CNC 기계가 가장 어려운 자료는 무엇입니까?

제조업 분야에서 CNC 가공은 정밀성의 초석으로 자리 잡았지만, 모든 소재가 동일한 규칙을 따르는 것은 아닙니다. 알루미늄이나 연강과 같은 금속은 기계 가공 공정을 원활하게 통과하는 반면, 다른 금속은 도구, 장비 및 전문 지식의 한계를 시험하는 고유한 과제를 제시합니다.

CNC 가공이 어려운 소재는 무엇일까요? 여러 가지 물리적 특성이 복합적으로 작용하기 때문입니다. 절삭에 강한 경도, 열을 가두는 낮은 열전도도, 공구를 손상시키는 화학 반응성, 그리고 가공 경화로 인해 가공 속도가 이전보다 더 빨라지는 현상까지 포함됩니다.

"가공하기 가장 어려운" 소재 목록의 상위에 랭크된 소재와 제조업체가 이 소재를 어떻게 처리하는지 살펴보겠습니다.

티타늄 합금 강도 대 중량 비율과 내식성 덕분에 항공우주, 의료 기기, 고성능 엔지니어링 분야에서 주목받고 있습니다. 하지만 CNC 기계공에게는 까다로운 문제입니다.

고온에서도 높은 강도 유지: 티타늄은 가열하더라도 강도를 유지하여 절삭력을 높이고 공구에 부담을 줍니다.

열전도율이 매우 낮습니다. 강철보다 5배, 알루미늄보다 10배 열전도율이 낮습니다. 절삭열의 대부분은 공구 끝에 가두어져 마모를 가속화합니다.

화학적 반응성: 고온에서 티타늄은 공구 소재(예: 카바이드)와 반응하여 "내구성 절삭날"을 발생시킵니다. 이는 재료가 공구에 달라붙어 표면 마감을 망치고 공구 수명을 단축시키는 현상입니다.

예를 들어, TC4와 같은 고강도 티타늄 합금을 가공하면 강철을 가공하는 경우에 비해 공구 수명이 훨씬 짧아지는 경우가 많습니다. 작업장에서는 진동을 피하고 정밀도를 유지하기 위해 견고한 기계와 특수 도구가 필요합니다.

초합금은 극한의 열에서도 잘 견디도록 설계되었습니다. 제트 엔진, 가스터빈, 원자로가 그 예입니다. 하지만 이러한 회복력 때문에 CNC 가공에는 악몽과도 같습니다.

극한의 경도와 강도: 실온에서도 강철보다 훨씬 단단하여 엄청난 절삭력이 필요합니다.

심각한 가공 경화: 절단할 때 재료 표면이 극적으로 단단해져서(기본 금속보다 최대 50% 더 단단해짐) 후속 작업이 기하급수적으로 어려워집니다.

열 트랩: 열전도율이 낮으면 열이 도구 끝에 집중되어 과열되고 도구가 조기에 고장날 수 있습니다.

일반적인 니켈 기반 합금인 인코넬 718을 예로 들어보겠습니다. 이 합금의 공구 마모율은 일반 강철보다 3~5배 더 높습니다. 기계공은 재앙을 피하기 위해 도구(세라믹이나 입방정 질화붕소 등)를 신중하게 선택하고 매개변수를 조정해야 합니다.

자동차 안전 부품, 장갑, 항공우주 구조물에 사용되는 초고강도 강철(UHSS)은 타의 추종을 불허하는 인성을 제공하지만, 이를 가공하려면 높은 수준의 기술이 필요합니다.

엄청난 경도: 많은 등급이 HRC 50+에 도달하여 극도의 내마모성을 갖춘 공구(CBN이나 초미립 카바이드 등)가 필요합니다.

단단하고 다루기 힘든 칩: 높은 인성으로 인해 도구나 부품에 휘감기는 길고 끈적끈적한 칩이 생겨 정밀성과 안전성이 저하됩니다.

열과 진동: 절단 작업으로 인해 강렬한 열이 발생하고(발산하기 어려움), 소재의 강성으로 인해 진동이 발생하여 표면 마감과 정확도가 손상됩니다.

UHSS를 가공하려면 절단을 안정적으로 유지하기 위해 진동 감쇠 기능이 있는 고성능 기계가 필요한 경우가 많습니다.

고온 소재의 새로운 종류인 티타늄-알루미늄(Ti-Al) 금속간 화합물은 항공우주 분야에 가볍고 강도가 뛰어난 소재로 기대되지만, 가공 난이도가 매우 높습니다.

실온에서의 취성: 순수 티타늄과 달리 Ti-Al 합금은 취성이 강해 절단 중에 균열이 생기기 쉽습니다.

티타늄보다 열전도도가 낮습니다. 열이 더 빨리 축적되어 도구에 극심한 스트레스를 줍니다.

낮은 파괴인성: 절삭력에 의해 재료가 쉽게 균열되어 부품과 공구가 모두 손상됩니다.

Ti-Al 금속간 화합물은 새로운 소재로서 가공이 계속 발전하고 있으며, 실험적 도구와 느리고 정밀한 이송이 필요합니다.

이러한 소재는 아무리 튼튼하더라도 올바른 전략을 사용하면 가공이 가능합니다. 다음은 효과가 있는 방법입니다.:

올바른 도구를 선택하세요

매우 단단하고 내열성이 강한 재료를 선택하세요:

● 입방정 질화붕소(CBN): UHSS와 같은 고온 및 단단한 재료를 처리합니다.

● 세라믹 도구: 열과 화학 반응에 강함(초합금에 적합).

● 초미립 카바이드: 티타늄의 견고성과 내마모성의 균형을 맞춥니다.

절단 매개변수 조정

●열을 줄이려면 절단 속도를 낮추세요.

●도구에 과부하가 걸리지 않도록 적당한 이송 속도와 얕은 깊이를 사용하세요.

●고압 냉각(최대 1000psi)이나 오일 미스트 윤활을 추가하여 열과 칩을 제거합니다.

프로세스 업그레이드

●단계별 가공: 복잡한 부품의 경우 응력을 피하기 위해 더 작은 절단을 수행합니다.

●가공 전 열처리: 절삭을 용이하게 하기 위해 재료를 일시적으로 부드럽게 만듭니다.

●고속 가공(HSM): Ti-Al과 같은 취성 소재의 진동을 줄입니다.

견고한 장비에 투자하세요

견고한 프레임, 높은 토크, 안정적인 스핀들을 갖춘 기계는 진동을 최소화합니다. 이는 단단한 소재를 정밀하게 가공하는 데 중요한 요소입니다.

번거롭기는 하지만 이런 "어려운" 재료는 대체할 수 없습니다. 티타늄 합금은 항공기의 무게를 줄이고, 초합금은 제트 엔진에 동력을 제공하며, UHSS는 자동차의 안전을 보장합니다. 이러한 가공의 성능상 이점은 가공상의 어려움보다 훨씬 더 큽니다. 물론 이를 처리할 전문성이 있다면 말입니다.

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