많은 공장에서 여전히 경화된 강철 부품을 마감하기 위해 연삭을 사용합니다. 그러나 연삭은 시간과 비용이 많이 들고 부품 설계가 변경될 때 조정하기가 쉽지 않습니다. 하드 터닝은 많은 상황에서 더 스마트한 옵션을 제공합니다. 더 빠르고 적응력이 뛰어나며 특별한 연삭 장비가 필요하지 않습니다.
하드 터닝은 여러 가지 장점을 제공하며 많은 매장에서 하드 터닝을 사용하기 시작했습니다. 하드 터닝의 차이점과 더 많은 제조업체가 이 방식으로 전환하는 이유를 알고 싶으신가요? 계속 읽어보세요.
하드 터닝이란 무엇인가요?
경질 선삭은 일반적으로 45 HRC 이상의 높은 경도를 가진 금속을 성형하는 정밀 선삭입니다. 이 공정에서는 CBN(입방정 질화 붕소), 세라믹 또는 카바이드로 만든 단일 포인트 절삭 공구를 사용합니다. 목표는 한 번의 작업으로 매끄러운 표면을 생성하고 엄격한 공차를 충족하는 것입니다. 열처리 후 강철 부품에 가장 많이 사용되므로 2차 연삭이 필요하지 않습니다.
핵심 아이디어는 간단합니다. 선삭과 정삭을 하나의 효율적인 공정으로 결합하는 것입니다. 이를 통해 장비 사용을 줄이고 배송 시간을 단축할 수 있습니다.
실제로 하드 터닝은 어떻게 작동하나요?
경질 선삭은 단단한 기계와 특수 공구를 사용하여 경화된 공작물에서 재료를 제거합니다. 단계별로 어떤 일이 일어나는지 설명합니다:
1단계: 공작물 준비
부품은 먼저 다음과 같아야 합니다. 열처리된 최종 경도까지 경화시킵니다. 대부분의 경질 선삭 작업에는 최소 45 HRC로 경화된 강철이 사용됩니다. 부품은 깨끗하고 척이나 픽스처에 단단히 고정되어 있어야 합니다. 클램핑이 느슨하면 진동이 발생하고 마감이 손상될 수 있습니다.
2단계: 도구 선택 및 설정
절삭 공구는 부품의 경도와 모양에 맞아야 합니다. 하드 터닝에는 CBN 공구가 가장 일반적으로 선택되지만, 세라믹 공구는 덜 까다로운 작업에도 사용됩니다. 공구 홀더는 단단해야 하며 진동이 발생하지 않도록 돌출부를 최소화하여 설치해야 합니다.
공구 노우즈 반경은 표면 정삭에 영향을 줍니다. 반경이 클수록 표면이 더 매끄러워지지만 절삭력이 증가할 수 있습니다.
3단계: 머신 구성
기계의 강성과 반복성을 점검해야 합니다. 스핀들 런아웃과 터렛 정렬은 엄격한 제한 범위 내에 있어야 합니다. 속도, 이송 및 절삭 깊이는 공작물 소재와 공구 유형에 따라 설정됩니다. 공구 소재에 따라 건식 절삭 또는 최소 윤활을 사용해야 합니다.
4단계: 커팅 프로세스 실행
기계는 가벼운 패스로 재료를 제거합니다. 하드 터닝은 일반적으로 낮은 절삭 깊이와 높은 표면 속도를 사용합니다. 공구는 표면이 문지르거나 찢어지지 않도록 선명도와 안정성을 유지해야 합니다. 칩 제어는 스크래치를 방지하는 데에도 필수적입니다.
절단이 연속적이고 안정적으로 이루어집니다. 절삭이 중단되거나 부품의 경도가 변하면 공구 마모 또는 마감 불량으로 이어질 수 있습니다.
5단계: 표면 마감 및 치수 제어
최종 결과는 필요한 허용 오차와 표면 마감을 충족해야 합니다. 하드 터닝은 0.2~0.4µm의 낮은 Ra 값을 달성할 수 있습니다. 대부분의 경우 연삭의 필요성을 충족하거나 심지어 대체할 수 있습니다.
그런 다음 치수 정확도를 확인하기 위해 게이지, 마이크로미터 또는 CMM을 사용하여 부품을 측정합니다. 필요한 경우 가벼운 최종 패스를 수행하여 변형을 수정할 수 있습니다.
하드 터닝에 적합한 공작물의 종류는 무엇입니까?
모든 소재가 하드 터닝에 적합한 것은 아닙니다. 부품의 경도, 구조 및 용도를 고려해야 합니다. 알아야 할 사항은 다음과 같습니다.
어떤 소재가 적합할까요?
경질 선삭은 베어링강, 공구강, 금형강, 합금강 등 경화강에서 가장 잘 작동합니다. AISI 52100, D2, H13, M2와 같은 소재가 일반적입니다. 미세한 미세 구조를 가진 일부 주철도 하드 터닝이 가능합니다.
알루미늄이나 구리와 같은 비철금속은 하드 터닝에 적합하지 않습니다. 경도가 낮기 때문에 일반 선삭에 더 적합합니다.
일반적인 경도 범위
대부분의 하드 터닝은 경도가 45~70 HRC인 부품에서 이루어집니다. 45 HRC 미만에서는 일반 선삭이 정상적으로 작동합니다. 70 HRC 이상에서는 공구 수명이 빠르게 떨어지므로 연삭이 더 나은 옵션일 수 있습니다.
이 프로세스는 부드러운 회전과 정밀 연삭. 일반 선삭에는 너무 단단하지만 초미세 연삭 마감이 필요하지 않은 부품에서 우수한 성능을 발휘합니다.
사전 경화 대 사후 경화
경질 선삭에서는 공작물이 항상 경화 후 가공됩니다. 이것이 핵심 아이디어입니다. 후경화는 절삭 전에 부품이 최종 기계적 특성을 갖도록 보장합니다.
사전 경화 부품은 때때로 거친 가공 최종 하드 터닝 전에. 이렇게 하면 거친 모양이 부드러운 상태로 만들어집니다. 그런 다음 열처리가 이루어집니다. 마지막으로 하드 터닝을 통해 정확한 모양과 마감을 완성합니다. 이 방식은 시간을 절약하고 열처리 중 왜곡을 방지합니다.
하드 터닝에 적합한 도구 선택하기
하드 터닝의 성공 여부는 공구에 따라 크게 달라집니다. 절삭 공구의 재질, 모양, 설정은 모두 성능, 표면 조도, 공구 수명에 영향을 미칩니다.
절삭 공구 재료
CBN(입방정 질화 붕소)은 하드 터닝을 위한 최고의 선택입니다. 45 HRC 이상의 재료에서 잘 작동합니다. CBN은 대부분의 다른 공구보다 높은 열을 견디고 모서리를 더 오래 유지합니다.
세라믹 도구도 사용됩니다. 가벼운 절단과 매끄러운 마무리에 적합하지만 단단한 재료에는 더 빨리 마모됩니다.
코팅 카바이드는 낮은 경도 수준이나 중단 절삭에 사용할 수 있습니다. 가격은 저렴하지만 복잡한 선삭 응용 분야에서는 오래 지속되지 않습니다.
도구 지오메트리 고려 사항
공구의 모양은 표면 품질과 절삭 압력에 영향을 미칩니다. 노우즈 반경이 작으면 절삭력이 감소하지만 표면이 거칠어질 수 있습니다. 반경이 클수록 마감 품질은 향상되지만 공구에 응력이 가해집니다.
포지티브 레이크 각도는 절삭력과 열을 줄여줍니다. 이는 공구 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 하지만 공구는 하중을 받아도 파손되지 않을 만큼 충분히 강해야 합니다.
공구 홀더는 돌출부를 최소화하여 견고해야 합니다. 작은 진동도 절삭날이나 부품 표면을 손상시킬 수 있습니다.
도구 수명 및 유지 관리
하드 터닝의 공구 수명은 소프트 터닝보다 짧습니다. 열과 마모는 중요한 문제입니다. CBN 공구는 많은 부품을 사용할 수 있지만 모서리 마모를 주의 깊게 관찰해야 합니다.
공구는 일정 주기가 지난 후에 검사하는 것이 가장 좋습니다. 일부 매장에서는 갑작스러운 고장을 방지하기 위해 공정 중 모니터링 또는 고정 교체 주기를 사용합니다.
무딘 공구는 마감 품질이 떨어지고 절삭력이 높아집니다. 인서트를 적시에 교체하거나 인덱싱하면 공정이 안정적이고 반복적으로 유지됩니다.
하드 터닝의 주요 프로세스 설정
파라미터를 설정하면 공구 수명, 공작물 품질 및 사이클 시간의 균형을 맞출 수 있습니다. 이러한 설정은 공작물 경도가 높고 열이 축적되는 하드 터닝에서 더욱 중요합니다.
절삭 속도, 이송 속도 및 절삭 깊이
CBN 공구의 경우, 절삭 속도는 일반적으로 100~250m/min입니다. 속도는 공구 재료와 부품의 경도에 따라 달라질 수 있습니다.
이송 속도는 일반적으로 약 0.05~0.3mm/회전 정도로 가볍습니다. 이송 속도가 높을수록 속도는 빨라지지만 표면 조도가 낮아질 수 있습니다.
절단 깊이는 패스당 약 0.1~0.3mm로 얕습니다. 황삭의 경우 0.5mm까지 올라갈 수 있지만 가볍게 절단하는 것이 더 일반적입니다.
이러한 설정은 공구 강도와 부품 모양과 일치해야 합니다. 약간의 조정만으로도 마감과 공구 수명에 큰 차이를 만들 수 있습니다.
열 관리 및 칩 제어
하드 터닝은 높은 온도를 발생시킵니다. 건식 절삭은 습식 절삭보다 더 많은 열이 발생하므로 공구는 열 마모에 견딜 수 있어야 합니다. CBN 및 세라믹 공구는 이를 잘 처리합니다.
칩 제어도 중요합니다. 칩 흐름이 원활하지 않으면 표면이 긁히거나 기계에 걸릴 수 있습니다. 칩 브레이커가 있는 인서트는 칩을 작은 컬로 부수고, 공기 또는 칩 송풍기는 해당 영역을 청소하는 데 도움이 됩니다.
표면 마감 기대치
하드 터닝은 Ra 0.2~0.4 µm의 표면 마감에 도달할 수 있습니다. 이는 허용 가능한 연삭 수준에 가깝습니다.
정삭은 이송, 공구 노즈 반경, 기계 안정성 및 공구 상태에 따라 달라집니다. 낮은 이송 속도에서 가벼운 정삭 패스가 최상의 결과를 제공합니다.
부품은 하드 터닝 후 바로 사용할 수 있는 경우가 많으므로 연마할 필요가 없습니다.
하드 터닝의 이점
하드 터닝은 특정 부품 및 생산 목표에 실질적인 이점을 제공합니다. 더 많은 제조업체가 이 방법으로 전환하는 이유는 다음과 같습니다.
그라인딩 필요성 제거
하드 터닝은 많은 부품, 특히 원형 피처가 있는 부품의 연삭을 대체할 수 있습니다. 따라서 두 번째 기계나 설정이 필요하지 않으며, 공장에서 선반에서 직접 한 번의 작업으로 부품을 완성할 수 있습니다.
비용 효율성
하드 터닝은 여러 가지 면에서 생산 비용을 낮춥니다. 툴링은 연삭 휠보다 저렴하고, 기계의 활용도가 높으며, 연삭에는 특별한 작업자나 냉각수 시스템이 필요하지 않습니다.
빠른 설정 및 리드 타임 단축
CNC 선반의 공구와 프로그램 변경이 빠르기 때문에 짧은 작업 시간이나 잦은 부품 변경에 적합한 선삭을 하기 어렵습니다. 하드 터닝 작업장에서는 긴 지연 없이 한 부품에서 다른 부품으로 전환할 수 있습니다.
향상된 치수 제어
CNC 선반은 위치, 속도, 이송을 정밀하게 제어할 수 있어 공차가 더 엄격해지고 반복성이 향상됩니다. 프로그래밍을 통해 공구 마모를 추적하거나 보정할 수 있어 배치 전체에서 일관된 부품 크기를 유지할 수 있습니다.
하드 터닝의 응용
하드 터닝은 높은 정밀도, 엄격한 공차, 견고한 소재가 필요한 많은 산업 분야에서 사용됩니다. 매끄러운 마감이 필요한 열처리 부품에 이상적입니다.
항공우주 부품
하드 터닝은 샤프트, 베어링 표면, 랜딩 기어 핀과 같은 고강도 강철 부품을 마감하는 데 사용됩니다. 이러한 부품은 응력과 마모를 견뎌야 하므로 하드 터닝에 적합합니다.
자동차 산업
자동차 제조업체는 기어, 샤프트, 변속기 부품, 베어링 레이스 등을 생산하기 위해 하드 터닝을 사용합니다. 이러한 부품은 경화되는 경우가 많으며 엄격한 크기 및 표면 마감 사양을 충족해야 합니다.
금형 및 금형 산업
금형 베이스, 코어 및 인서트는 경화 공구강으로 제작되는 경우가 많습니다. 하드 터닝은 열처리 후 이러한 부품을 성형합니다. 이렇게 하면 가공 후 열 주기로 인한 왜곡을 방지할 수 있습니다.
일반 엔지니어링
하드 터닝은 중소규모의 경화 부품을 가공하는 모든 공장에서 사용하기에 적합합니다. 유압 부품, 공구 홀더, 스핀들 등에 사용됩니다.
과제와 한계
하드 터닝은 결정적이지만 완벽하지는 않습니다. 일부 작업은 여전히 연삭이 필요하며 일부 부품은 이 방법을 사용하기에는 너무 까다롭거나 민감합니다.
표면 무결성 및 미세 균열
하드 터닝은 공구와 공작물의 접촉 지점에서 열을 발생시킵니다. 이 열을 제어하지 않으면 표면 근처에 작은 균열이 발생할 수 있습니다. 이러한 미세 균열은 눈에 보이지 않을 수 있지만 조기 부품 고장으로 이어질 수 있습니다.
일부 소재, 특히 공구강은 이러한 문제가 발생하기 쉽습니다. 작업장은 표면을 깨끗하고 스트레스 없이 유지하기 위해 절삭 상태를 모니터링해야 합니다.
공구 마모 및 공정 모니터링
CBN과 세라믹 공구는 튼튼하지만 잘못 사용하면 빨리 마모됩니다. 칩 제어가 불량하거나 열이 너무 많거나 기계가 불안정하면 공구 수명이 단축될 수 있습니다.
연삭 휠과 달리 복잡한 선삭 공구는 마모 시 시각적 징후가 나타나지 않습니다. 작업장에서는 공구 사용을 면밀히 추적해야 합니다. 소리 모니터링 시스템이 없으면 작업자가 알아채기도 전에 부품 품질이 떨어질 수 있습니다.
모든 공차 또는 재료에 적합하지 않음
하드 터닝은 공차가 중간 정도인 원형 대칭 부품에 가장 적합합니다. 2미크론 미만의 매우 엄격한 공차에는 연삭이 더 좋습니다.
또한 텅스텐 카바이드, 고인성 스테인리스 스틸 또는 황동 및 알루미늄과 같은 연질 금속과 같은 일부 재료에서는 잘 작동하지 않습니다. 이러한 재료에는 다른 공정이나 도구 유형이 필요합니다.
하드 터닝 대 그라인딩: 어느 것을 선택해야 할 때
하드 터닝과 연삭은 모두 경화 부품을 마무리하지만 작동 방식은 다릅니다. 각각의 강점이 있습니다. 어떤 공정을 언제 사용해야 하는지 알면 효율성과 결과를 개선하는 데 도움이 됩니다.
재료 제거율
하드 터닝은 연삭보다 패스당 더 많은 재료를 제거합니다. 황삭 및 반정삭 절삭에 더 빠릅니다. 연삭은 작업 속도는 느리지만 초미세 정삭에서 더 일관성이 있습니다.
속도와 적절한 마무리가 목표라면 하드 터닝이 승리합니다. 초정밀이 목표라면 연삭이 더 안정적입니다.
표면 품질 및 허용 오차
연삭을 통해 표면 마감이 개선되고(종종 Ra 0.2 µm 이하) 공차가 더 엄격해집니다. 베어링 레이스 및 밸브 부품과 같은 고정밀 부품에 이상적입니다.
하드 터닝은 경우에 따라 이러한 수준과 일치할 수 있지만 항상 그런 것은 아닙니다. 하드 터닝의 표면 마감은 설정 및 재료에 따라 Ra 0.2~0.4 µm 범위입니다.
에너지 및 비용 비교
하드 터닝은 적은 힘과 적은 단계를 사용합니다. 특별한 연삭 휠, 드레싱 도구 또는 냉각수 시스템이 필요하지 않습니다. 기계가 더 유연하고 운영 비용이 적게 드는 경우가 많습니다.
연삭은 특히 냉각수 시스템과 여러 번의 패스를 통해 더 많은 에너지를 사용합니다. 하지만 경우에 따라서는 초미세 공차와 표면 무결성을 위해 추가 비용을 지불할 가치가 있습니다.
각각에 대한 이상적인 사용 사례
하드 터닝은 속도, 설정 시간, 유연성이 중요한 중소규모 배치에 가장 적합합니다. 샤프트, 기어, 경화 부싱에 적합합니다.
연삭은 고정밀 요구 사항, 엄격한 공차 및 표면이 중요한 부품에 더 적합합니다. 하드 터닝 후 마무리 작업에 자주 사용됩니다.
결론
경질 선삭은 단일 포인트 절삭 공구를 사용하여 경화된 강철에서 재료를 제거하는 가공 방법으로, 연삭을 대체하는 경우가 많습니다. 경도가 45 HRC 이상인 부품에 적합합니다. 이 공정은 특히 중소규모 생산 공정에서 속도, 비용 절감 및 유연성을 제공합니다.
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안녕하세요, 저는 케빈 리입니다
지난 10년 동안 저는 다양한 형태의 판금 제작에 몰두해 왔으며 다양한 워크숍에서 얻은 경험에서 얻은 멋진 통찰력을 이곳에서 공유했습니다.
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케빈 리
저는 레이저 절단, 굽힘, 용접 및 표면 처리 기술을 전문으로 하는 판금 제조 분야에서 10년 이상의 전문 경험을 갖고 있습니다. Shengen의 기술 이사로서 저는 복잡한 제조 문제를 해결하고 각 프로젝트에서 혁신과 품질을 주도하는 데 최선을 다하고 있습니다.
