다양한 가공 소재에 맞는 이상적인 절삭 공구 선택 가이드

가공에서 공구 선택은 기술입니다. 절삭 공구 성능은 공구 절삭부 소재, 공구 구조, 공구 기하학적 소재에 좌우됩니다. 공구 수명, 가공 효율, 가공 품질, 가공 비용에 영향을 주는 것은 공구 자체 소재와 공구로 가공되는 공작물 소재입니다.

따라서 가공 시 다양한 소재의 가공 부품에 적합한 공구 선택은 가공 효율과 품질 향상뿐 아니라 공구 수명 연장과 가공 비용 절감에도 기여합니다.

현재 가공 공구 주요 소재는 6가지: 다이아몬드 공구, PCBN 공구, 세라믹 공구, 코팅 공구, 초경 공구, 고속강 공구. 이 6가지 공구가 각각 어떤 소재 가공에 적합한지 살펴보겠습니다.

다이아몬드 공구(Diamond Tool)

다이아몬드 공구: 천연 다이아몬드 공구, PCD 다이아몬드 공구, CVD 다이아몬드 공구로 구분.

다이아몬드 공구는 주로 비철금속과 비금속 소재의 고속 정삭·보링에 사용. 다양한 내마모성 비금속과 내마모성 비철금속 가공에 적합. 단점: 열적 안정성 나쁨. 절삭 온도 700~800℃ 초과 시 경도 완전 상실. 또한 철계 금속 절삭 부적합. 고온에서 다이아몬드(탄소)가 철 원자와 쉽게 반응해 탄소 원자가 흑연 구조로 변환, 공구 손상 쉬움.

PCBN 공구(PCBN Tool)

PCBN 공구: 일체형 PCBN 인서트와 초경 소결 PCBN 복합 인서트로 구분.

PCBN 공구는 경화강, 경질 주철, 내열 합금, 초경 합금, 표면 스프레이 소재 등 난삭재 정삭에 적합. 가공 정밀도 IT5(홀 IT6) 달성 가능, 표면 조도 Ra 1.25~0.20µm까지 가능. PCBN 공구는 인성과 굴곡 강도 낮음. 따라서 입방정질소질화물 선삭 공구는 저속·대충격 부하 황삭에 부적합. 동시에 고소성 소재(알루미늄 합금, 구리 합금, 니켈 기반 합금, 고소성 강 등) 절삭 부적합. 이 금속 절삭 시 심각한 빌트업 에지(BUE) 발생해 가공 표면 열화.

세라믹 공구(Ceramic Tool)

세라믹 공구 소재: 알루미나계 세라믹, 질화규소계 세라믹, 복합 질화규소-알루미나계 세라믹 3대 범주.

세라믹은 고속 정삭·반정삭에 주로 쓰이는 공구 소재 중 하나. 세라믹 공구: 회주철(회주철, 구상흑연주철, 가단주철, 칠드 주철, 고합금 내마모 주철), 강(탄소구조강, 합금구조강, 고강도강, 고망간강, 담금질강 등), 동합금, 흑연, 엔지니어링 플라스틱, 복합재 절삭 적합. 세라믹 공구 소재는 굴곡 강도 낮고 충격 인성 나쁨. 저속·충격 부하 절삭 부적합.

코팅 공구(Coated Tool)

코팅 방식 따라: 화학기상증착(CVD) 코팅 공구, 물리기상증착(PVD) 코팅 공구. 기판 소재 따라: 초경 코팅 공구, 고속강 코팅 공구, 세라믹 및 초경질 소재 코팅 공구. 소재 특성 따라: 하드 코팅 공구, 소프트 코팅 공구. 나노 코팅 공구도 인기.

코팅 공구는 CNC 가공 분야에서 큰 잠재력 보유, 향후 CNC 가공 분야 가장 중요한 공구 품종 될 전망. 코팅 기술은 엔드밀, 리머, 드릴, 복합 홀 가공 공구, 기어 호브, 기어 셰이퍼, 기어 셰이빙 커터, 성형 브로치, 각종 머신 클램프 인덱서블 인서트 등에 적용돼 강, 주철, 내열 합금, 비철금속 등 고속 절삭 소재 니즈 충족. 코팅 두께 증가에 따라 공구 수명 증가하지만, 포화 두께 도달 시 수명 증가폭 미미. 코팅 과후면 박리 용이, 코팅 과박면 내마모성 나쁨.

초경 공구(Carbide Tool)

주 화학 조성 따라: 탄화텅스텐계 초경, 탄화티타늄(질화)계 TiC(N) 초경. 전자엔 텅스텐-코발트(YG), 텅스텐-코발트-티타늄(YT), 희귀 탄화물 첨가(YW) 포함. 각각 장단점. 주성분: 탄화텅스텐(WC), 탄화티타늄(TiC), 탄화탄탈(TaC), 탄화니오븀(NbC) 등.

YG 합금: 주철, 비철금속, 비금속 가공 주용. 동일 코발트 함량서 미립 초경(YG3X, YG6X)이 중립보다 경도·내마모성 높음. 특수 경질 주철, 오스테나이트계 스테인리스강, 내열 합금, 티타늄 합금, 고경도 청동, 내마모 절연재 등 가공 적합. YT 초경 장점: 고경도, 내열성 좋음, 고온서 YG보다 경도·압축강도 높고 산화 저항성 우수. YW 합금: YG·YT 특성 겸비, 종합 성능 양호.

고속강 공구(High-speed Steel Tool)

용도 따라: 범용 고속강, 고성능 고속강. 범용 고속강: 텅스텐강, 텅스텐-몰리브덴강 2종. 고성능 고속강: 고탄소 고속강, 고바나듐 고속강, 코발트 고속강, 알루미늄 고속강, 질소 초경질 고속강 등.

범용 고속강: 절삭 경도 HB≤300 금속 소재용 절삭 공구(드릴, 탭, 톱날) 및 정밀 공구(호브, 기어 셰이퍼, 브로치) 제조 주용. 대표 강종: W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2 등.

특수 고속강: 코발트 고속강, 초경질 고속강(경도 HRC 68~70) 포함. 난삭 금속(내열 합금, 티타늄 합금, 고강도강) 절삭 공구 제작 주용. 대표 강종: W12Cr4V5Co5, W2Mo9Cr4VCo8 등.