[Tech]밀링 공정의 기계적 부하 제어 공구에 가해지는 과도한 열, 급격한 마모·변형 불러 이번에는 가공 과정에서 금속 절삭 공구의 적용과 부하 발생의 관계에 대해 다루는 세 번째다. 이전의 첫 번째 자료에서는 금속 절삭에 대한 기본 개념과 선삭 작업에서의 공구 형상, 이송 및 기계적 부하 간의 연관성에 대해 다뤘고 두 번째는 밀링 시 기계적 부하에 커터 위치 및 공구 경로가 미치는 영향에 대해 분석했다. 그리고 이번 세 번째 자료에서도 밀링 공정에 대한 내용을 소개한다. 툴링 및 절삭 변수의 선택이 밀링 과정을 특징짓는 단속 절삭 조건에서의 열 생성, 흡수, 관리에 어떤 영향을 미치는지에 대해 알아본다. 발열 문제금속 절삭에서 최대 섭씨 800~900도에 달하는 온도가 생성되는데, 이로 인해 절삭 인선은 피삭재 재질을 변형시키고 해당 부분들을 절단시킨다. 연속 선삭 작업에서 열 생성은 고정적인 직선형 패턴으로 나타난다. 이에 반해 밀링 커터의 날은 단속적으로 피삭재 재질에 진입하고 나가기를 반복하기 때문에 절삭 인선의 온도가 상승하고 하락하기를 반복한다.가공 시스템의 요소들이 금속 절삭 과정에서 생성되는 열을 흡수하는 역할을 한다. 일반적으로 총 생성되는 열의 10%가 피삭재 재질에 가해지고 80%가 공정 중에 절단돼 잘려나간 칩에 가해지며 나머지 10%가 공구에 가해진다. 고온으로 인해 공구의 수명이 단축되고 가공되는 부품이 손상될 수 있기 때문에 가장 이상적인 현상은 잘려나간 칩들에 대부분의 열이 가해지는 것이다.피삭재 재질 및 기타 다른 공정 요인에서 비롯되는 다양한 열전도율은 열의 분포에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 초내열 합금의 열전도율은 매우 낮다. 열전도율이 낮은 피삭재 재질을 가공할 경우 보다 많은 양의 열이 공구에 가해지게 된다. 또한 견고한 재질의 경우 부드러운 재질보다 가공 시 많은 열을 생성한다. 그리고 대개 절삭 속도가 높을수록 열의 생산량이 증가되며, 이송 속도가 높을수록 고온에 적용받는 절삭 인선의 면적이 넓어진다.절입 호밀링 공정의 단속적 특성으로 인해 커터 날은 총 가공 시간의 일정 시간 동안만 열을 생성한다. 커터 날이 실제 절삭 공정을 수행하는 시간적 비율은 밀링 커터의 절입 호에 의해 결정되는데, 이 호는 원주 방향 절삭 깊이와 커터의 직경에 따라 달라진다.밀링 공정별로 절입 호는 다양하다. 예로 슬롯 밀링의 경우, 가공 공정 동안 피삭재 재질이 커터의 절반을 감싸게 되는데 이 경우 절입 호는 공구의 직경과 동일하다. 절삭 인선이 총 가공 시간의 절반 동안 실제 절삭 작업을 수행하게 되고 이로 인해 열이 빠르게 생성된다. 이는 사이드 밀링의 경우와 뚜렷이 다르다. 사이드 밀링의 경우 커터 날이 피삭재 재질과 접촉하는 시간이 상대적으로 적으며 이로 인해 절삭 인선에 가해진 열이 공중에서 소멸될 가능성이 높아진다.공구에 가해지는 과도한 열은 급격한 마모 현상 및 변형을 일으켜 공구의 수명을 단축시킨다. 하지만 모순적이게도 많은 수의 절삭 공구 재질들이 최대의 효율성을 달성하기 위해서는 최저 임계 온도 이상에서 사용돼야 한다.그 중 초경 절삭 공구는 견고하지만 잘 부서지는 분말 금속으로 구성돼 있다. 특정 최저 온도 이상의 온도를 가할 경우 분말 금속 재질의 인성이 향상되고 파손 경향이 줄어든다. 반면 절삭 온도가 너무 낮을 경우, 공구의 기존 취약성으로 인해 파손과 치핑, 인선 마모 현상이 일어난다. 이를 방지하기 위해 이상적인 절삭 온도를 유지하는 것이 관건이다.칩 두께 및 발열 문제이전의 두 번째 자료에서 원주 방향 절삭 깊이, 절삭 인선 각도, 이송 속도 및 칩 두께를 밀링 시 기계적 부하의 원인으로 파악했다. 마찬가지로 해당 요인들과 절삭 속도가 밀링 공정의 열 부하에 영향을 미치는 것으로 나타났다.칩 두께는 열 조건 및 공구의 수명에 모두 지대한 영향을 미친다. 칩의 두께가 너무 두꺼울 경우 이로 인한 과부하가 과도한 열을 생성하고 절삭 인선에 치핑 또는 파손 현상을 야기한다. 반대로 칩의 두께가 너무 얇을 경우 절삭 인선의 보다 한정된 면적을 통해 절삭 작업이 수행되고 이로 인한 마찰 및 열의 증가로 인해 급속한 마모 현상이 초래된다.밀링 공정에서 절삭 인선이 피삭재 재질의 내부에 들어갔다 나올 때마다 칩의 두께는 지속적으로 변한다. 이로 인해 공구 공급업체들은 '평균 칩 두께'라는 개념을 활용해 가장 높은 생산성의 칩 두께를 유지하는 커터 이송 속도를 산출한다.올바른 이송 속도의 측정은 커터의 절입 호, 원주 방향 절삭 깊이, 절입각 등의 요인들을 통해 측정된다. 절입 호가 클수록 원하는 평균 칩 두께를 달성하기 위해 요구되는 이송 속도가 더 낮아진다.마찬가지로, 커터의 절입이 적으면 이송 속도가 높아져야 동일한 칩 두께를 달성할 수 있다. 또한 커터의 절입각도 이송 요건에 영향을 미친다. 최대 칩 두께는 절입각이 90도일 때 생성되므로, 동일한 칩 두께를 달성하기 위해서는 절입각이 낮을수록 이송 속도가 높아야 한다.커터의 최대 절입 시와 동일한 값으로 절삭 지점 내의 칩 두께와 온도를 유지하기 위해서 공구 공급업체들은 커터 절입량(%)이 작아질수록 절삭 속도를 높이는 데 사용하는 보상값을 개발했다.다음 그림에서와 같이 최대 절입(절삭 직경 100%) 커터의 속도 값이 1.0일 경우, 절입각은 90도이고 절삭 시 절입 직경이 20%인 커터를 위한 속도 보상값은 1.35이다. 이에 따라 최대 절입 시의 커터의 절삭 속도가 100m/분일 경우, 직경의 1/5에 해당하는 면적만이 절삭 시의 절입에 해당하는 커터에서 최적의 칩 두께를 유지하기 위해 필요한 절삭 속도는 135m/분이다.열 부하 측면에서 볼 때, 절입 호가 작을 경우 공구의 수명을 극대화하기 위해 필요한 최소 온도를 생성하는 절삭 시간이 충분하지 않을 수 있다. 절삭 속도의 증가는 대개 열 생성 증가로 이어지므로 작은 절입 호는 보다 높은 절삭 속도로 보완함으로써 절삭 온도를 원하는 수준으로 상승시킬 수 있다. 또한 높은 절삭 속도는 절삭 인선이 칩과 마찰하는 시간을 단축시키고 이에 따라 공구에 전달되는 열량을 감축시킨다. 전반적으로 높은 절삭 속도는 가공 시간을 단축시키며 생산성을 향상시킨다. 그리고 반대로 낮은 절삭 속도는 가공 온도를 낮춘다. 작업 과정에서 생성된 열의 온도가 너무 높을 경우 절삭 속도를 낮춤으로써 온도를 허용 수준 내로 줄일 수 있다.절삭 인선 형상밀링 커터와 날의 형상은 열 부하를 관리하는 측면에서 중요하다. 커터의 기본 형상이 피삭재에 적합한 공구의 위치를 결정한다. 절삭 인선이 포지티브 경사(절삭 인선의 상단이 피삭재 재질을 기준으로 뒤로 누워있는 경사)를 지닌 커터의 경우 보다 낮은 절삭력을 발휘하며 적은 발열량을 발생시키고 절삭 속도가 빠르다. 반면 포지티브 경사를 지닌 공구의 경우 네거티브 경사를 지닌 공구보다 내구성이 떨어진다. 네거티브 경사를 지닌 커터의 사용은 피삭재 재질의 경도와 표면 조건에 따라 좌우될 수 있다. 네거티브 경사를 지닌 공구는 보다 높은 절삭력을 발휘하고 높은 절삭 온도를 발생시킨다.절삭 인선 형상은 절삭 작업을 개시 및 조정하고 절삭력을 제어하며, 이에 따라 열의 생성에 영향을 미친다. 피삭재 재질과 접촉 및 마찰하는 공구의 절삭 인선은 날카롭거나 둥근형으로 챔퍼될 수 있다. 챔퍼링 또는 원형 처리된 절삭 인선이 더 강하지만 역시 보다 높은 절삭력을 발휘하며 많은 열을 발생시킨다. 날카로운 인선은 다른 두 형태만큼 강하지 않으나 보다 낮은 절삭력을 발휘하며 적은 열을 발생시킨다.절삭날 배후에 위치한 T-랜드는 칩의 방향을 지시하고 포지티브 또는 네거티브 경사를 갖추고 있으며, 내구성이 강하지만 열 생성이 높은 네거티브 배치와 보다 낮은 작업 온도를 가능하게 하는 포지티브 배치가 가능하다.밀링 공정에서 절삭 작업은 단속적으로 중단되기 때문에 밀링 공구의 칩 제어 기능이 선삭 공정에서처럼 중요한 역할을 하지는 않는다. 그러나 공정의 피삭재 재질 및 절입 호에 따라 칩의 형태 및 방향 형성에 관여하는 에너지가 중요한 요소로 작용할 수 있다. 단단하고 견고한 칩 제어 형상은 칩을 동그랗게 말린 형태로 만들어 보다 높은 절삭력을 발휘하며 많은 열을 발생시킨다. 좀 더 개방형인 칩 제어 형상은 보다 낮은 절삭력을 발휘하며 적은 열을 생성하지만 일부 피삭재 재질과 절삭 변수의 조합으로 사용이 적합하지 않을 수 있다.냉각 관련 사안금속 절삭 작업에서 발생되는 온도의 문제를 해결할 수 있는 또 다른 방법으로는 적절한 절삭유의 사용이 있다. 공구에 가해지는 열로 인한 과도한 온도는 절삭 인선의 급속한 마모 및 변형을 초래하기 때문에 열은 가급적 신속하게 제어해야 한다.온도를 효율적으로 감소시키기 위해서는 열의 근원에 직접적으로 냉각을 가해야 한다. 그러나 칩과 절삭 인선 간의 압력이 20,000bar에 근접하는 고온의 절삭 지점에 절삭유를 주입하는 것은 실상 불가능하거나 매우 어려운 작업이다. 또한 이러한 극한 환경에서 절삭유는 주입 즉시 즉각적으로 증발해버린다. 따라서 절삭유가 열을 제거하는 데에는 완벽히 효과적이지 않을 수 있으나 어느 정도 효과는 있을 수 있다.절삭유의 사용이 정확히 어느 정도의 변화를 가져오는지는 불분명하다. 절삭유의 효과에 대한 문제는 하나의 별도의 주제라 할 수 있으며, 종교와 같이 그 효과를 믿거나 믿지 않거나의 두 분류로 나뉜다. 보통 과도한 열이 예상될 경우에는 절삭유를 사용할 수 있다. 슬롯 밀링의 경우, 절삭유를 사용하는 것은 일반적으로 나쁘지 않다. 분명 냉각에 도움은 되겠지만 그 효과에 대해서는 논쟁의 여지가 있다. 반면 절삭 온도를 낮게 유지할 수 있는 사이드 밀링의 경우에는 절삭유를 사용하지 않는 것이 이상적이다.금속 절삭 작업에서 발생하는 부하를 초래하는 여러 가지 요인들은 결코 개별적으로 작용하지 않는다. 이들은 가공 작업 전반에 걸쳐 상호 간에 영향을 미친다. 본 자료에서는 밀링 공정의 발열 문제와 기계적 요인 간의 연관성에 대해 알아보았다. 금속 절삭 공정의 부하를 야기하는 개별적 요소들에 대한 반복적인 논의 및 이들 요소 간의 상호작용에 대한 전체 논의 결과는 공구 제작업체들의 공정을 최적화하고 생산성 및 수익성을 극대화하는 데 도움이 된다.보상값의 이점밀링 공정을 위해 고안된 보상값은 커터의 절입과 관련된 절삭 변수를 다양화할 수 있는 방법을 규정하고 이를 통해 바람직한 작업 온도를 유지한다. 지나치게 낮은 온도는 공구의 재질이 최대의 견고성을 발휘해 작동하는 것을 방해해 절삭 인선을 무디게 만들고 결국 날이 파손되거나 깨지는 현상을 초래한다. 반대로 과하게 높은 온도는 절삭 인선의 급속한 마모 또는 공구의 변형을 불러일으킨다. 절삭 변수를 조정해 보상값을 형성함으로써 발열 문제와 기계적 부하 간의 균형을 맞추고 공구의 수명과 생산성을 극대화할 수 있다.또한 보상값의 활용은 첨단 밀링법을 추진하기도 한다. 그 예로, 얕은 원주 방향 절삭 깊이 및 축방향 절삭 깊이를 사용하는 고속가공(HSM)법을 활용할 경우 해당 공급업체의 사용 지침에서 절삭 속도를 상승시킬 것을 권장한다. 열을 생성할 수 있는 보다 높은 속도가 없이는 HSM의 경량 절삭 인선 절입의 최적의 공구 성능을 위해 필요한 고온이 생성되지 못할 수 있다. 이를 종합해 볼 때, HSM을 위해 절삭 변수를 조정할 경우 금속 제거율을 상당히 상승시킬 수 있다.HSM에 사용되기 위해 선정된 절삭 공구는 예리한 절삭 인선을 갖추어야 하며 내마모성이 뛰어난 견고한 절삭 재질로 구성돼야 한다. 효율적인 칩 배출 성능이 매우 중요하며 이는 특히 알루미늄과 같은 부드러운 재질에 있어서 더욱 그러하다. 대형 칩 걸릿과 개방형 플루트를 갖춘 공구를 사용할 것이 권장된다. 또한 무엇보다도 HSM에 사용될 공구는 보상값의 규격을 충족시킬 만큼 높은 절삭 속도에서 가동이 가능한 공구여야만 한다.또한 하드 밀링법은 발열 문제와 기계적 부하 간의 균형을 유지하는 변수 조정을 통해 혜택을 받기도 한다. 하드 밀링 공정은 다량의 열을 발산하기 때문에 절삭 깊이를 감소시킬 것이 권장된다. 절삭 깊이와 이송이 작을 경우 절삭 속도는 절삭 데이터를 최적화하기 위한 방도로 사용될 수 있다.하드 밀링 공정에서 사용되는 기계 공구는 대량의 절삭 부하 조건 속에서도 정확한 공정 성능을 지원할 수 있는 견고성과 진동 댐핑 성능을 갖추어야 한다. 견고한 툴 홀딩 장치는 한층 더 뛰어난 견고함과 진동 댐핑 성능을 지원한다. 길이 연장은 삼가는 것이 좋다. 또한 짧은 멀티 플루트의 절삭 공구는 공정의 안정성을 향상시키며, 네거티브 경사 형상과 원주 방향 인 연마는 절삭 인선을 강화한다.고이송 밀링(HFM)법은 얕은 절삭 깊이와 적절한 절삭 속도의 균형을 통한 날당 빠른 이송 성능을 지원한다. 이 가공법은 높은 금속 제거율과 다른 가공법보다 낮은 절삭력 및 소비동력을 지원한다. 공구에 가해지는 굽힘 하중도 더 적어 진동의 위험이 감축되고 길이가 길며 견고성이 떨어지는 공구의 사용을 가능하게 한다. 이 가공법은 충분한 절삭 속도와 힘을 지원하는 견고한 기계 공구를 통해 구현했을 때 가장 뛰어난 성능을 발휘한다. 공구 절입각은 절삭력이 기계의 스핀들을 향해 축방향으로 향하도록 선택하는 것이 좋다.고이송 밀링법에서는 축방향 및 원주 방향 절삭 깊이가 우선적으로 극대화되고 그 후에 이송과 절삭 속도가 마모를 최소화하기 위한 방향으로 선택된다. 이 가공법은 최저의 비용으로 높은 금속 제거율을 달성한다. HPM은 특수 설계된 칩 포머, 강화 절삭 인선, 그리고 효율적인 칩 배출 성능의 플루트를 요하며, 대량 절삭 및 까다로운 재질의 가공을 위해 최적화된 가공법이다.절삭 속도 및 기타 변수를 간단히 조정함으로써 칩 두께를 제어할 수 있으며 이를 통해 일반 밀링 공정에서의 열 부하 또한 제어가 가능하다. 그러나 복잡한 윤곽을 가공할 경우, 지속적으로 변화하는 절삭 조건에 맞추어 변수를 조작하기란 쉽지 않다. 생산성 극대화를 위해 다수의 명령을 신속히 처리할 수 있는 성능을 보유한 강력한 CNC 기술과 통합된 첨단 CAM 소프트웨어로 트로코이달 공구 경로 및 코너 필링법을 포함한 여러 가지 첨단 밀링 가공법을 적용할 수 있다.

[Tech]밀링 공정의 기계적 부하 제어

공구에 가해지는 과도한 열, 급격한 마모·변형 불러

기사입력 2015-08-06 07:12:29

[산업일보]

이번에는 가공 과정에서 금속 절삭 공구의 적용과 부하 발생의 관계에 대해 다루는 세 번째다. 이전의 첫 번째 자료에서는 금속 절삭에 대한 기본 개념과 선삭 작업에서의 공구 형상, 이송 및 기계적 부하 간의 연관성에 대해 다뤘고 두 번째는 밀링 시 기계적 부하에 커터 위치 및 공구 경로가 미치는 영향에 대해 분석했다. 그리고 이번 세 번째 자료에서도 밀링 공정에 대한 내용을 소개한다. 툴링 및 절삭 변수의 선택이 밀링 과정을 특징짓는 단속 절삭 조건에서의 열 생성, 흡수, 관리에 어떤 영향을 미치는지에 대해 알아본다.

발열 문제
금속 절삭에서 최대 섭씨 800~900도에 달하는 온도가 생성되는데, 이로 인해 절삭 인선은 피삭재 재질을 변형시키고 해당 부분들을 절단시킨다. 연속 선삭 작업에서 열 생성은 고정적인 직선형 패턴으로 나타난다. 이에 반해 밀링 커터의 날은 단속적으로 피삭재 재질에 진입하고 나가기를 반복하기 때문에 절삭 인선의 온도가 상승하고 하락하기를 반복한다.

가공 시스템의 요소들이 금속 절삭 과정에서 생성되는 열을 흡수하는 역할을 한다. 일반적으로 총 생성되는 열의 10%가 피삭재 재질에 가해지고 80%가 공정 중에 절단돼 잘려나간 칩에 가해지며 나머지 10%가 공구에 가해진다. 고온으로 인해 공구의 수명이 단축되고 가공되는 부품이 손상될 수 있기 때문에 가장 이상적인 현상은 잘려나간 칩들에 대부분의 열이 가해지는 것이다.

피삭재 재질 및 기타 다른 공정 요인에서 비롯되는 다양한 열전도율은 열의 분포에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 초내열 합금의 열전도율은 매우 낮다. 열전도율이 낮은 피삭재 재질을 가공할 경우 보다 많은 양의 열이 공구에 가해지게 된다. 또한 견고한 재질의 경우 부드러운 재질보다 가공 시 많은 열을 생성한다. 그리고 대개 절삭 속도가 높을수록 열의 생산량이 증가되며, 이송 속도가 높을수록 고온에 적용받는 절삭 인선의 면적이 넓어진다.

절입 호
밀링 공정의 단속적 특성으로 인해 커터 날은 총 가공 시간의 일정 시간 동안만 열을 생성한다. 커터 날이 실제 절삭 공정을 수행하는 시간적 비율은 밀링 커터의 절입 호에 의해 결정되는데, 이 호는 원주 방향 절삭 깊이와 커터의 직경에 따라 달라진다.

밀링 공정별로 절입 호는 다양하다. 예로 슬롯 밀링의 경우, 가공 공정 동안 피삭재 재질이 커터의 절반을 감싸게 되는데 이 경우 절입 호는 공구의 직경과 동일하다. 절삭 인선이 총 가공 시간의 절반 동안 실제 절삭 작업을 수행하게 되고 이로 인해 열이 빠르게 생성된다. 이는 사이드 밀링의 경우와 뚜렷이 다르다. 사이드 밀링의 경우 커터 날이 피삭재 재질과 접촉하는 시간이 상대적으로 적으며 이로 인해 절삭 인선에 가해진 열이 공중에서 소멸될 가능성이 높아진다.

공구에 가해지는 과도한 열은 급격한 마모 현상 및 변형을 일으켜 공구의 수명을 단축시킨다. 하지만 모순적이게도 많은 수의 절삭 공구 재질들이 최대의 효율성을 달성하기 위해서는 최저 임계 온도 이상에서 사용돼야 한다.

그 중 초경 절삭 공구는 견고하지만 잘 부서지는 분말 금속으로 구성돼 있다. 특정 최저 온도 이상의 온도를 가할 경우 분말 금속 재질의 인성이 향상되고 파손 경향이 줄어든다. 반면 절삭 온도가 너무 낮을 경우, 공구의 기존 취약성으로 인해 파손과 치핑, 인선 마모 현상이 일어난다. 이를 방지하기 위해 이상적인 절삭 온도를 유지하는 것이 관건이다.

칩 두께 및 발열 문제
이전의 두 번째 자료에서 원주 방향 절삭 깊이, 절삭 인선 각도, 이송 속도 및 칩 두께를 밀링 시 기계적 부하의 원인으로 파악했다. 마찬가지로 해당 요인들과 절삭 속도가 밀링 공정의 열 부하에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

칩 두께는 열 조건 및 공구의 수명에 모두 지대한 영향을 미친다. 칩의 두께가 너무 두꺼울 경우 이로 인한 과부하가 과도한 열을 생성하고 절삭 인선에 치핑 또는 파손 현상을 야기한다. 반대로 칩의 두께가 너무 얇을 경우 절삭 인선의 보다 한정된 면적을 통해 절삭 작업이 수행되고 이로 인한 마찰 및 열의 증가로 인해 급속한 마모 현상이 초래된다.

밀링 공정에서 절삭 인선이 피삭재 재질의 내부에 들어갔다 나올 때마다 칩의 두께는 지속적으로 변한다. 이로 인해 공구 공급업체들은 '평균 칩 두께'라는 개념을 활용해 가장 높은 생산성의 칩 두께를 유지하는 커터 이송 속도를 산출한다.

올바른 이송 속도의 측정은 커터의 절입 호, 원주 방향 절삭 깊이, 절입각 등의 요인들을 통해 측정된다. 절입 호가 클수록 원하는 평균 칩 두께를 달성하기 위해 요구되는 이송 속도가 더 낮아진다.

마찬가지로, 커터의 절입이 적으면 이송 속도가 높아져야 동일한 칩 두께를 달성할 수 있다. 또한 커터의 절입각도 이송 요건에 영향을 미친다. 최대 칩 두께는 절입각이 90도일 때 생성되므로, 동일한 칩 두께를 달성하기 위해서는 절입각이 낮을수록 이송 속도가 높아야 한다.

커터의 최대 절입 시와 동일한 값으로 절삭 지점 내의 칩 두께와 온도를 유지하기 위해서 공구 공급업체들은 커터 절입량(%)이 작아질수록 절삭 속도를 높이는 데 사용하는 보상값을 개발했다.

다음 그림에서와 같이 최대 절입(절삭 직경 100%) 커터의 속도 값이 1.0일 경우, 절입각은 90도이고 절삭 시 절입 직경이 20%인 커터를 위한 속도 보상값은 1.35이다. 이에 따라 최대 절입 시의 커터의 절삭 속도가 100m/분일 경우, 직경의 1/5에 해당하는 면적만이 절삭 시의 절입에 해당하는 커터에서 최적의 칩 두께를 유지하기 위해 필요한 절삭 속도는 135m/분이다.

열 부하 측면에서 볼 때, 절입 호가 작을 경우 공구의 수명을 극대화하기 위해 필요한 최소 온도를 생성하는 절삭 시간이 충분하지 않을 수 있다. 절삭 속도의 증가는 대개 열 생성 증가로 이어지므로 작은 절입 호는 보다 높은 절삭 속도로 보완함으로써 절삭 온도를 원하는 수준으로 상승시킬 수 있다. 또한 높은 절삭 속도는 절삭 인선이 칩과 마찰하는 시간을 단축시키고 이에 따라 공구에 전달되는 열량을 감축시킨다. 전반적으로 높은 절삭 속도는 가공 시간을 단축시키며 생산성을 향상시킨다. 그리고 반대로 낮은 절삭 속도는 가공 온도를 낮춘다. 작업 과정에서 생성된 열의 온도가 너무 높을 경우 절삭 속도를 낮춤으로써 온도를 허용 수준 내로 줄일 수 있다.

절삭 인선 형상
밀링 커터와 날의 형상은 열 부하를 관리하는 측면에서 중요하다. 커터의 기본 형상이 피삭재에 적합한 공구의 위치를 결정한다. 절삭 인선이 포지티브 경사(절삭 인선의 상단이 피삭재 재질을 기준으로 뒤로 누워있는 경사)를 지닌 커터의 경우 보다 낮은 절삭력을 발휘하며 적은 발열량을 발생시키고 절삭 속도가 빠르다. 반면 포지티브 경사를 지닌 공구의 경우 네거티브 경사를 지닌 공구보다 내구성이 떨어진다. 네거티브 경사를 지닌 커터의 사용은 피삭재 재질의 경도와 표면 조건에 따라 좌우될 수 있다. 네거티브 경사를 지닌 공구는 보다 높은 절삭력을 발휘하고 높은 절삭 온도를 발생시킨다.

절삭 인선 형상은 절삭 작업을 개시 및 조정하고 절삭력을 제어하며, 이에 따라 열의 생성에 영향을 미친다. 피삭재 재질과 접촉 및 마찰하는 공구의 절삭 인선은 날카롭거나 둥근형으로 챔퍼될 수 있다. 챔퍼링 또는 원형 처리된 절삭 인선이 더 강하지만 역시 보다 높은 절삭력을 발휘하며 많은 열을 발생시킨다. 날카로운 인선은 다른 두 형태만큼 강하지 않으나 보다 낮은 절삭력을 발휘하며 적은 열을 발생시킨다.

절삭날 배후에 위치한 T-랜드는 칩의 방향을 지시하고 포지티브 또는 네거티브 경사를 갖추고 있으며, 내구성이 강하지만 열 생성이 높은 네거티브 배치와 보다 낮은 작업 온도를 가능하게 하는 포지티브 배치가 가능하다.

밀링 공정에서 절삭 작업은 단속적으로 중단되기 때문에 밀링 공구의 칩 제어 기능이 선삭 공정에서처럼 중요한 역할을 하지는 않는다. 그러나 공정의 피삭재 재질 및 절입 호에 따라 칩의 형태 및 방향 형성에 관여하는 에너지가 중요한 요소로 작용할 수 있다. 단단하고 견고한 칩 제어 형상은 칩을 동그랗게 말린 형태로 만들어 보다 높은 절삭력을 발휘하며 많은 열을 발생시킨다. 좀 더 개방형인 칩 제어 형상은 보다 낮은 절삭력을 발휘하며 적은 열을 생성하지만 일부 피삭재 재질과 절삭 변수의 조합으로 사용이 적합하지 않을 수 있다.

냉각 관련 사안
금속 절삭 작업에서 발생되는 온도의 문제를 해결할 수 있는 또 다른 방법으로는 적절한 절삭유의 사용이 있다. 공구에 가해지는 열로 인한 과도한 온도는 절삭 인선의 급속한 마모 및 변형을 초래하기 때문에 열은 가급적 신속하게 제어해야 한다.

온도를 효율적으로 감소시키기 위해서는 열의 근원에 직접적으로 냉각을 가해야 한다. 그러나 칩과 절삭 인선 간의 압력이 20,000bar에 근접하는 고온의 절삭 지점에 절삭유를 주입하는 것은 실상 불가능하거나 매우 어려운 작업이다. 또한 이러한 극한 환경에서 절삭유는 주입 즉시 즉각적으로 증발해버린다. 따라서 절삭유가 열을 제거하는 데에는 완벽히 효과적이지 않을 수 있으나 어느 정도 효과는 있을 수 있다.

절삭유의 사용이 정확히 어느 정도의 변화를 가져오는지는 불분명하다. 절삭유의 효과에 대한 문제는 하나의 별도의 주제라 할 수 있으며, 종교와 같이 그 효과를 믿거나 믿지 않거나의 두 분류로 나뉜다. 보통 과도한 열이 예상될 경우에는 절삭유를 사용할 수 있다. 슬롯 밀링의 경우, 절삭유를 사용하는 것은 일반적으로 나쁘지 않다. 분명 냉각에 도움은 되겠지만 그 효과에 대해서는 논쟁의 여지가 있다. 반면 절삭 온도를 낮게 유지할 수 있는 사이드 밀링의 경우에는 절삭유를 사용하지 않는 것이 이상적이다.

금속 절삭 작업에서 발생하는 부하를 초래하는 여러 가지 요인들은 결코 개별적으로 작용하지 않는다. 이들은 가공 작업 전반에 걸쳐 상호 간에 영향을 미친다. 본 자료에서는 밀링 공정의 발열 문제와 기계적 요인 간의 연관성에 대해 알아보았다. 금속 절삭 공정의 부하를 야기하는 개별적 요소들에 대한 반복적인 논의 및 이들 요소 간의 상호작용에 대한 전체 논의 결과는 공구 제작업체들의 공정을 최적화하고 생산성 및 수익성을 극대화하는 데 도움이 된다.

보상값의 이점

밀링 공정을 위해 고안된 보상값은 커터의 절입과 관련된 절삭 변수를 다양화할 수 있는 방법을 규정하고 이를 통해 바람직한 작업 온도를 유지한다. 지나치게 낮은 온도는 공구의 재질이 최대의 견고성을 발휘해 작동하는 것을 방해해 절삭 인선을 무디게 만들고 결국 날이 파손되거나 깨지는 현상을 초래한다. 반대로 과하게 높은 온도는 절삭 인선의 급속한 마모 또는 공구의 변형을 불러일으킨다. 절삭 변수를 조정해 보상값을 형성함으로써 발열 문제와 기계적 부하 간의 균형을 맞추고 공구의 수명과 생산성을 극대화할 수 있다.

또한 보상값의 활용은 첨단 밀링법을 추진하기도 한다. 그 예로, 얕은 원주 방향 절삭 깊이 및 축방향 절삭 깊이를 사용하는 고속가공(HSM)법을 활용할 경우 해당 공급업체의 사용 지침에서 절삭 속도를 상승시킬 것을 권장한다. 열을 생성할 수 있는 보다 높은 속도가 없이는 HSM의 경량 절삭 인선 절입의 최적의 공구 성능을 위해 필요한 고온이 생성되지 못할 수 있다. 이를 종합해 볼 때, HSM을 위해 절삭 변수를 조정할 경우 금속 제거율을 상당히 상승시킬 수 있다.

HSM에 사용되기 위해 선정된 절삭 공구는 예리한 절삭 인선을 갖추어야 하며 내마모성이 뛰어난 견고한 절삭 재질로 구성돼야 한다. 효율적인 칩 배출 성능이 매우 중요하며 이는 특히 알루미늄과 같은 부드러운 재질에 있어서 더욱 그러하다. 대형 칩 걸릿과 개방형 플루트를 갖춘 공구를 사용할 것이 권장된다. 또한 무엇보다도 HSM에 사용될 공구는 보상값의 규격을 충족시킬 만큼 높은 절삭 속도에서 가동이 가능한 공구여야만 한다.

또한 하드 밀링법은 발열 문제와 기계적 부하 간의 균형을 유지하는 변수 조정을 통해 혜택을 받기도 한다. 하드 밀링 공정은 다량의 열을 발산하기 때문에 절삭 깊이를 감소시킬 것이 권장된다. 절삭 깊이와 이송이 작을 경우 절삭 속도는 절삭 데이터를 최적화하기 위한 방도로 사용될 수 있다.

하드 밀링 공정에서 사용되는 기계 공구는 대량의 절삭 부하 조건 속에서도 정확한 공정 성능을 지원할 수 있는 견고성과 진동 댐핑 성능을 갖추어야 한다. 견고한 툴 홀딩 장치는 한층 더 뛰어난 견고함과 진동 댐핑 성능을 지원한다. 길이 연장은 삼가는 것이 좋다. 또한 짧은 멀티 플루트의 절삭 공구는 공정의 안정성을 향상시키며, 네거티브 경사 형상과 원주 방향 인 연마는 절삭 인선을 강화한다.

고이송 밀링(HFM)법은 얕은 절삭 깊이와 적절한 절삭 속도의 균형을 통한 날당 빠른 이송 성능을 지원한다. 이 가공법은 높은 금속 제거율과 다른 가공법보다 낮은 절삭력 및 소비동력을 지원한다. 공구에 가해지는 굽힘 하중도 더 적어 진동의 위험이 감축되고 길이가 길며 견고성이 떨어지는 공구의 사용을 가능하게 한다. 이 가공법은 충분한 절삭 속도와 힘을 지원하는 견고한 기계 공구를 통해 구현했을 때 가장 뛰어난 성능을 발휘한다. 공구 절입각은 절삭력이 기계의 스핀들을 향해 축방향으로 향하도록 선택하는 것이 좋다.

고이송 밀링법에서는 축방향 및 원주 방향 절삭 깊이가 우선적으로 극대화되고 그 후에 이송과 절삭 속도가 마모를 최소화하기 위한 방향으로 선택된다. 이 가공법은 최저의 비용으로 높은 금속 제거율을 달성한다. HPM은 특수 설계된 칩 포머, 강화 절삭 인선, 그리고 효율적인 칩 배출 성능의 플루트를 요하며, 대량 절삭 및 까다로운 재질의 가공을 위해 최적화된 가공법이다.

절삭 속도 및 기타 변수를 간단히 조정함으로써 칩 두께를 제어할 수 있으며 이를 통해 일반 밀링 공정에서의 열 부하 또한 제어가 가능하다. 그러나 복잡한 윤곽을 가공할 경우, 지속적으로 변화하는 절삭 조건에 맞추어 변수를 조작하기란 쉽지 않다. 생산성 극대화를 위해 다수의 명령을 신속히 처리할 수 있는 성능을 보유한 강력한 CNC 기술과 통합된 첨단 CAM 소프트웨어로 트로코이달 공구 경로 및 코너 필링법을 포함한 여러 가지 첨단 밀링 가공법을 적용할 수 있다.

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