절삭 성능 최적화: 보링 바 지오메트리의 역할

보링은 기존 구멍을 여러 번의 내부 보링 반복을 통해 더 크게 만드는 선삭 작업입니다. 전통적인 홀 피니싱 방법 대비 여러 이점이 있습니다:

• 표준 드릴 사이즈 밖의 구멍을 비용 효율적으로 생산 가능
• 더 정밀한 구멍 생성, 따라서 더 타이트한 공차
• 더 높은 마무리 품질
• 보어 내 여러 치수 생성 기회

Micro 100이 제공하는 같은 솔리드 초경 보링 바는 내부 보어에서 소재를 제거하는 데 기본 기능을 주는 몇 가지 표준 치수를 가집니다. 이들에는 다음이 포함됩니다:

• 최소 보어 직경(D1): 절삭 단부가 반대쪽 측면과 접촉하지 않고 완전히 들어갈 수 있는 구멍의 최소 직경
• 최대 보어 깊이(L2): 생크 부분의 접촉 없이 공구가 구멍 안쪽에 도달할 수 있는 최대 깊이
• 생크 직경(D2): 공구 홀더와 접촉하는 공구 부분의 직경
• 전체 길이(L1): 공구의 총 길이
• 센터라인 오프셋(F): 공구 팁과 생크 센터라인 축 사이의 거리

공구 선택

공구 편향과 그에 따른 공구 고장 위험을 최소화하려면 의도한 절삭 길이보다 약간 더 큰 최대 보어 깊이를 가진 공구를 선택하는 것이 중요합니다. 또한 보링 바와 생크 직경을 최대화하는 것이 유리한데 이는 공구의 강성을 높이기 때문입니다. 이는 칩 배출을 위한 충분한 공간을 남기는 것과 균형을 이뤄야 합니다. 이 균형은 결국 가공되는 소재에 달려 있습니다. 더 낮은 이송과 절삭 깊이를 가진 더 단단한 소재는 칩 배출을 위한 공간이 덜 필요할 수 있지만 더 크고 강성 있는 공구를 요구할 수 있습니다. 반대로 더 공격적인 가동 파라미터를 가진 더 부드러운 소재는 칩 배출을 위한 더 많은 공간이 필요하지만 그만큼 강성 있는 공구는 필요하지 않을 수 있습니다.

지오메트리

또한 이들은 표준 보링 작업 중 공구에 작용하는 세 가지 유형의 힘을 적절히 다루기 위한 여러 다른 기하학적 특징을 가집니다. 표준 보링 작업 중 이 힘들 중 가장 큰 것은 접선 힘(Tangential Force)이고, 그다음은 이송 힘(Feed Force, 때때로 축 방향 힘이라 불림), 마지막으로 반경 방향 힘(Radial Force)입니다. 접선 힘은 레이크 면에 수직으로 작용해 공구를 센터라인에서 밀어냅니다. 이송 힘은 편향을 일으키지 않지만 공구를 뒤로 밀며 센터라인에 평행하게 작용합니다. 반경 방향 힘은 공구를 보어 중심으로 밀어냅니다.

보링 바 기하학적 특징 정의:

• 노즈 래디우스(Nose Radius): 공구 절삭 포인트의 둥근 정도
• 사이드 클리어런스(측면 클리어런스/방사형 클리어런스): 공구 센터라인에 평행한 축에 상대적인 노즈 기울기를 측정하는 각도
• 엔드 클리어런스(끝면 클리어런스/축 방향 클리어런스): 공구 센터라인에 수직인 축에 상대적인 엔드 면 기울기를 측정하는 각도
• 사이드 레이크 앵글(Side Rake Angle): 공구 측면의 옆으로 기울기를 측정하는 각도
• 백 레이크 앵글(Back Rake Angle): 공작물 센터라인에 상대적인 백 면 기울기 정도를 측정하는 각도
• 사이드 릴리프 앵글(Side Relief Angle): 바닥 면이 공작물로부터 얼마나 기울어졌는지 측정하는 각도
• 엔드 릴리프 앵글(End Relief Angle): 공구 센터 축에 수직인 선에 상대적인 엔드 면 기울기를 측정하는 각도

기하학적 특징이 절삭 작업에 미치는 영향:

노즈 래디우스: 큰 노즈 래디우스는 공작물과 더 많은 접촉을 만들어 공구와 절삭 날의 수명을 연장하고 더 나은 마무리를 남깁니다. 그러나 너무 큰 래디우스는 공구가 접선과 반경 방향 절삭 힘에 더 노출돼 채터를 유발합니다.

이 특징이 절삭 작용에 영향을 미치는 또 다른 방법은 접선 힘에 의해 절삭 날의 얼마나 많은 부분이 타격받는지 결정하는 것입니다. 이 효과의 크기는 이송과 절삭 깊이에 크게 의존합니다. 절삭 깊이와 노즈 앵글의 다른 조합은 절삭 날의 더 짧거나 더 긴 길이가 접선 힘에 노출되게 합니다. 전체적 효과는 날 마모의 정도입니다. 절삭 날의 작은 부분만 큰 힘에 노출되면 더 긴 부분이 같은 힘에 굴복하는 것보다 더 빨리 마모됩니다. 이 현상은 엔드 절삭 모서리 앵글의 증가와 감소에서도 발생합니다.

엔드 절삭 모서리 앵글: 엔드 절삭 앵글의 주 목적은 양의 Z 방향(구멍 안쪽으로 이동) 절삭 시 클리어런스를 위한 것입니다. 이 클리어런스는 노즈 래디우스가 공구와 공작물 사이의 주요 접촉점이 되게 합니다. 양의 방향으로 엔드 절삭 모서리 앵글을 증가시키면 팁 강도는 감소하지만 이송 힘도 감소합니다. 이는 팁 강도와 절삭 힘 감소 사이의 균형을 찾아야 하는 또 다른 상황입니다. 또한 수행하는 보링 유형에 따라 앵글을 변경해야 할 수 있음을 명심하세요.

사이드 레이크 앵글: 노즈 앵글은 접선 힘에 의해 타격받는 절삭 날의 양을 결정하는 기하학적 치수 중 하나지만 사이드 레이크 앵글은 그 힘이 반경 방향 힘으로 얼마나 재분배되는지 결정합니다. 양의 레이크 앵글은 더 낮은 접선 절삭 힘을 의미하며 더 큰 전단 작용을 허용합니다. 그러나 이 앵글이 너무 크면 노즈 앵글과 사이드 릴리프 앵글에 더 적은 소재를 남겨 절삭 날 무결성을 해칩니다.

백 레이크 앵글: 때때로 톱 레이크 앵글이라 불리는 백 레이크 앵글은 솔리드 초경 보링 바에서 공구 엔드 부분에서 절삭된 칩의 흐름을 제어하기 위해 그라인드됩니다. 이 특징은 너무 날카로운 양의 앵글을 가질 수 없으며 공구 강도를 감소시킵니다.

사이드 및 엔드 릴리프 앵글: 엔드 절삭 모서리 앵글과 마찬가지로 사이드와 엔드 릴리프 앵글의 주 목적은 공구의 비절삭 부분이 공작물에 문지르지 않게 클리어런스를 제공하는 것입니다. 앵글이 너무 작으면 공구와 공작물 사이에 마찰 위험이 있습니다. 이 마찰은 공구 마모 증가, 진동, 열악한 표면 조도로 이어집니다. 앵글 측정값은 일반적으로 0°~20° 사이입니다.

보링 바 지오메트리 요약

보링 바는 공구 홀더가 공작물에 부딪히거나 공구가 접촉 즉시 부러지지 않고 구멍을 보링할 수 있게 하는 몇 가지 전체 치수를 가집니다. 솔리드 초경 보링 바는 3가지 유형의 절삭 힘을 분배해 공구를 최대한 활용하기 위해 다르게 결합되는 다양한 앵글을 가집니다. 공구 성능 극대화는 올바른 공구 선택과 적절한 이송률, 절삭 깊이, RPM의 결합을 요구합니다. 이 요소들은 구멍 크기, 제거해야 할 소재량, 공작물의 기계적 특성에 의존합니다.