담금질강(퀜칭강) 가공용 최적 공구 선택 가이드

담금질강(퀜칭강)이란?

담금질강은 담금질 후 마르텐사이트 조직, 경도 HRC 50 이상인 강철을 말합니다. 난삭재 중 큰 비중 차지. 연마는 경화강 가공 전통 방법. 하지만 선삭, 밀링, 보링, 드릴링, 리밍으로 가공 효율 향상, 연마 후 형위 오차 너무 복잡해 발생 문제 해결.

담금질강 절삭 특성

• (1) 주요 절삭 특성: 높은 경도, 높은 강도, 거의 소성 없음.
• (2) 큰 절삭력, 높은 절삭 온도
• (3) 높은 경도와 취성으로 절삭 시 칩 생성 어렵고, 가공 표면 낮은 표면 거칠기 얻기 쉬움.
• (4) 절삭모서리 파손/마모 쉬움
• (5) 낮은 열전도율

경화강 가공용 공구 소재 선정 방법?

경화강 가공용 절삭 공구 소재 합리적 선정은 중요 전제. 담금질강 절삭 특성 고려 시 공구 소재는 높은 경도, 내마모성, 내열성뿐만 아니라 일정 강도와 열전도율도 가져야 함.

(1) 초경합금(Cemented Carbide)

초경합금 성능 향상 위해 적량 TaC 또는 NbC 초미립자 함유 초경합금 우선 선택. WC-Co 초경합금에 TaC, NbC 입자 첨가 시 초경합금 입자 크기 미세화, 내마모성 향상. TaC는 마찰계수 감소, 절삭온도 저감, 초경합금 열균열/열소성변형 저항성 향상. 동시에 일반 초경합금 대비 WC 입자 0.5~1μm로 미세화, 경도 HRA 1.5~2 증가, 항절강도 600~800MPa 증가, 고온 경도 증가.

경화강 절삭용 일반 초경합금 등급: YM051, YM052, YN05, YN10 등.

(2) 세라믹 공구(Ceramic Cutting Tools)

알루미나에 TiC 등 금속 원소 첨가, 열압 공정 채택으로 세라믹 치밀도 향상, 알루미나계 세라믹 성능 개선, 세라믹 경도 HRA 95.5, 항절강도 800~1200MPa, 내열성 1200~1300°C. 사용 시 부착/확산 마모 감소. 세라믹 공구는 경화강 선삭, 밀링, 보링, 평삭에 적합.

(3) 입방정질화붕소(CBN) 공구

경도 HV 8000~9000, 복합 항절강도 900~1300MPa, 열전도율 높고 내열성 1400~1500°C로 공구 소재 중 최고. 경화강 정삭/반정삭에 매우 적합.

요약: 기계/환경 허용 시 경화강 절삭 최적 공구 소재는 CBN 블레이드, 다음 세라믹 공구, 마지막 신등급 초경합금 공구.

경화강 가공 시 절삭 매개변수 선정 방법?

경화강 절삭 매개변수 주로 공구/작업물 소재 물성, 공작물 형상, 공정계 강성, 가공 여유량에 따라 선정. 세 절삭 요소 선정 시 우선 합리적 절삭속도, 다음 절삭깊이, 다음 이송속도 순 고려.

(1) 절삭속도 Vc

경험상 다른 공구 소재로 경화강 절삭 시 절삭속도:

• 초경 공구: Vc = 30~75 m/min
• 세라믹 공구: Vc = 60~120 m/min
• CBN 공구: Vc = 80~250 m/min

간헐 절삭이거나 공작물 경도 너무 높으면 절삭속도 낮춰야 함. 일반적으로 최저 절삭속도 1/2 이상.

(2) 절삭깊이 Ap

일반적으로 가공 여유량과 공정계 강성 따라 선정. 보통 ap = 0.1~3mm.

(3) 이송속도 fr

일반적으로 0.05~0.5 mm/rev. 공작물 경도 높거나 간헐 절삭 시 단위 절삭력 줄이기 위해 이송속도 낮춰 날 무너짐 방지.

CBN 공구로 경화강 절삭 활용법?

CBN 공구는 다양한 담금질강 등 난삭재 절삭 주용도. 높은 금속 제거율뿐만 아니라 좋은 표면 처리 품질. 다양한 담금질강 절삭으로 연마 효과적 대체, 공정 단축, 생산성 향상. CBN 공구 높은 경도(HV 8000~9000), 높은 내열성(1400~1500°C)으로 초경합금보다 몇 배 높은 절삭속도 허용, 내구성 초경합금 수~수십 배. CBN 공구 저속 절삭 부적합. CBN 공구 절삭 과정 발생 열로 미세 절삭영역 공작물 소재 연화.

작업물 경도 HRC 55~65 시 CBN 공구 절삭속도 90~200 m/min 범위. 밀링 시 Vc=100~160 m/min, 분당 이송 Vf=70~160 mm/min. 리밍 시 Vc=60~130 m/min, ap=0.1~0.2mm, f=0.07~0.2 mm/rev. CBN 공구 주로 경화강 반정삭/정삭용, 효율 연마 대비 약 10배.

CBN 공구 경화강 절삭 사례

담금질강 절삭은 대표적 하드 커팅 소재. 과거 단단해 연마만 가능하다고 생각. 이제 절삭 기술 발전으로 선삭, 밀링, 평삭, 드릴링으로 연마 대체.

경화 베어링강(GCr15) CBN 인서트 KBN100으로 선삭, 공작물 경도 HRC 62. 공작물 베어링 외륜. 절삭조건: Vc=115 m/min, Ap=0.3mm, f=0.1~0.2 mm/rev, 공구 내구성 60분, 표면 거칠기 Ra 1.6.

요약

현재 경험상 기계와 환경 허용 시 담금질강 가공에 가장 적합한 공구는 입방정질화붕소(CBN) 공구입니다.