절삭가공개요

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목차

1. 절삭가공의 종류
(1) 선삭(turning)
(2) 드릴링(drilling)
(3) 밀링(milling)
(4) 셰이핑(shaping) - 형삭(形削)
(5) 플레이닝(planing) - 평삭(平削)
(6) 브로칭(broaching)
(7) 연삭(grinding)

2. 절삭이론
(1) 칩의 생성
(2) 절삭속도
(3) 절삭력
(4) 절삭동력

<예제 1>
<예제 2>
<예제 3>
<예제 4>
<예제 5>

본문내용

수직력 두 성분으로 나타낼 수 있고 이 힘들은 재료역학에서 내력의 개념과 동일하므로 절삭력과 수직추력과 평형을 이루어야 한다. 그리고 공구 경사면에서의 힘은 경사면에 평행하게 작용하는 마찰력과 수직력 두 성분으로 나타낼 수 있으며, 이 힘도 공구에 작용하는 힘과 평형을 이루어야 한다.
그림 1-5 전단면과 공구 경사면에 작용하는 힘
절삭에서는 절삭원을 이용하여 전단면에 작용하는 힘을 간편하게 구할 수 있다. [그림 1-6]에서와 같이 공구 선단에서 절삭력 Fc와 수직추력 Ft벡터를 그리면 이들의 합력벡터 R을 직경으로 하는 원을 그릴 수 있는데 이 원을 절삭원이라 한다. 전단면에서의 전단력과 수직력의 합력벡터도 R이 되어야 하므로 전단력 벡터 Fs는 절삭원에 전단각 만큼 경사져서 그렸을 때 원주와 만나게 되고 수직력 Fn은 합력벡터 R에 닫혀져야 한다. 절삭원을 이용하면 절삭력과 수직추력이 전단면의 전단력과 수직력에 기여하는 크기를 다음과 같이 쉽게 나타낼 수 있다.
(1-10)
칩과 공구윗면 사이에 작용하는 마찰력과 수직력도 절삭원을 이용하면 쉽게 계산할 수 있다. 공구윗면에서의 마찰력과 수직력도 절삭력과 수직추력에 평형을 이루어야 한다. 따라서 절삭원에 마찰력 벡터 F를 도시하면 공구의 윗면을 연장한 선이 원주와 만나는 점까지이며, 수직력 벡터 N은 합력벡터 R에 닫혀져야 한다. 절삭원에서 각 벡터가 이루는 각을 이용하면 마찰력과 수직력은 다음과 같이 구해짐을 쉽게 알 수 있다.
(1-11)
그림 1-6 절삭원에 의한 하중해석
절삭시 전단면의 전단응력은 전단력을 전단면의 단면적으로 나누면 다음과 같이 구해진다.
(1-12)
전단면에서는 재료의 전단에 의한 미끄럼 파단이 발생되므로 식(1-12)의 전단응력은 절삭조건에서의 재료의 전단강도이다.
한편, 칩과 공구경사면과는 마찰이 생기며, 이때 마찰계수는 마찰력을 수직력으로 나누면 구해진다.
(1-13)
마찰각은 마찰력과 수직력의 합력이 수직력과 이루는 각으로 다음과 같다.
(1-14)
절삭시 마찰계수의 범위는 일반적으로 0.52.0으로 칩이 공구경사면을 통과하면서 큰 마찰저항을 받는 것을 알 수 있다.
전단각이 절삭에 소모되는 에너지를 최소화하는 위치에서 형성된다는 가정으로부터 Merchant는 다음과 같이 전단각, 윗면경사각과 마찰각의 관계식을 유도하였으며, 이 식은 유용하게 사용되고 있다.
(1-15)
이 식에서 공구의 윗면경사각이 커지면 전단각이 커지고. 마찰각이 작아지면 전단각이 커지는 것을 알 수 있다. 전단각의 증가는 [그림 1-7]과 같이 칩 두께를 얇게 하고 전단면의 면적을 작게 하여 칩 생성에 요구되는 전단력을 감소시킴으로써 쉽게 절삭이 되도록 한다. 또, 절삭에 소모되는 에너지를 적게 하고 절삭온도가 낮아지게 된다.
그림 1-7 전단각이 절삭에 미치는 영향
(4) 절삭동력
이차원 절삭에서 절삭에 필요한 동력은 다음과 같이 계산된다.
[ps](1-16)
동력은 첫째 전단면에서 칩의 전단, 둘째 칩과 공구경사면에서의 마찰로 소비된다. 전단에 소비되는 동력을 Ps라 하고 마찰에 소비되는 동력을 Pf라 하면 다음과 같은
관계가 만족되며
(1-17)
이들 동력은 다음과 같이 구해진다.
[ps] (1-18)
[ps] (1-19)
동력을 단위시간당의 절삭량 즉, 절삭률로 나눈 것을 비에너지(specific energy) 라 한다. [표 1-2]는 여러 가지 재료의 종류에 따른 비에너지 값이며, 절삭률로부터 절삭에 필요한 동력을 예측하는데 사용된다.
[psmin/cm3](1-20)
표 1-2 절삭에서의 비에너지(무딘공구 1.25배)
비에너지
Ws/mm3
hpmin/in3
psmin/cm3
주철(Cast irons)
강(Steels)
스테인리스강(Stainless steels)
알루미늄 합금(Aluminum alloys)
구리 합금(Copper alloys)
마그네슘 합금(Magnesium alloys)
니켈 합금(Nickel alloys)
티탄 합금(Titanium alloys)
고온 합금(High-temperature alloys)
내열 합금(Refractory alloys)
1.1 - 5.4
2 - 9
2 - 5
0.4 - 1
1.4 - 3.2
0.3 - 0.6
4.8 - 6.7
2 - 5
3.2 - 8
3 - 9
0.4 - 2
0.7 - 3.4
0.8 - 1.9
0.15 - 0.4
0.5 - 1.2
0.1 - 0.2
1.8 - 2.5
0.7 - 2
1.2 - 3
1.1 - 3.5
0.025 - 0.12
0.04 - 0.21
0.05 - 0.12
0.009 - 0.025
0.03 - 0.074
0.006 - 0.012
0.11 - 0.15
0.04 - 0.12
0.07 - 0.18
0.06 - 0.22
<예제 1> 윗면경사각 인 공구를 사용하여 절삭깊이 t＝0.5mm로 절삭하였을 때 칩두께 ＝1.12mm이었다. 절삭비, 전단각, 전단변형률을 구하시오.
- 절삭비
- 전단각
- 전단변형률 mm/mm
<예제 2> 예제 1에서 절삭속도 V=100m/min으로 가공할 때 칩배출속도와 전단속도를 구하시오.
- 칩배출속도 m/min
- 전단속도 m/min
<예제 3> 예제 1에서 절삭폭 b=3.2 mm이고, 절삭력 , 수직추력 으로 측정되었다. 전단면의 전단력과 수직력을 구하고, 공구경사면의 마찰력과 수직력을 계산하시오. 또 칩 발생시의 전단강도, 칩과 공구경사면의 마찰계수와 마찰각을 구하시오.
- 전단면 전단력 kgf
수직력 kgf
- 공구경사면 마찰력 kgf
수직력 kgf
- 전단강도 kgf/mm2
- 마찰계수
- 마찰각
- 마찰각(Merchant식)
<예제 4> 예제1-3에서 절삭동력(P)과 전단에 소비되는 동력(Ps) 및 마찰에 소비되는 동력(Pf)을 계산하고, P=Ps+Pf임을 보이시오.
- 절삭동력
ps
- 전단동력
ps
- 마찰동력
ps
<예제 5> 알루미늄 합금을 절삭속도 V=100m/min, 절삭깊이 t=0.5mm, 절삭폭 b=3.2mm 로 절삭할 때 절삭률과 절삭동력을 구하시오. (알루미늄 합금의 비에너지는 u=0.015 psmin/cm3 사용)
- 절삭률 cm3/min
- 절삭동력 ps

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