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선삭가공에서 PVD코팅 공구의 여유면 마모

전문가 제언: ○ 절삭공구의 재료에는 많은 종류가 개발되어 왔고 향후에도 신소재 개발이 꾸준할 것으로 예측되어 진다. alloy 718은 INCONEL 718이라고도 부르며 Ni-Cr-Fe 합금으로 상당량의 Nb 및 Mo 소량의 Al, Ti이 첨가된 내열합금이다. 내열성이 좋고 900℃ 이상의 산화기류 속에서도 산화하지 않고 황을 함유한 대기에도 침지되지 않는다. 본문은 이와 같은 내열합금 특수강을 절삭시험 재료로 하고 초경합금에 PVD(Physical Vapor Deposition) 코팅을 한 절삭공구를 사용하여 공구 손상 형태 및 공구 여유면 마모에 관한 연구보고서이다.

○ PVD법에 의해 TiN-arc가 코팅된 초경합금 바이트에 의해 alloy 718을 연속으로 선삭가공 했을 때 코팅의 손상 정도를 관찰하여 보았다. 바이트의 경사면(rake face)과 여유면(flank face)에 절삭 칩이 스치고 지나가면서 유착된 유착물 바로아래의 코팅이 소성변형에 의해 손상된 것을 볼 수 있었다. 코팅과 유착물과의 경계면에서 확산에 따른 물리화학적 반응은 없었고 물리적이거나 역학적인 부착이라는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 소성변형을 수반하는 손상을 억제하기 위해서는 고온에서 강도가 높은 코팅 방법을 강구해야 할 것으로 판단된다.

○ 국내 절삭공구 코팅기술은 한국야금, Ionbond, Taegu Tec., 등 오래 전부터 많이 사용하여 오면서 그동안 많은 발전을 해왔다. 코팅의 종류에는 TiN, CrN, TiAlN, TiCN, ZrN 등의 질화물과 DLC 와 같은 다이아몬드 코팅이 있다. 코팅된 공구를 사용하면 절삭속도와 이송을 높일 수 있으므로 가공시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공구의 수명도 증가하여 공구 교환비용도 줄어든다. 고경도, 고강도의 재료뿐만 아니라 Al, Ti, Mg 그리고 고합금강 같은 소재들은 난삭재에 속한다. 마찰계수가 낮은 특별한 코팅을 하여주면 좋은 효과를 얻을 수 있다.

○ 공작기계 산업에서 절삭공구는 공작기계의 성능을 좌우하는 핵심적인 역할을 하고 있다. 공구의 수명을 공구강에만 의존할 것이 아니라 기본 바탕재료에 가공조건과 피삭재의 특성에 적합한 코팅을 하는 맞춤식 코팅기술의 개발이 요구된다. 공작기계산업의 발전을 위해서는 공구 코팅 기술에 대한 꾸준한 연구 노력이 필요할 것으로 사료되는 바이다.

저자: Shuho Koseki, Kenichi Inoue, Hiroshi Usuki
자료유형: 니즈학술정보