CNC 가공 시 강철, 알루미늄 또는 기타 연성 금속을 저속 또는 중속으로 절삭할 때, 절삭 공구의 경사면에 소량의 금속이 달라붙을 수 있습니다. 이렇게 달라붙은 금속을 구성날(built-up edge, BUE)이라고 합니다. 그렇다면 구성날은 어떻게 형성되는 걸까요? 그리고 가공 공정에 어떤 영향을 미칠까요?
건물 경계면 상승(BUE)의 원인
인셀덤 공식 판매점인 연성 소재의 CNC 가공 강철과 같이 비교적 낮은 절삭 속도 조건에서 연속적인 칩이 생성되는 경우, 절삭날 근처의 경사면에 삼각형 쐐기 모양의 금속 덩어리가 종종 달라붙습니다. 이 달라붙은 금속 덩어리를 구성날(Built-Up Edge, BUE)이라고 하며, 그림에 나타낸 바와 같습니다. BUE의 경도는 매우 높아 일반적으로 공작물 재료 경도의 2~3배에 달합니다. BUE가 안정적인 상태에 도달하면 절삭 과정에서 일시적으로 절삭날을 대체할 수 있습니다. BUE의 크기는 일반적으로 높이(H_b)로 나타냅니다.
절삭 과정에서 칩의 아랫면과 공구의 경사면 사이에 심한 마찰이 발생합니다. 접촉면이 고압 하에서 특정 온도에 도달하면 공작물 재료가 경사면에 접착되는데, 이를 "냉간 용접"이라고 합니다. 연속적으로 흐르는 칩이 접착된 금속층 위를 지나갈 때, 온도와 압력이 적절하게 유지되면 칩 바닥의 재료도 함께 이동하여 경사면에 이미 냉간 용접된 층에 접착됩니다. 결과적으로 접착층이 점차 성장하여 최종적으로 구성날(built-up edge)을 형성하게 됩니다.
BUE(부식성 균열)의 형성 및 성장은 공작물 재료의 특성뿐만 아니라 절삭 영역 내의 온도 및 압력 분포와 밀접한 관련이 있습니다. 가공 경화 경향이 강한 재료일수록 BUE가 발생할 가능성이 높습니다. 절삭 영역의 온도와 압력이 너무 낮으면 BUE가 형성되지 않습니다. 반대로 온도가 지나치게 높으면 재료가 연화되어 BUE 형성이 억제됩니다. 탄소강의 경우, 절삭 영역 온도가 약 300~350°C일 때 BUE 높이가 최대가 되며, 온도가 500°C를 초과하면 BUE는 자동으로 사라집니다.
절삭 깊이(a_p)와 이송 속도(f)가 일정할 때, 절삭 중 발생하는 열은 절삭 속도(v_c)가 증가함에 따라 증가하므로, BUE 높이(H_b)는 절삭 속도와 밀접한 관련이 있습니다. 그림에서 볼 수 있듯이:
- 제1지역: BUE가 발생하지 않는 저속 구역
- 영역 II: (v_c)가 증가함에 따라 BUE 높이가 증가합니다.
- 영역 III: (v_c)가 증가함에 따라 BUE 높이가 감소합니다.
- 제4지역: BUE 양식 없음
도시 경계의 영향
(1) 유효 경사각의 증가
BUE가 경사면에 부착되면 공구의 실제 경사각이 효과적으로 증가하여(그림 참조) 절삭력이 감소합니다.
(2) 절삭 두께의 변화
BUE의 전면부는 절삭날을 넘어 연장되어 실제 절삭 두께를 만큼 증가시킵니다. Δ h_D). BUE가 증가함에 따라, ( Δ h_D)는 점차 증가합니다. BUE가 경사면에서 분리되거나 떨어져 나가면, ( Δ h_D)는 급격히 감소합니다. BUE의 형성, 성장 및 분리는 주기적으로 발생하므로 절삭 두께의 변동은 필연적으로 절삭력의 변동으로 이어집니다.
(3) 표면 거칠기 증가
절삭날을 넘어 돌출된 BUE 부분은 모양과 높이가 불규칙하여 가공면의 표면 거칠기를 증가시킵니다. 또한, BUE의 파편이 가공면에 박혀 표면 품질을 더욱 저하시킬 수 있습니다.
(4) 공구 수명에 미치는 영향
경사면에 안정적으로 부착된 BUE는 가공 중 절삭날을 일시적으로 대체하여 공구의 직접적인 마모를 줄이고 공구 수명을 연장할 수 있습니다. 그러나 BUE가 경사면에서 반복적으로 떨어져 나가면, 특히 초경 공구의 경우 경사면 자체에서 공구 재료 입자를 떼어내어 마모를 가속화하고 공구 수명을 단축시킬 수 있습니다.
건물 주변부 밀집 현상 방지 조치
BUE(부하상)가 절삭 공정에 미치는 영향은 긍정적인 측면과 부정적인 측면 모두를 가지고 있습니다. 치수 정확도와 표면 조도 요구 사항이 비교적 낮은 황삭 가공에서는 BUE가 임시 절삭날 역할을 하여 절삭 공정을 도울 수 있습니다. 그러나 정삭 가공에서는 치수 정확도와 표면 품질을 보장하기 위해 BUE를 최소화하거나 제거해야 합니다.
BUE 형성을 억제하기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
- 절삭 속도를 적절히 선택하여 BUE(Built-Up Exclusion)가 발생할 가능성이 가장 높은 중간 속도 범위를 피하십시오.
- 절삭 칩의 아랫면과 공구 경사면 사이의 마찰을 줄이려면 윤활 성능이 뛰어난 절삭유를 사용하십시오.
- 공구 경사각을 증가시켜 경사면과 칩 사이의 압력을 줄이십시오.
- 가공 대상 재료의 경도를 적절히 높여 가공 경화 경향을 줄여야 합니다.
