. 목표는 칩을 가능한 한 빨리 제거하여 칩 재절삭을 방지하고, 플루트를 깨끗하고 이물질이 없는 상태로 유지하는 것입니다. 갈링은 '끈적한' 특성 때문에 상업용 순수 티타늄 등급에서 큰 문제입니다. 이는 이전에 언급한 전략들(공작물 접촉 시 지속적인 이송, 충분한 고압 냉각수 사용)로 해결할 수 있습니다.

티타늄 가공 솔루션

티타늄과 그 합금 가공 시 주요 우려 사항은 변할 수 있지만, 이를 완화하는 방법은 어느 정도 일정합니다. 핵심은 갈링, 열 발생, 가공 경화, 공작물 또는 공구 편향을 피하는 것입니다. 고압 냉각수를 많이 사용하고, 속도는 낮추고 이송은 높이며, 공작물과 접촉할 때 공구를 계속 움직이고, 가능한 한 강성 있는 셋업을 사용하세요.

또한, 적절한 공구 코팅 선택이 작업 성공에 도움이 될 수 있습니다. 티타늄 가공 작업 중 발생하는 높은 열을 고려할 때, 온도를 적절히 처리할 수 있는 코팅을 갖는 것이 작업 전반의 성능 유지에 핵심입니다. 적절한 코팅은 갈링 방지와 칩 배출에도 도움이 됩니다. Harvey Tool의 알루미늄 티타늄 질화물(AlTiN Nano) 같은 코팅은 고온에서 산화층을 생성하고 공구의 윤활성을 높여줍니다.

공구 솔루션

Helical Solutions는 티타늄 및 그 합금에서 고효율 밀링(HEM)에 최적화된 HVTI-6 공구 라인을 제공합니다. Helical의 HVTI-6은 Aplus 코팅을 적용하여 윤활성과 고온 내성을 향상시켜 공구 수명 연장과 더 빠른 속도 및 이송을 가능하게 합니다.

티타늄과 그 다양한 합금이 여러 산업 분야에서 사용이 계속 증가함에 따라, 더 많은 기계공이 이 까다로운 소재를 절삭하는 임무를 맡게 될 것입니다. 그러나 열 관리와 적절한 칩 배출, 올바른 코팅이 결합되면 성공적인 가공이 가능해집니다.