절삭 공구 선택 가이드: 철계 및 비철계 금속 가공을 위한 종합 안내서

금속 가공 소재가 철계(ferrous)인지 비철계(nonferrous)인지 중요할까요? 가장 중요한 요소는 어떤 소재가 귀사의 절삭 공구와 기계에서 어떻게 작동하는지 이해하는 것인데, 그것이 중요합니다. 야금 지식을 가진 툴링 제조사들과 함께 금속 가공용 주요 금속 유형의 차이점을 알아봅니다.

어떤 기계공에게든 '페로우스(ferrous)'라는 단어를 정의해 보라고 하면 아마 같은 답을 들을 것입니다: 철계 금속은 녹이 슬는 것들—탄소강, 주철, 공구강 등. 이 말은 사실하지만 불완전합니다. 야금학적 정의는 더 구체적이고 훨씬 더 넓은 범위의 금속을 포괄하기 때문입니다.

"간단히 말해, 철계 소재는 철을 포함합니다."라고 케나메탈 지식 센터 아메리카의 프로그램 매니저 아론 셰이드는 말합니다. "물론 주철과 강철이 포함되지만, 일반적으로 녹이 슬지 않는 스테인리스강과 대부분의 초합금도 포함됩니다."

또 다른 관점에서 보면, 비철계 소재 그룹에는 알루미늄, 구리, 황동, 플라스틱, 복합소재, 그리고 이 그룹에 속하지 않는 모든 것이 철계로 분류될 수 있습니다. 하지만 철계든 비철계든, 둘 다 다양한 설계 특징, 속도, 이송을 요구하는 엄청난 다양한 소재를 포함한다고 셰이드는 설명합니다.

순수주의자는 많은 알루미늄 합금과 심지어 일부 구리와 청동도 소량의 철을 포함하므로 따라서 철계라고 주장할 수 있습니다. 하지만 그것은 과도한 단순화일 가능성이 높습니다. 철이 존재하는지만이 문제가 아닙니다: 철의 양이 중요하다고 셰이드는 지적합니다.

비철계 금속은 철 베이스나 상당한 양의 철을 전혀 포함하지 않습니다. 예를 들어, 316 스테인리스강은 약 62~72% 철을 포함합니다. 인코넬 718은 니켈 베이스지만 여전히 17% 철을 포함합니다. 반면 6061-T6 알루미늄은 최대 0.7% 철만 포함합니다. 이것이 셰이드가 그렇게 깊이 기술적인 주제에 대해 포괄적인 진술을 하기 어렵다고 말하는 이유입니다.

"더 관련 있는 것은 주어진 소재에 가장 잘 작동하는 공구가 무엇인지 식별하는 것입니다. 그 명칭과 상관없이."라고 셰이드는 말합니다.

케나메탈의 소재 분석 매니저 빙키 사전트도 동의합니다. "철계든 비철계든, 304 스테인리스든 6061-T6이든, 가장 중요한 것은 절삭 공구가 소재와 어떻게 상호작용하는지 고려하는 것입니다."라고 그녀는 말합니다. "칩이 어떻게 형성되고 작업 영역에서 가장 효과적으로 제거하는 방법, 소재의 열적 및 화학적 특성이 공구에 미치는 영향, 부품 형상의 모양이 절삭기의 형상 및 기하학과 어떤 관계인지 알아야 합니다."

본질적으로, 적절한 공구 선택은 공작물 소재의 야금학적 분류보다 훨씬 더 많은 것에 달려 있습니다.

철계 vs 비철계 금속: 올바른 절삭 공구 선택

케나메탈과 다른 절삭 공구 제조사들은 '철계 vs 비철계'를 피하고, 대신 경도, 강도, 연성, 열전도율, 화학적 구성 같은 야금학적 특성에 기반하여 소재 그룹을 나눕니다. 이러한 속성이 어떤 절삭 공구가 주어진 소재를 가공하는 데 가장 효과적인지, 그리고 어떻게 최적으로 적용할지를 결정합니다. 다음 목록은 케나메탈의 각 카테고리와 절삭 공구 선택에 대한 기본 가이드라인을 설명합니다:

강철: P1 – P6

1018, A36 같은 저탄소강은 P1 카테고리에 속하는 반면, P6에는 PH(석출 경화) 및 400계열 스테인리스강(440C, 15-5, 17-4 등)이 포함됩니다. 그 사이에는 공구강(D2, S7), 금형강(P20), 다양한 합금강(4340, 8620 등)이 있습니다. 일반적으로 양의 레이크, 알루미나 코팅 초경 공구가 부드러운 P1, P2 금속에 잘 작동하는 반면, 경도가 증가함에 따라 더 큰 에지 프렙(K-랜드 등)과 더 음의 레이크가 선호됩니다.

스테인리스강: M1 – M3

P 그룹에서 발견되는 페라이트계 및 마르텐사이트계 스테인리스강과 달리, M1 및 M2 타입 스테인리스강은 오스테나이트계(면심 입방 결정 구조를 가짐)인 반면, 듀플렉스 M3 강(Nitronic 등)은 페라이트를 포함하는 2상 미세조직을 가져 매우 강합니다. 스테인리스 및 듀플렉스 강은 최소 10.5% 크롬과 니켈 및 기타 까다로운 원소를 포함합니다. 원칙적으로 최소한의 에지 프렙, 적당한 이송, 낮은 절삭 깊이를 가진 양의 레이크 CVD 코팅 공구를 사용합니다.

니켈 가공에 도움이 필요하신가요? "니켈 기반 고온 합금을 위한 5가지 금속 절삭 팁"을 읽어보세요.

주철: K1 – K3

맨홀 뚜껑에 사용되는 K1 또는 회주철부터, 브레이크 디스크에 사용되는 CGI(압축 흑연 주철, K2 금속), 공작기계의 바이스까지 철은 모든 곳에 있습니다. 바이스는 K3 등급 연성 주철, 즉 '듀라바(Dura-Bar)'로도 알려진 소재를 사용합니다. 모든 주철은 짧은 칩을 내고 마모성이 강해, 플랫 탑(영 또는 음의 레이크) 세라믹과 PCBN 절삭 공구가 첫 번째 선택입니다. CVD 코팅 초경은 가장 단단한 주철을 제외한 모든 주철에 잘 작동합니다.

비철계: N1 – N7

케나메탈의 셰이드가 지적하듯, 비철계는 철을 포함하지 않는 소재—대부분입니다. N1~N3 지정에는 흔한 6061-T6부터 공융점이고 매우 마모성이 강한 Al-12Si까지 모든 알루미늄이 포함됩니다.

N4는 구리, 황동, 아연 기반 합금으로, 대부분 자유 절삭 금속인 상당한 목록입니다. N5~N7에는 플라스틱, 고무, 흑연, CFRP까지 모든 것이 포함됩니다.

절삭 공구 관점에서, 이들 소재 대부분은 높은 양의 레이크, 일반적으로 비코팅 초경 또는 PCD(다결정 다이아몬드) 인서트로 잘 가공됩니다. 다만 부드러운 플라스틱과 고무는 매우 날카로운 HSS 공구 비트로 가장 잘 절삭될 수 있습니다.

초합금: S1 – S4

이름에서 알 수 있듯, 고온 합금의 S-시리즈는 가공하기 가장 어려운 소재 중에 속하며 다음을 포함합니다:

• S1: A286, 철계 또는 S1 합금
• S2: 코발트를 함유한 스텔라이트
• S3: 인코넬 625와 모넬은 니켈이 높은 초합금
• S4: Ti6Al-4V 같은 티타늄이 가장 일반적인 소재

길고 끈적한 칩이 일반적이며, 절삭 깊이 노칭, 가공 경화, 빌트업 에지가 발생합니다. 날카로운 양의 레이크 절삭 공구가 필요하며, 더 느린 절삭 속도와 견고한 셋업이 필요합니다. 더 높은 생산성을 위해 세라믹 절삭 공구를 고려하되, 화학적 반응성 때문에 티타늄은 예외입니다.

경화 소재: H1 – H4

공구강, PH 스테인리스, 고탄소강이 열처리를 통해 경화되면, 초경 절삭 공구에서 세라믹이나 'PCBN'(다결정 입방 질화 붕소)로 전환하는 것이 종종 필요합니다.

절삭 깊이와 절삭 속도도 극도의 내마모성과 마모성을 완화하기 위해 줄여야 합니다. 경화 H1(최대 48 HRC)부터 H4(60 HRC 초과) 소재에 대해서도 초합금과 마찬가지로 더 견고한 셋업이 더 좋습니다.

절삭 공구 선택 기준은 툴링 제조사 전반에서 유사

세코 툴스와 산드빅 머시닝 솔루션즈의 기업 애플리케이션 엔지니어 브라이언 회플러는 케나메탈과 약간 다른 소재 설명을 사용하지만, 절삭 공구 선택의 기본 기준은 동일합니다.

"어떤 소재의 가공성은 주로 미세조직, 열전도율, 탄소 함량, 몰리브덴과 텅스텐 같은 합금 원소의 존재, 그리고 기타 수많은 변수에 크게 의존합니다."라고 회플러는 말합니다.

하루가 끝날 때, 올바른 공구 선택은 일반적으로 공작물 소재의 야금학적 결합을 끊는 데 가장 효과적이면서 가공 중 발생하는 열과 마모를 견딜 수 있는 절삭 공구 소재, 형상, 코팅이 무엇인지로 귀결됩니다.

"의심스러우면 지식이 풍부한 절삭 공구 공급업체와 소통하여 도움을 받으세요."라고 회플러는 말합니다. "무엇을 절삭하든, 생산적이고 비용 효율적인 솔루션이 있을 가능성이 매우 높습니다."

귀하가 절삭하는 소재의 금속 구성을 얼마나 잘 아시나요? 동료들과 공유해 보세요.