공구 수명 극대화: 리드 앵글이 선삭 성능을 형성하는 방법

리드 앵글 작업용 다이아몬드 형상 절삭 공구 소모에 지치셨나요? 리드 앵글이 만드는 문제들을 탐구하고, 절삭 공구 제조사들과 귀하의 필요에 맞게 최적화하는 최선의 방법에 대해 이야기합니다.

범용 선삭 작업에서 CNMG 스타일, 80도 다이아몬드는 오랫동안 선택의 인서트였습니다. 널리 구할 수 있고, 합리적 가격이며 다양한 소재에서 좋은 공구 수명을 제공합니다. 또한 머시니스트가 같은 공구로 페이싱(facing)과 선삭(turning)을 할 수 있게 하여 설정을 단순화하고 공구 교체로 인한 시간 손실을 줄입니다. 이 이중 역할 덕분에 80도 다이아몬드는 최소 하나의 공구 스테이션을 확보해주며, 붐비는 선반 터렛에서 중요한 고려사항입니다.

현상 유지: 음의 리드 앵글이 절삭 공구 수명에 미치는 영향

도전은 공작물 소재가 '절삭하기 그다지 재미없는' 범주에 속할 때 옵니다. 인코넬 718(Inconel 718)과 코발트-크로뮴(CoCr) 같은 니켈 또는 코발트 기반 내열 초합금, Ti-6Al-4V 티타늄, 대부분의 공구강, 300 시리즈 또는 PH 스테인리스 스틸은 머시니스트에게 빌트업 에지(BUE), 과도한 플랭크 마모(flank wear), 특히 절삭 깊이 노칭(depth-of-cut notching) 등 많은 문제를 일으킬 수 있습니다.

불행히도 이 문제들은 어느 정도 자초한 것입니다. 80도 다이아몬드 인서트를 사용하면 선반 머시니스트는 음의 5도 리드 앵글 공구로 절삭하게 되는데, 이는 공구 수명에 나쁩니다. 일반적인 '페이스 앤 턴(face and turn)' 스타일 공구 홀더를 사용한다고 가정할 때 말입니다. 밀링이든 선삭이든, 양의 리드 앵글로 전환하면 칩이 얇아질 뿐만 아니라 절삭 힘이 카바이드의 더 긴 길이에 분산되어 고장 모드를 줄이거나, 경우에 따라 제거합니다.

"음의 리드 앵글 공구는 모든 선삭 공구 중 가장 흔하게 적용됩니다"라고 캐나메탈(Kennametal)의 미주 지식 센터 프로그램 매니저 아론 셰이드(Aaron Schade)는 말합니다. "그게 최고라는 뜻이 아니라 그저 모두가 쓰고 있을 뿐입니다. 양방향 클리어런스가 있으므로 음의 리드 앵글은 공구를 더 다재다능하게 만듭니다. 부품을 페이싱한 다음 숄더까지 턴업할 수 있는 반면, 양의 리드 앵글 공구는 이러한 작업을 위해 두 번째 공구가 필요합니다."

라운드 앤 라운드: 라운드 절삭 공구 인서트의 가치

이점을 정량화하기는 어렵지만, 양의 리드 앵글 공구로 전환하면 공구 수명에 상당한 개선을 제공할 수 있습니다. 공구 수명이 좋아지면 다운타임이 줄거나 이송 속도를 크게 높일 수 있어 생산성이 올라갑니다.

"가능한 곳에서는 라운드 인서트를 권장합니다. 주로 대량의 소재를 최단 시간에 제거하고 싶거나 공구 수명이 문제인 고객에게 가장 비용 효율적인 솔루션이기 때문"이라고 시코 툴스(Seco Tools)의 ISO 선삭 및 첨단 소재 제품 매니저 아론-마이클 엘러(Aaron-Michael Eller)는 말합니다. "가벼운 절삭 깊이로 직선 선삭 시, 예를 들어 인서트당 12개 이상의 인덱스를 쉽게 얻고 이송을 마음껏 높일 수 있습니다."

이것이 캐나메탈, 시코 툴스, 샌드빅 코로만트 및 모든 선삭 공구 제조사가 라운드뿐만 아니라 15도, 45도, 75도 리드 앵글을 가진 다양한 마름모꼴 인서트를 수용하는 공구 홀더를 제공하는 이유입니다. 모두 공장의 선삭 작업을 극적으로 개선할 기회를 제공합니다.

그렇게 빠르지 않아요: 리드 앵글이 채터와 공구 휘어짐을 유발할 수 있다

잠재적 이점에도 불구하고 단점도 있습니다. 리드 앵글이 더 양(positive)이 될수록 공구 맞물림이 증가하여 더 높은 절삭 힘이 발생하며, 이는 이제 방사형으로 이동합니다. 머시니스트가 절삭 깊이 노칭을 제거했을지 몰라도, 대신 채터(chatter)와 공구 휘어짐(tool deflection)에 직면할 수 있습니다.

또한 칩 시닝 효과로 칩 제어가 더 어려워지며, 더 무거운 이송 속도가 필요할 가능성이 높습니다. 이런 고려사항들, 그리고 페이싱과 숄더 인접 미절삭 영역 정리를 위해 두 번째 공구가 필요하다는 사실이 대부분의 머시니스트가 80도 최소 저항 경로를 택하는 이유를 설명합니다.

양의 리드 앵글 선삭 전략 채택이 분명히 균형 잡기 작업이며 마스터하기 위해 일련의 시간 소모적 테스트가 필요할 수 있지만, 두 전문가 모두 적절한 응용 분야에서는 그 노력이 충분히 가치 있다고 동의합니다.

"예, 꽤 강성 있는 세팅이 필요하고, 공정을 다소 조정해야 하지만, 양의 리드 앵글은 일반적으로 금속 제거율, 공구 수명, 생산성 증가와 동일시됩니다"라고 시코의 엘러는 말합니다.

왜 올바른 공구 홀더가 그렇게 중요한가요? "고성능 머시닝의 교훈: 공구 홀더를 잊지 마세요"를 읽어보세요.

최적 절삭 공구를 결정하는 마법의 공식은 없다

첫 번째 공정 변경은 어떤 리드 앵글이 최적인지 결정하는 것입니다. 이 과정은 확실히 '더 많다고 더 좋은 건 아닌' 그런 경우 중 하나입니다. 일정한 절삭 깊이를 가정할 때, 음의 5도 공구에서 양의 45도 리드 앵글 공구로 전환하면 공작물 맞물림이 무려 40% 증가합니다. 다시, 원하는 결과를 얻기 위해 절삭 파라미터 조정이 거의 확실히 필요할 것입니다.

절삭 힘이 항상 공구의 리드 앵글에 수직이므로, 양으로 가면 공작물에 더 큰 방사형 공구 압력이 가해집니다. 가늘고 긴 샤프트와 얇은 벽 부품을 이런 시나리오와 대부분의 보링 작업에서 선삭할 때 중립 리드 앵글이 보통 최선입니다. 이송 힘이 거의 전적으로 Z축에 있기 때문입니다. 복잡한 트레이드오프입니다. 불행히도 최적 절삭 공구를 결정하는 마법의 공식은 없습니다.

"리드 앵글이 선삭 작업에 미치는 영향을 잘 이해해야 하지만, 동시에 부품 형상도 공구 선택에 중요한 역할을 한다는 것을 인식해야 합니다"라고 셰이드는 말합니다. "숄더도 페이싱도 없는 직선 Z축 절삭이라면 정말로 무제한의 툴링 옵션이 있는 반면, 언더컷, 프로파일링, 숄더, 기타 부품 특징은 단일 공구로 할 수 있는 것을 제한하는 경향이 있습니다."

"머시닝의 모든 것은 응용 분야 의존적이며, 가장 중요한 것은 사용 가능한 옵션을 파악하고 이를 최선의 이점으로 활용하는 것입니다. 양의 리드 앵글로 전환은 그러한 옵션 중 하나입니다"라고 셰이드는 말합니다.

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