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CNC 가공에서 강재 부품의 공구 마모 및 파손이 발생하는 이유
4140 강재 하우징을 가공하는 중장비 부품 공급업체에서 실시한 6개월 개선 프로그램 기간 동안:
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인서트 소비량 감소 38%
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공구 파손 경보 횟수 감소 44%
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사이클 타임 향상 9%
최적화 이전의 근본 원인은 다음과 같았음:
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절삭 날끝에서 과도한 열 발생
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합금강에 부적합한 코팅 사용
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단조 블랭크로 인한 간헐적 절삭
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공구 돌출 길이 과다
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원자재 경도의 불일치
강철 가공 시 흔히 발생하는 공구 마모 패턴
마모 유형을 식별하는 것이 올바른 해결책을 선택하는 가장 빠른 방법입니다:
| 마모 유형 | 시각적 증상 | 가능한 원인 | 시정 조치 |
|---|---|---|---|
| 플랭크 마모 | 광택 처리된 랜드 | 정상적인 마모 | 속도를 약간 낮추기 |
| 홈 가공 | 절삭 깊이(DOC) 선 상의 홈 | 산화 + 가공 경화 | 코팅 및 냉각제 교체 |
| 크레이터링(Cratering) | 절삭면에 함몰 현상 | 과도한 열 발생 | 절삭 속도(Vc) 감소, 냉각 성능 향상 |
| 칩핑 | 날끝 파손 | 진동/절삭 중단 | 강성 높은 홀더 사용, 스텝오버 감소 |
| 칩 배출 불량으로 인한 | 재료 용접 현상 | 저속도 | 절삭 속도(Vc) 증가, 날끝 연마 |
CNC 가공 시 강재 부품의 공구 마모를 줄이는 방법
절단 속도를 강재 등급에 맞추기
강재 종류에 따라 요구되는 절삭면 속도가 다름:
| 강종 | 카바이드 Vc 범위 |
|---|---|
| 1018 / S235 | 180–250 m/min |
| 4140 PH | 120–180 m/min |
| 스테인레스 | 80–130 m/분 |
| H13 공구강 | 60–100 m/분 |
현장 결과:
4140 강재 가공 시 절삭속도(Vc)를 195 → 165 m/min로 낮추면 인서트 수명이 35%.
적절한 코팅 및 기재 선택하기
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AlTiN / TiAlN → 고온, 건식/최소량 윤활(MQL)
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TiCN 다층 코팅 → 불연속 절삭
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내충격성 마이크로그레인 카바이드 → 진동 발생 경향이 있는 가공 설정
알루미늄 전용 DLC 공구는 강철 가공 시 빠르게 고장나므로 사용을 피하십시오.
칩 배출 개선
불량한 칩 제어는 마모를 가속화합니다.
검증된 해결책:
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고압 냉각유(50–80 bar)
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칩브레이커 형상
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칩 두께 증가를 위해 피드를 6–10% 증가시킴
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공구 내 냉각유 공급 드릴/엔드밀
강재 CNC 가공 시 공구 파손 방지 방법
공구 파손은 일반적으로 과부하 또는 진동으로 인해 발생하며 점진적인 마모로 인한 것이 아닙니다.
공구 어셈블리 길이를 단축하고 강성 향상
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공구 삐져나온 길이를 공구 지름의 4배 이하로 유지
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유압식 또는 수축 피팅 홀더 사용
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깊은 내경 가공 시 감쇠형 보링 바로 전환
측정된 개선 효과: 런아웃이 6 µm에서 2 µm로 감소.
방사형 절삭 깊이 감소
고효율 밀링으로 부하 안정화:
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10–20% 스텝오버
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깊은 축 방향 절삭
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트로코이달 공구 경로
절삭력 급증을 이 정도로 감소시킴: 40%단조 블랭크에서.
부하 모니터링 및 경보 설정
스핀들 부하 또는 진동 센서를 사용하여:
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파손 전에 기계 정지
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오프셋 업데이트 자동 트리거
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불안정한 속도 구간 식별
한 공장이 치명적인 고장률을 52%부하 기반 경보를 활성화한 후
공구 수명 연장을 위한 냉각액 전략
| 방법 | 가장 좋은 | 혜택 |
|---|---|---|
| 플러드 | 연강 | 온도 제어 |
| 고압 | 깊은 포켓 | 칩 제어 |
| MQL | 합금강 | 열 충격 감소 |
| 건식 + AlTiN | 경화된 강철 | 균열 방지 |
공구 비용 절감을 위한 단계별 실행 계획
양산 전:
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✅ 강종 및 경도 확인
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✅ 코팅 및 기재 선택
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✅ HEM 조 Roughing 경로 계획
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✅ 강성 고정장치 설계
시험 가공 시:
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✅ 절삭날 하나당 공구 수명 기록
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✅ 진동 및 하중 측정
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✅ 절삭 속도를 체계적으로 조정
양산 시:
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✅ 공구를 사전에 교체
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✅ 동일 사양의 대체 공구 사용
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✅ 부품당 공구 비용 추적
자주 묻는 질문: CNC 가공에서 강재 부품의 공구 마모
도구는 얼마나 자주 교체해야 하나요?
중탄소강의 경우, 공정 조건이 최적화되었을 때 일반적으로 날끝당 250~500개의 부품 가공이 가능합니다.
가공 속도를 늦추는 것이 항상 도구 수명을 연장시키나요?
그렇지 않습니다—마찰은 열 축적을 유발합니다. 낮은 회전속도(RPM)보다는 적절한 칩 두께가 더 중요합니다.
더 단단한 강재를 사용하면 파손을 줄일 수 있나요?
때때로 그렇습니다—예비 경화된 소재는 소성 가공 후 경화되는 퇴화 상태 재료보다 더 일관성 있게 절삭됩니다.