금속 가공에서 단일 절삭 공구 모델은 절삭 공정의 작동 방식을 이해하는 데 기본 개념으로 사용됩니다. 이 모델은 가공 효율과 완제품 품질을 결정하는 데 있어 공구 형상, 절삭 속도, 이송 속도의 중요성을 강조합니다. 제조업체는 이러한 요소를 파악함으로써 칩 형성과 절삭력을 더욱 효과적으로 제어하고 궁극적으로 결함과 비용을 줄일 수 있습니다.
더욱이, 공구 마모 및 파손 메커니즘은 가공 성능에 중요한 역할을 합니다. 점착, 마모, 확산 등 다양한 마모 유형이 어떻게 발생하는지 분석하면 공구 수명을 예측하고 유지보수 계획을 세우는 데 도움이 됩니다. 이러한 통찰력을 바탕으로 절삭 매개변수를 최적화하면 표면 조도가 향상되고 공구 사용 시간이 늘어나 전반적인 생산 경제성이 향상됩니다.
1.0공정 분석: 단일 지점 절삭 공구 모델
어떤 제조 공정을 사용하든, 품질, 수율, 그리고 전반적인 경제성에 영향을 미치는 다양한 요소들이 함께 작용합니다. 예를 들어, 다이캐스팅의 경우 다음과 같은 요소들이 고려됩니다.
- 용융 금속의 온도.
- 냉각수를 사용하여 다이에서 유도되는 냉각 속도,
- 다이의 표면 마감(금속의 흐름 속도에 영향을 미침)
- 그리고 용융물이 다이에 밀려 들어가는 압력은 모두 중요한 역할을 합니다.
이러한 매개변수의 설정에 따라 불량품 비율, 생산 속도, 그리고 부품의 치수 편차가 달라집니다. 또한, 작동 조건 또한 전력 소비에 영향을 미칩니다. 고압과 고온을 견뎌야 하는 기계 및 금형의 크기와 설계 또한 비용에 영향을 미칩니다.
따라서 다음을 수행할 수 있는 것이 매우 중요합니다. 프로세스를 제어하다 효과적으로.
대부분의 회사에서는 일련의 실험 실행 각 부품을 생산하기 위한 "이상적인" 작업 조건이 발견될 때까지 수행됩니다. 그러나 충분하지 않다 공정 동작에 대한 사전 지식 없이 이런 실험을 수행하는 것은 불가능합니다.
특정 매개변수가 변화하는 실험 중에 발생할 추세 유형을 예상할 수 있다면, 운영 계획 시간을 대폭 단축.
프로세스 출력과 제어 매개변수 간의 관계를 잘 이해하면 프로세스를 사용하는 데에도 도움이 됩니다. 더욱 최적화된 패션프로세스 동작에 대한 이러한 보다 깊은 이해는 개발을 통해 달성될 수 있습니다. 분석 모델 과정의.
그 이유는 우리가 이미 찾는 방법을 알고 있기 때문입니다. 최적값 해석적 모델(예: 수학 방정식으로 표현된 모델)의 경우. 예를 들어, 모델이 실수 값을 갖는 연속 함수인 경우 다음을 사용하여 최댓값(또는 최솟값)을 찾을 수 있습니다. 단순 미분법.
우리는 모든 프로세스에 대한 이러한 모델을 자세히 연구할 시간이 없기 때문에 이 과정에서는 분석 모델 개발에 중점을 둘 것입니다. 간단한 절단 과정 — 구체적으로, 단일 지점 절삭 공구 모델.
2.0단일 지점 도구의 기하학
직교 절삭에서의 절삭 각도, 공구 형상 및 칩 형성 이해
2.1직교 절단 모델
아마도 분석하기 가장 간단한 모델은 다음과 같습니다. 단일 지점 도구, 직교 절단 모델입니다. 이 모델은 다음을 통해 가장 쉽게 시각화됩니다. 선삭 공정, 회전하는 부분에 대해 도구를 상대적으로 움직여서 절단이 이루어지는 방식입니다.
이 동작을 설명하려면 상대 속도를 두 가지 구성 요소로 분리하는 것이 도움이 됩니다.
-
절단 속도: 브이
-
공급 속도: vfv_f
대부분의 실제 시나리오에서 공급 속도는 vfv_f 절단 속도보다 훨씬 작습니다 브이, 그래서 유효 절삭 속도 ve≈vv_e \대략 v이 장의 목적을 위해 우리는 다음을 가정합니다. ve=vv_e = v 달리 명시되지 않는 한.
2.2도구 형상과 그 중요성
위 그림은 절삭 공구가 단순한 직사각형 블록이 아니라는 것을 보여줍니다. 각 면은 특정 각도로 기울어져 있습니다. 기하학 이 도구는 더 깊은 분석을 위해 필수적입니다.
도구의 단순화된 개략도(아래)는 이 기하학의 주요 측면을 보여줍니다.
- 레이크 각도: 커터의 '칼날'을 정의합니다.
- 여유각: 공구와 작업물 사이의 마찰을 최소화합니다.
- 코 반경: 완벽하게 날카로운 모서리는 빨리 마모되거나 파손되므로 내구성이 중요합니다.
- 측면 레이크 각도: 이후 섹션에서 더 자세히 논의됩니다.
2.3칩 형성 재고: 전단 vs. 인장
초기 가공 이론에서는 재료가 제거된다고 믿었습니다. 인장 파괴 — 기본적으로 이 도구는 재료를 "밀어내는" 역할을 하는 것으로 여겨졌습니다.
그러나 나중에 현미경 사진 연구 대부분의 재료 변형과 칩 형성은 다음에 의해 발생한다는 것이 밝혀졌습니다. 전단 파괴긴장이 아니라. 아래 그림은 이러한 이해가 어떻게 발전해 왔는지 보여줍니다.
(a) 이전의 (잘못된) 견해: 인장 파괴
(b) 현대적 관점: 전단 파괴
2.4절삭력 예측이 중요한 이유
할 수 있다 절삭력 예측 공구 형상, 절삭 속도, 그리고 가공물 재질의 함수로서 이 지식은 매우 중요합니다. 이러한 지식은 다음과 같은 데 도움이 될 수 있습니다.
- 추정하다 힘 평가 공작기계에 필요한
- 평가하다 가공성 재료의
- 계획하다 공구 수명 그리고 생산 속도
절삭력을 공정 매개변수와 연관시키기 위해 여러 이론적 모델이 제안되었지만 이러한 모델은 종종 가정을 단순화하여 실제로는 덜 유용하다.
따라서 보다 정확하고 적용 가능한 분석을 위해서는 실험 데이터 여전히 선호되는 방법입니다. 추가 자료 및 사례 연구는 다음을 참조하세요. 금속 가공 및 공작 기계의 기초 저자: 제프리 부스로이드.
3.0공구 수명, 공구 마모 및 표면 마감
마모 메커니즘, 공구 파손 기준 및 가공 품질에 미치는 영향 이해
3.1고응력 절삭 조건 및 마모 메커니즘
절단에는 다음이 포함됩니다.
- 높은 스트레스
- 공구와 칩/작업물 사이의 높은 상대 속도
- 고온(최대 1000°C)
이러한 극한 조건은 다음과 같은 원인으로 인해 발생합니다. 도구의 점진적인 손상, 주로 다음 세 가지 메커니즘으로 인해 발생합니다.
- 접착 마모:
고온으로 인해 공작물의 작은 파쇄 조각이 공구 표면에 용접될 수 있습니다. 이러한 파쇄 조각이 파손되면 공구의 작은 부분이 찢어집니다. - 연마:
칩 밑면의 단단한 입자와 미세한 변형이 도구와 끊임없이 마찰되면서 점차 도구가 마모됩니다. - 확산 마모:
고온에서는 공구 재료의 원자가 칩 내부로 확산됩니다. 이는 공구의 미세 구조를 약화시키고 파손 가능성을 높입니다. 확산 속도는 온도에 따라 기하급수적으로 증가합니다.
3.2공구 마모 유형: 크레이터 및 플랭크
시간이 지남에 따라 도구에는 두 가지 측정 가능한 유형의 마모가 나타납니다.
- 크레이터 마모: 공구 면에 형성된 함몰부. 최대 깊이로 측정.
- 측면 마모: 도구 측면을 따라 발견됨. 마모 영역의 평균 너비로 측정.
(b) 마모 측정
마모가 사전 정의된 한도를 초과하면 도구는 도달한 것으로 간주됩니다. 유효 수명 종료그 시점에서는 폐기되거나 재조정됩니다(예: 연마를 통해 날을 다시 날카롭게 함).
3.3공구 수명 기준
공구 수명 종료에 대한 일반적인 기준(또한 다음과 같이 알려짐) 공구 수명 기준) 포함하다:
- 치명적인 실패 – 도구의 완전한 파손
- 균일한 측면 마모 – 평균 마모 폭 VB=0.3 mmVB = 0.3 \text{ mm}
- 불균일한 측면 마모 – 최대 마모 폭 VBmax=0.6 mmVB_{max} = 0.6 \text{ mm}
- 크레이터 마모 – KT=0.06+0.3fKT = 0.06 + 0.3f 어디 ff 피드는 mm 단위인가요?
3.4테일러의 공구 수명 방정식
1900년대 초반, FW 테일러 는 것을 입증했습니다 절삭 속도 브이비 공구 수명을 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 그는 현재 유명한 테일러 공구 수명 방정식:
VTn=cVT^n = c
- 브이비: 절삭 속도
- 티티: 실패까지의 시간
- 엔, 참조: 주어진 도구-공작물 재료 쌍에 대한 상수
3.5빌트업 에지(BUE)
가공 중에 공작물 재료의 얇은 층이 형성될 수 있습니다. 도구 표면에 침전물, 되고 있다 작업으로 단련된 높은 응력 하에서. 이로 인해 여러 개의 경화층이 축적되어 형성될 수 있습니다. 빌트업 에지 (BUE).
BUE는 표면 조도를 저하시키고 공구 형상을 변형시킵니다. 그러나 BUE는 다음과 같은 방법으로 최소화할 수 있습니다.
절삭 깊이 감소
레이크 각도 증가
적절한 절삭유 사용
(b) 빌트업 에지 형성
3.6공구 마모 대비 이송 및 절삭 속도
이 실험 데이터는 다음을 결정하는 데 도움이 됩니다. 최적의 절단 매개변수 공구 수명을 연장하고 가공 효율성을 개선합니다.
3.7일반적인 절삭 공구 재료
혹독한 가공 조건을 견뎌내려면 절삭 공구에는 다음이 필요합니다.
- 높은 경도
- 높은 충격 강도
- 고온에서의 내마모성
일반적인 도구 재료는 다음과 같습니다.
- 고속도강(HSS):
~18% 텅스텐과 ~4% 크롬을 첨가한 철 합금입니다. - 초경합금:
소결 재료(~94% 텅스텐, ~6% 탄소, <1% 코발트).
현대 도구는 종종 다음을 사용합니다. 강철 섕크 ~와 함께 교체 가능한 인서트 다음으로 만들어졌습니다:
카바이드
코팅된 카바이드(텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 티타늄 질화물, 입방정 질화붕소(CBN), 심지어 다이아몬드와 같은 코팅이 있음)
코팅 두께는 일반적으로 다음과 같습니다. 5~8마이크론.
3.8표면 마감 및 영향 요인
절단 매개변수—속도, 이송 및 절삭 깊이—둘 다에 직접적인 영향을 미칩니다 공구 수명 그리고 표면 마감, 이는 차례로 영향을 미칩니다. 기계 가공의 경제학.
(b) 이송 및 공구 형상의 함수로서의 표면 거칠기 RmaxR_{max}Rmax
3.9표면 마감에 영향을 미치는 추가 요소
공급 및 기하학 외에도 표면 품질은 다음 요소에 의해 영향을 받습니다.
- 공작기계 진동
- 테이블/모션 시스템의 부정확성
- 공작물 재료 특성
- 절단 중 칩에 의한 긁힘
