CNC 가공 강철 부품: 표면 결함 제거 방법

공구 마모와 진동(차터)은 CNC 가공 강철 부품 에서 발생하는 가장 비용이 많이 들고 품질을 저해하는 문제 중 두 가지입니다. 이들은 불량률 증가, 표면 마감 품질 저하, 치수 편차, 예기치 않은 가동 중단을 초래합니다.

현장 시험, 양산 사례 연구 및 측정된 절삭 데이터를 바탕으로, 본 기사에서는 cNC 가공 강철 시 공구 마모 및 진동(차터)을 방지하는 방법 을 산업 현장에서 검증된 실용적 방법을 통해 설명합니다—일반적인 이론이 아닙니다.

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CNC 가공 강철 부품에서 공구 마모와 진동(차터)이 중요한 이유

2025년, 42CrMo4 샤프트를 가공하는 자동차 부문 2차 협력사에서 실시한 내부 생산 감사 결과:

• 불량률이 31% 감소함 진동(차터) 제거 후

• 각 인서트당 공구 수명이 220개에서 360개로 증가함

• 사이클 타임이 12% 개선됨 공정 파라미터 최적화 후

근본 원인은 다음과 같음:

• 지나친 방사상 절삭 심도(라디얼 엔게이지먼트 과다)

• 부적절한 공구 코팅

• 장경비(롱리치) 설정 시 강성 부족

• 저탄소강에서의 칩 용접

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강재 CNC 가공 시 공구 마모가 급격히 진행되는 원인은 무엇인가?

1. 강종에 부적합한 절삭 속도

각기 다른 강재는 매우 상이한 특성을 보인다:

현장 결과:
4140 강재 가공 시 절삭 속도를 210 → 165 m/분으로 낮추었을 때 인서트 수명이 41%생산성은 유지한 채로 향상됨.

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2. 부적절한 공구 코팅

CNC 가공에서 강재 부품에 대한 코팅 선택은 매우 중요함:

• TiAlN / AlTiN → 고온 안정성이 뛰어나 건식 또는 MQL 가공에 이상적

• TiCN → 합금강용 내마모성

• 멀티레이어 PVD → 불연속 절삭 및 단조 블랭크 가공

? 알루미늄 전용 DLC 코팅을 강재에 사용하지 마십시오—접착력 저하가 급격히 발생합니다.

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3. 칩 배출 불량

길고 실처럼 늘어나는 칩이 유발하는 문제:

• 엣지 파편

• 열 집중

• 표면 스크래치

생산 현장에서 적용된 해결 방안:

• 고압 냉각유(70 bar)로 전환

• 칩 브레이커 형상 도구 사용

• 칩 두께를 증가시키기 위해 공급량을 8–12% 늘리십시오

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CNC 가공 중 강철 부품에서 진동(차터)이 발생하는 원인은 무엇인가?

차터는 자극에 의해 유발되는 자기진동으로, 표면에 파동 모양의 흔적을 남기고 공구를 손상시킵니다.

주요 원인:

• 공구 돌출 길이가 공구 지름의 4배 이상일 경우

• 주축 강성 부족

• 벽 두께가 얇은 강철 부품

• 공격적인 방사형 절삭 깊이

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차터 방지 방법: 현장에서 검증된 실무 기법

1. 안정성 로브 테스트 적용

한 항공우주 하청업체가 다양한 회전속도(RPM)에서 시험 절삭을 수행하여 스핀들 안정성을 분석하였다.

결과:

• 최적 속도 대역이 다음 범위에서 확인됨 4,600–5,200 RPM

• 표면 조도(Ra)가 3.2 µm에서 1.1 µm로 개선됨

• 인서트 파손 제거됨

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2. 반경 방향 절삭 깊이 감소

40%에서 12–18% 스텝오버로 전환 축 방향 절삭 깊이를 증가시키는 동시에 달성된 효과:

• 더 높은 금속 제거율

• 안정적인 절삭

• 진동 진폭 감소(스핀들 센서 측정 기준 -55%)

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3. 공구 어셈블리 길이 단축

돌출 길이가 10mm씩 늘어날 때마다 휨 위험이 증가합니다.

모범 사례:

• 수축 피팅(shrink-fit) 또는 유압식 홀더 사용

• 단축형 엔드밀 선택

• 내경 가공(ID 작업) 시 감쇠형 보링 바 추가

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4. 톱니당 피드 조정

먼저 회전속도(RPM)를 낮추기보다는 칩 부하(chip load)를 조정하세요:

• Fz를 5–10% 증가 → 공구를 공진 주파수 영역을 넘어서 작동시킴

• 마모를 가속시키는 문지르기 피하기

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강철 부품 CNC 가공을 위한 냉각제 전략

냉각제 선택이 마모 패턴에 직접적인 영향을 미침:

측정 결과:
4340 강철 가공 시 MQL로 전환하여 열 균열 결함을 감소시킴 27%3개월 이상.

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공구 마모 및 진동을 줄이기 위한 단계별 체크리스트

가공 전:

• ✅ 강종 및 경도 확인

• ✅ 열 부하에 적합한 코팅 선택

• ✅ 돌출 길이 최소화

• ✅ 칩 브레이커 형상 선택

시험 절삭 중:

• ✅ 안정 구간을 찾기 위해 회전속도(RPM) 스윕 수행

• ✅ 표면조도(Ra) 및 진동 측정

• ✅ 인서트별 공구 수명 기록

최적화 후:

• ✅ CAM 내 파라미터 표준화

• ✅ 검사 포인트 추가

• ✅ 폐기량을 기준치와 비교하여 추적

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CNC 가공 강재 부품에 대한 자주 묻는 질문

탄소강 가공 시 카바이드 공구의 수명은 얼마나 되어야 하나요?

생산 환경에서는 250–500개/날개 매체 탄소강에 대해 최적화된 조건에서 일반적으로 관찰되는 값입니다.

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진동을 가장 빠르게 억제하는 방법은 무엇인가요?

• 스핀들 속도를 안정된 로브 영역으로 증가시킵니다

• 방사상 절삭 깊이를 줄입니다

• 툴 홀더 길이를 단축합니다

• 감쇠 기능이 있는 공구로 교체합니다

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경화 강철일수록 항상 공구 마모가 빨라지나요?

반드시 그렇지는 않습니다—불량한 칩 제어와 열 사이클링이 경도보다 더 자주 공구의 조기 파손을 유발합니다.