칩 형성 설명:다이어그램, 유형 및 영향 요인

칩 형성은 절삭 작업 중에 공작물에서 재료가 기계적으로 제거되어 칩이 생성되는 프로세스입니다. 이러한 칩은 특성에 따라 연속형, 불연속형, 구성인선이 있는 연속형 등 다양한 유형으로 분류될 수 있습니다.

이번 독서에서는 칩이 무엇인지, 어떻게 형성되는지, 칩 형성 다이어그램 및 칩 유형을 살펴보겠습니다. 또한 칩 형성에 영향을 미치는 요소에 대해서도 알아봅니다.

칩이란 무엇인가요?

칩은 밀링 커터, 선반, 톱과 같은 장비를 사용하여 재료를 기계적으로 절단할 때 발생하는 부산물입니다. 제2차 세계대전과 더 빠르고 강력한 절삭 공구, 특히 금속 절삭용 고속 강철 커터의 도입으로 칩 형성 주제에 대한 연구가 활발해졌습니다. Franz(1958)와 Kivima(1952)는 모두 이 분야에서 획기적인 연구를 수행했습니다.

칩은 어떻게 형성되나요?

절삭 공구(예:선반, 톱, 밀링 커터)가 가공물과 상호 작용할 때 공구의 절삭날이 재료를 변형시켜 재료가 전단되고 분리되어 칩이 형성됩니다.

칩 종류

가공 시 생성되는 칩 유형은 피삭재 재질, 절삭 속도, 이송 속도, 공구 형상과 같은 요소에 따라 달라집니다. 가공 시 주요 칩 유형은 다음과 같습니다.

연속 칩

연속적인 칩은 동일한 두께의 리본 모양의 코일을 형성합니다. 저탄소강, 구리, 황동, 알루미늄 합금과 같은 연성 재료를 높은 절삭 속도와 압축 및 전단 시 공구 절삭날 압력으로 절삭하면 이 칩이 형성됩니다. 이렇게 하면 도구 가장자리 앞에 재료가 배치됩니다. 날카로운 절삭날과 낮은 공구 칩 마찰도 칩 형성에 도움이 됩니다.

절삭날 이전에는 주요 변형 영역이 있습니다. 공구-칩 접촉 시 마찰로 인해 작업 재료가 2차 변형 영역에서 변형됩니다. 이 영역의 두께는 마찰과 관련이 있습니다. 부드러운 금속을 저속 및 경사각으로 절단할 때 표면 왜곡이 발생합니다. 연질 금속 가공 결과가 좋지 않습니다.

연속적인 칩은 부드러운 절단과 우수한 표면 품질을 제공합니다. 공구 수명을 늘리고 전력 사용량을 줄입니다. 절삭 공구에는 칩 브레이커가 있어 칩이 엉키는 것을 방지합니다. 이는 회전 중에 자주 발생합니다.

불연속 칩

주철, 청동, 고탄소강과 같은 취성 재료는 적당한 속도로 가공할 때 불연속적인 칩을 생성합니다. 이 부분들은 느슨하게 연결되어 있습니다. 재료는 변형 중에 연성을 잃고 파손되며 칩 흐름이 주기적으로 파열됩니다.

칩 형성 중에 절삭력이 자주 변경됩니다. 이 칩은 높은 공구 칩 마찰, 큰 이송 및 절입 깊이로 인해 발생합니다. 불연속 칩은 연성 재료를 절단할 때 공구 수명과 표면 조도를 저하시킵니다.

불연속적인 칩 형성에서는 절삭 공구 및 고정 장치의 강성으로 인해 진동, 치수 부정확성, 표면 조도 불량 및 절삭 공구 손상이 발생할 수 있습니다. 불연속 칩은 길이가 작기 때문에 연속 칩보다 취급하기가 더 쉽습니다. 또한 일회용입니다.

빌트업 엣지를 갖춘 연속 칩

절삭 중에 공구 칩 인터페이스 사이의 높은 마찰로 인해 칩 재료가 공구 팁의 공구 경사면에 융합되어 구성 가장자리가 생성됩니다. 칩이 공구에 지속적으로 닿으면 심각할 수 있습니다. 도구 가장자리의 확장으로 간주하십시오. 일시적이고 불안정한 상승 가장자리가 형성됩니다.

가공하면 조각이 제거됩니다. 가공 후 칩이나 가공면이 부분적으로 들러붙는 경우가 있습니다. 표면조도 불량의 원인이 됩니다. 그러나 표면 조도가 좋지 않고 절삭날에 코팅을 추가하여 공구 마모를 줄이고 공구 수명을 향상시킵니다.

세그먼트 또는 톱니 모양의 칩

톱니 모양의 칩에 대한 다른 용어는 비균질 칩입니다. 높은 전단 변형의 큰 영역과 낮은 전단 변형의 작은 영역이 이 칩에 톱니 모양을 제공합니다. 이러한 주기적 칩 생성으로 인해 반연속적인 칩이 생성됩니다. 이러한 칩은 티타늄 합금, 니켈 기반 초합금, 오스테나이트 스테인리스강과 같은 경질 재료를 고속으로 가공할 때 형성됩니다.

칩의 분류

1900년대 중반 미국 엔지니어 Dr. Norman Franz는 제조 과정에서 칩을 연구하고 세 가지 주요 분류를 식별했습니다. Franz에 따르면 대부분의 칩은 세 가지 분류 중 하나로 분류됩니다.

타입 I 칩

유형 I 칩은 물질의 수직 인장 강도를 초과하는 공구의 상향 쐐기 작용으로 인해 물질이 절삭날 앞에서 파손될 때 형성됩니다. 이는 섬유가 강하지만 쉽게 분리되는 목재와 같은 섬유질 재료에 매우 중요합니다.

유형 I 칩은 일반적으로 절단 각도가 얕은 공구를 사용하여 절단할 때 형성됩니다. 절단 길이만이 유형 I 칩 부스러기의 크기를 제한합니다. 이것은 대패질, 특히 입이 미세하고 잘 조율된 대패질에 최적인 칩 구조입니다.

유형 II 칩

공구 각도 쐐기가 전단될 때 유형 II 칩이 형성됩니다. 재료는 도구 가장자리의 정점에서 대각선 위쪽 및 표면 앞쪽으로 짧은 경사면에서 파손됩니다. 이 선을 따라 변형되면 위쪽으로 컬링되는 칩이 생성됩니다. 일반적으로 이러한 칩은 중간 각도로 절단하여 생성됩니다. 금속과 같은 연성 재료는 유형 II 칩을 생성할 수 있습니다. 유형 II 칩은 연속적인 칩을 생성할 수도 있습니다.

Type-III 칩

유형 III 칩은 90° 절단 각도 이전에 재료 압축 실패를 유발합니다. 이렇게 하면 연성이 없거나 연성이 없는 재료에 미세 먼지 조각이 생길 수 있지만, 폐기물이 도구 앞에 뭉쳐져 있지만 쓸려 내려가지 않을 때 무작위로 "제설" 효과가 나타나는 경우가 많습니다.

이러한 유형의 칩은 라우터에 의해 형성됩니다. 목공 스크레이퍼는 적절하게 날카롭게 사용하면 유형 II 칩처럼 보이는 얇은 유형 III 칩을 생성하는 경우가 많습니다. 얇은 폐기물 칩은 유형 II의 잘 정의된 전단면과 일치하도록 압축 실패량을 줄입니다.

칩 형성에 영향을 미치는 요소

칩 형성에 영향을 미치는 요소는 다음과 같습니다.

• 재료 특성:연성 재료는 연속 칩을 형성하는 경향이 있는 반면, 취성 재료는 불연속 칩을 형성합니다.
• 절삭 속도 및 이송 속도:속도와 이송 속도가 높을수록 연속적인 칩 형성이 발생할 수 있으며, 속도와 이송 속도가 낮을수록 불연속적인 칩이 발생할 수 있습니다.
• 공구 형상:절삭 공구 모서리의 각도와 날카로움은 칩 형성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
• 윤활 및 냉각:윤활제와 냉각수를 사용하면 칩 형성에 영향을 미칠 수 있는 마찰과 온도를 줄일 수 있습니다.
• 가공물 온도 및 경도:이러한 요소는 형성되는 칩 유형에도 영향을 미칠 수 있습니다.
• 공구 재료 및 코팅:절삭 공구에 사용되는 재료 유형과 코팅이 칩 형성에 영향을 미칠 수 있습니다.