불 엔드밀(Bull Endmill): 내구성 뛰어난 코너 라디우스 커터로 밀링 성능 극대화

불 엔드밀이란?

불 엔드밀은 불 노즈 엔드밀(Bull nose end mill) 또는 코너 라디우스 엔드밀(Corner radius end mill)이라고도 하며, 밀링된 숄더 바닥부에 코너 반경을 가공하는 데 사용되는 단일 엔드 공구입니다.

불 노즈 엔드밀은 사각 엔드밀보다 밀링 날(절삭날)이 더 견고하여 이송 속도를 높일 수 있고, 이는 공구 수명 연장과 생산성 향상으로 이어집니다. 이 밀링 비트는 벨 엔드밀보다 금형 프로파일링 작업에서 더 높은 생산성을 제공합니다. 불 노즈 엔드밀은 일반적으로 초경 소재로 제작되며 다양한 직경과 길이로 제공됩니다.

불 엔드밀의 소재 및 코팅

엔드 밀링 공구는 CNC 가공 공구의 대표 제품입니다. 일부 국가에서는 선삭 공구의 90% 이상, 밀링 커터(불 노즈 엔드밀 포함)의 55%가 초경으로 제작되며, 이 추세는 현재도 지속되고 있습니다.

1980년대 이후 공구 산업은 다양한 일체형 및 인덱서블 초경 공구 또는 인서트의 생산을 지속적으로 확대해 왔으며, 그 종류는 다양한 절삭 공구 응용 분야로 확장되었습니다. 이 중 인덱서블 초경 공구는 심플한 선삭 공구와 페이스 밀링 커터로 구성되어 정밀, 마무리, 성형 공구 분야에서 널리 사용됩니다.

초경은 드릴 비트, 페이스 밀링 커터 같은 범용 공구뿐만 아니라 리머, 엔드밀, 중대형 모듈러스 기어 커터(경질 치면 가공용), 브로치 등 복잡한 공구 제조에도 흔히 사용됩니다. 초경 공구 및 인서트의 연간 생산액은 전체 절삭 공구 생산액의 30% 이상을 차지합니다.

입자 크기에 따라 코너 라디우스 엔드밀 제작용 초경은 일반 초경, 미립 초경, 초미립 초경으로 나뉩니다. 주 화학 성분별로는 텅스텐 카바이드계 초경과 티타늄 카바이드계 초경으로 구분됩니다.

초경 코너 라디우스 엔드밀 커터는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN, 일명 AlTiN), 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 탄소 질화물(TiCN) 등 세라믹으로 추가 코팅될 수 있습니다. 이 중 청회색의 TiAlN 코팅이 가장 널리 쓰이며, 마찰 감소와 경도 향상으로 금속 절삭 속도를 최대 20% 높이고 공구 수명을 연장합니다.

불 엔드밀의 작동 원리 및 밀링 방식

불 노즈 엔드밀을 사용한 밀링 공정에서 공작물은 공구의 회전 방향을 따라 또는 상대적으로 이송될 수 있으며, 이는 절삭의 시작과 마무리 특성에 영향을 줍니다.

코너 라디우스 엔드밀로 순밀링(동방향 밀링, Down milling) 시 공작물의 이송 방향이 절삭 영역에서 공구의 회전 방향과 동일합니다. 칩 두께는 절삭 시작부터 끝까지 점차 감소하여 주변 밀링에서 최종적으로 0이 됩니다.

반면 역밀링(Up-milling) 시 공작물 이송 방향은 코너 라디우스 엔드밀의 회전 방향과 반대입니다.

역밀링 시 코너 라디우스 엔드밀은 칩 두께 0에서 절삭을 시작하므로 높은 절삭력이 발생하여 공구와 공작물을 서로 밀어냅니다.

코너 라디우스 엔드밀의 날은 절삭날에 의해 발생한 경화 표면과 접촉하게 되며, 동시에 고온에서 마찰과 연마 효과가 발생합니다.

절삭력은 공작물을 테이블에서 들어 올리기 쉽게 만듭니다. 반면 순밀링 시 날은 최대 칩 두께에서 절삭을 시작하므로 연마 효과를 방지하고 열을 줄이며 가공 경화 경향을 감소시킵니다. 최대 칩 두께를 적용하는 것은 매우 유리하며, 절삭력이 공작물을 공구 쪽으로 밀어주어 날의 절삭 작용을 용이하게 합니다.

불 엔드밀의 적용

코너 라디우스 엔드밀로 밀링 공정 중 칩이 절삭날에 달라붙거나 용착되어 다음 절삭날 시작 부분에 모일 수 있습니다. 역밀링 시 칩이 날과 공작물 사이에 끼거나 쐐기처럼 박혀 날 파손을 유발할 수 있습니다. 반면 순밀링 시 같은 칩 파편이 둘로 나뉘어 절삭날이 손상되지 않습니다.

기계, 지그, 공작물의 요구사항과 관계없이 순밀링이 선호되는 경우가 많습니다. 코너 라디우스 엔드밀을 사용한 순밀링은 공구가 앞으로 밀리면서 공작물을 아래로 누르는 공정이 필요하며, 이는 백래시를 제거하여 테이블 이송 요건을 충족하는 가공 공구를 요구합니다.

공구가 공작물 속으로 밀려들면 이송 속도가 불규칙하게 증가하여 과도한 칩 두께와 치핑이 발생할 수 있습니다. 이 경우 역밀링을 사용하는 것이 좋습니다. 또한 가공 여유량이 크게 변하는 경우에도 역밀링이 유리합니다.

공작물을 올바르게 고정하려면 적절한 지그가 필요하며, 작업에 맞는 올바른 공구 크기도 필요합니다. 하지만 진동 경향 측면에서는 절삭력 방향이 더 중요합니다.