밀링은 회전 절삭 공구를 사용하여 재료를 원하는 형태로 절단하고 성형하는 일반적인 삭감 가공 공정입니다. 하드 밀링은 이 공정의 특수 변형으로, 내마모성과 내구성을 높이기 위해 경화된 재료에 적용됩니다.
이 기사에서는 하드 밀링의 기본 사항, 이 방법이 필요한 소재 유형, 그리고 하드 소재를 가공하는 데 필요한 도구 및 장비에 대해 알아봅니다.
하드 밀링의 개념 이해
산업 자재에 대해 조금 알고 있다면, 일부는 경도와 내마모성을 높이기 위해 경화 공정을 거친다는 것을 알고 있을 것입니다. 이러한 소재는 표준 도구와 방법으로 가공하기 어렵습니다. 와이어 EDM은 이러한 단단한 소재를 절단하는 옵션이지만 비용이 많이 들고 모든 기계 공장이 비용을 감당할 수 있는 것은 아닙니다.
오늘날에는 진보된 도구와 기계로 이런 단단한 재료를 다룰 수 있습니다. 하드 밀링은 로크웰 경도 척도로 45~65 사이의 경도 등급을 가진 소재를 가공하는 것을 말합니다. 때때로 이 용어는 또한 다음을 정의합니다. 티타늄과 같은 기타 견고한 소재를 가공하는 경우 니켈 합금, 경도 측면에서 보면 그렇게 어렵지는 않지만 기계에게는 여전히 어려운 과제입니다.
하드 밀링은 재료를 가공하는 통제된 접근 방식입니다. 고급 절삭 공구와 지원 장비를 통해 효율적이고 정밀한 재료 제거를 효과적으로 처리합니다. 표준 밀링과 하드 밀링의 주요 차이점은 사용되는 재료와 도구에 있습니다. 하드 가공은 더 단단한 재료에서 수행되며 재료를 제어된 방식으로 제거하는 더 날카롭고 기하학적으로 최적화된 절삭 공구가 필요합니다.
하드 밀링의 장점
하드 밀링은 단단한 소재를 더욱 효율적으로 처리하여 시간과 비용을 절감할 수 있기 때문에 산업 분야에서 점점 인기를 얻고 있습니다.
복잡한 형상
하드 밀링은 다중 축 CNC 기계에서 날카롭고 단단한 도구를 사용하여 단일 설정을 통해 복잡하고 정교한 형상을 만들 수 있습니다. 작업을 완료하기 위해 기계 사이를 왔다 갔다 할 필요가 없습니다.
비용 절감
하드 밀링은 두 가지 방법으로 비용을 절감합니다. 첫째, 추가 비용이 발생하는 거친 가공 및 연삭과 같은 마무리 공정을 제거합니다. 둘째, 하드 밀링의 설정 및 노동 비용은 하드 가공을 위한 다른 대안보다 상당히 적습니다. 와이어 방전 가공.
더 빠른 리드타임
하드 밀링에서는 높은 재료 비율이 가능합니다. 그리고 다른 전통적인 공정과 달리, 2차 마무리 공정이 필요 없습니다. 시편은 하드 밀링 직후에 배송할 준비가 됩니다.
표면 처리
하드 밀링은 연삭으로 달성한 표면 마감과 경쟁할 수 있는 지점까지 발전했습니다. 표면 거칠기 연구 합금강(금형 및 다이)에서 경질 밀링의 표면 마감이 연삭으로 달성한 마감과 유사하다는 것을 발견했습니다.
하드 밀링을 거치는 재료
하드 밀링의 경우 두 가지 유형의 소재를 다루게 됩니다. 경도가 높은 소재와 고유한 특성으로 인해 기계로 가공하기 어려운 소재입니다.
하드 밀링을 통해 가공된 인기 있는 소재를 자세히 살펴보겠습니다.
경화 공구강
경화 공구강은 극한 조건에서도 마모를 견뎌내고 경도를 유지할 수 있습니다. 경도는 50~65 HRC 사이이며, 하드 밀링은 가공에 적합한 솔루션으로 보입니다. 일반적인 등급에는 D2와 A2가 있으며, 둘 다 다이 및 몰드 응용 분야에 사용됩니다.
합금강
이러한 강철은 일반적으로 45~55 HRC 사이의 경도 값을 달성하기 위해 열처리됩니다. 한 가지 예는 금형 베이스와 크랭크샤프트에 일반적으로 가공되는 합금 등급 4140입니다. 또 다른 예는 뛰어난 강도로 인해 샤프트와 기어와 같은 구조적 구성 요소에 사용되는 4340입니다.
초합금
Inconel 718과 같은 초합금은 일반적인 방법을 사용하여 가공하기 어렵습니다. 경도는 경화 공구강보다 낮을 수 있지만, 가공에 어려움이 있고, 하드 밀링으로 해결할 수 있습니다.
하드 밀링을 위한 특수 도구 및 엔드밀
경질 가공에는 마모와 손상을 처리하고 높은 절삭력을 견딜 수 있는 고유한 관행과 특수 도구가 필요합니다.
초경 절삭 공구
카바이드 절삭 공구는 절단되는 재료의 경도를 능가하는 뛰어난 경도로 인해 하드 밀링 작업의 필수품입니다. 최대 68 HRC의 경도로 재료를 쉽게 절단할 수 있습니다. 카바이드 형상은 일반적으로 칩핑을 줄이고 모서리 안정성을 높이기 위해 음의 레이크 각도를 특징으로 합니다.
써멀 배리어 코팅
더 높은 경도와 높은 마찰력으로 인해 열은 가공에서 흔히 발생합니다. 이 열은 작업물과 공구 자체를 모두 손상시킬 수 있습니다. 그 많은 양의 열을 관리하기 위해 밀링 커터는 종종 AlTiN(알루미늄 티타늄 질화물)의 열 차단 코팅을 합니다.
볼 노즈 엔드밀
볼 노즈 엔드밀은 3D 윤곽 가공 및 매끄러운 마감의 복잡한 표면 가공을 위한 둥근 팁을 가지고 있습니다. 특히 금형 및 다이 제작에 유용합니다. 나노그레인 카바이드로 만들어진 4플루트 볼 노즈 엔드밀은 최대 70HRC의 경도를 가진 재료를 처리할 수 있습니다.
CBN 도구
입방정 질화붕소(CBN)는 절삭 공구에 사용할 수 있는 가장 단단한 재료 중 하나입니다. 다이아몬드에 이어 두 번째입니다. CBN은 놀라운 내마모성을 가지고 있습니다. CBN 공구로 가공은 건식 모드로 수행됩니다. 또한 카바이드는 800℃ 이상에서 경도가 약간 떨어질 수 있지만 CBN은 적어도 1200℃까지는 변하지 않습니다.
경질 소재를 밀링할 때의 고려 사항
단단한 재료를 밀링할 때는 고려 중인 절삭 공구와 재료의 모든 측면을 고려하는 것이 좋습니다. 단단한 가공을 진행할 때 고려해야 할 몇 가지 사항은 다음과 같습니다.
도구 선택 및 형상
하드 밀링에는 뛰어난 내마모성을 가진 도구가 필요합니다. 코팅된 카바이드 엔드밀과 입방정 질화붕소(CBN) 도구가 가장 일반적인 선택입니다. 카바이드 도구는 일반적인 응용 분야에 적합한 반면, CBN 도구는 고경도 재료(60+ HRC)와 마무리 작업에 더 적합합니다.
도구의 기하학도 중요합니다. 음의 레이크 각도와 날카로운 절삭날을 가진 도구는 정밀성을 유지하고 열 발생을 최소화하는 데 이상적입니다. 거친 작업의 경우, 강력한 칩 브레이커가 있는 인덱서블 커터는 특히 덜 중요한 표면 마감을 다룰 때 좋은 옵션입니다. 항상 가장 큰 도구 직경과 가장 짧은 오버행을 선택하십시오. 처짐과 진동을 줄이는 것이 가능합니다.
재료의 경도 및 가공성
재료 기계적 및 화학적은 가공 프로세스와 필요한 도구에 영향을 미칩니다. 경화강(45-65 HRC)과 D2, 인코넬, 티타늄과 같은 합금은 도구 마모와 과열을 피하기 위해 더 느린 절삭 속도와 더 가벼운 이송 속도가 필요합니다.
가공성은 경도에만 의존하는 것이 아니라 재료 특성의 영향도 받습니다. 예를 들어, D2 공구강 기계는 크롬 함량이 높아 경도가 62 HRC에 가깝지만 65-60 HRC에 더 가깝습니다. 마찬가지로 티타늄 합금은 록웰 척도에서 그렇게 단단하지 않지만 열 발산이 좋지 않아 어려움을 겪습니다.
절단 매개변수
가공 매개변수는 재료 경도에 따라 조정해야 합니다. 속도, 이송 속도, 절삭 깊이를 조정해야 하는 방법에 대한 자세한 내용은 다음과 같습니다.
- 속도 : 최대 45HRC의 소재의 경우, 600~1,000sfm의 절삭 속도로 시작합니다. 더 단단한 소재(45~58HRC)의 경우, 범위는 400~600sfm으로 떨어집니다. 60HRC 이상의 매우 단단한 소재는 200~400sfm의 더 느린 속도가 필요합니다. 이러한 값은 공구 직경에 따라 달라지므로 볼 노즈 공구 또는 더 작은 커터의 유효 직경을 사용하여 스핀들 속도를 계산합니다.
- 이송 속도 : 이송 속도는 재료 경도와 공구 크기에 따라 달라야 합니다. 최대 45HRC의 재료의 경우, 이빨당 이송은 공구 직경의 3~4%가 될 수 있습니다. 45~58HRC의 경우 공구 직경의 2~3%로 줄이고, 60HRC 이상의 경우 공구 직경의 1~2%로 더 가볍게 합니다. 연장된 공구 길이 또는 깊은 포켓은 더 낮은 이송 속도가 필요할 수 있습니다.
- 절삭 깊이: 반경 방향(스텝 오버)과 축 방향(스텝 다운) 깊이는 모두 경도에 따라 달라집니다. 최대 45HRC의 경우 반경 방향 깊이는 공구 직경의 50%까지 올라갈 수 있는 반면 축 방향 깊이는 공구 직경의 10%로 제한됩니다.
45–58 HRC의 경우 이 값은 반경 45%, 축 7%로 떨어지고 60+ HRC의 경우 반경 45%, 축 5% 이하로 유지합니다. 더 가벼운 깊이는 더 나은 표면 마감을 달성하고 공구 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.
냉각 전략
전통적인 플러드 쿨런트는 부드러운 소재에 유용하지만, 하드 밀링에서는 열 충격을 일으킬 수 있습니다. 이는 절삭 중에 공구의 절삭 날이 빠르게 가열된 다음 쿨런트로 플러드되면 갑자기 식어 미세 균열이 발생하기 때문에 발생합니다.
압축 공기 냉각 하드 밀링에 더 나은 선택입니다. 공기 냉각은 열 충격을 일으키지 않고 열 축적을 줄이고 칩 배출을 돕습니다. 오일 기반 미스트 냉각수 또 다른 옵션입니다. 절삭날에 윤활을 추가하고, 마찰을 줄이며, 표면 마감을 더욱 개선합니다. 또한, 이러한 냉각수는 물처럼 열을 흡수하지 않으므로 공구를 손상시키는 급속한 냉각 효과를 피할 수 있습니다.
ToolPath 방법
가공 효율성은 툴패스에 따라 달라집니다. 하드 밀링을 위한 효과적인 툴패스 전략은 다음과 같습니다.
- 트로코이드 밀링: 가벼운 절단이 가능한 원형 툴패스를 사용해 열과 응력을 줄여주므로 깊은 포켓과 접근하기 어려운 곳에 적합합니다.
- 윤곽 밀링: 이름에서 알 수 있듯이 이 밀은 부품의 모양을 따라가기 때문에 곡선이나 복잡한 표면을 마무리하는 데 적합합니다.
- 나선형 보간: 도구를 나선형 경로로 움직여 구멍이나 슬롯과 같은 원형 형상을 만듭니다.
- 고이송 밀링: 빠른 이송 속도를 위해 낮은 리드 각도의 공구를 사용하므로 넓은 영역이나 깊은 포켓을 대략 가공하는 데 효율적입니다.
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