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소성은 정밀 작업물 연삭 공정에서 가장 심각한 결함 중 하나입니다. 열 손상(검은색 또는 검은 줄무늬/청색 표면)은 부품의 구조적 무결성을 해치고 고가 부품을 손상시킬 수 있습니다. 연삭 시 CBN(큐빅 보론 나이트라이드) 연마 바퀴 , 이는 초경질 재료의 특성을 지니면서도 고속으로 작동하여 고온을 발생시키기 때문에 문제를 더욱 악화시킨다. 다행히도 이는 일반적인 현상이 아니며, 나머지 기어의 몇 가지 파라미터만 조정하면 전면적으로 방지할 수 있다.
왜 가공물 소재가 타는가
열 손상은 연삭 영역에서 발생하는 열량이 시스템이 처리할 수 있는 한계를 넘어서는 경우에 발생한다. 매우 높은 연삭 온도로 인해 가공물 소재의 상전이점이 초과되고, 가공물 표면의 금속 조직이 변화하게 된다. 강재 가공물에서는 표면이 마르텐사이트 구조를 띠고 그 아래층은 과열처리된 상태가 되는데, 이는 부품의 경도가 낮아지고 수명이 단축됨을 의미한다.
CBN 휠은 기존 연마 휠에 비해 특정 연마 에너지를 덜 발생시키며, CBN의 높은 열 전도성 덕분에 실제로 작업물에서 열을 빼내는 역할을 한다. 그러나 부적절한 공정을 사용하면 여전히 소재 표면 손상이 발생할 수 있다. 단순히 말하자면, 이는 반드시 숙지해야 할 사항이다: 일반적으로 목표로 하는 변경 또는 수정을 포함하는 패키지가 문제를 해결한다.
매개변수 1: 휠 회전 속도
소재 표면 손상의 흔한 원인 중 하나는 휠 회전 속도로 인해 작업물에 발생하는 결함이다. 과도하게 빠른 회전 속도는 휠 구조의 마모를 촉진시키고, 연마 입자에서 발생하는 열과 마찰을 과도하게 증가시킨다. 전자 빔 조사된 CBN 휠이 고속 적용에 적합한 ‘유리 결합제’ 유형인 경우, 고속 작동 시 발생하는 진동이 이러한 문제를 악화시킬 수 있다.
조정 방법: 소성 현상이 발생하는 경우, 휠 회전 속도 증가량과 재료 제거 속도를 낮추십시오. CBN 휠의 소성 임계 제거 속도는 입자로 유입되는 열 전도량이 증가함에 따라 높아집니다. 감속 시작 시점과 완료 시점 사이의 지연 기간 동안 열을 방산할 수 있는 여지가 있는 것으로 보입니다. 감속 조치가 생산성 향상으로 이어지지 않으면 다음 파라미터를 실험해 보십시오.
파라미터 2: 공급 속도 및 절삭 깊이
공급 속도와 절삭 깊이는 밀접하게 연관되어 있으며, 가공 재료에 작용하는 연마 응력과 재료 내부에서 발생하는 열에 모두 영향을 미칩니다. 절삭 깊이가 지나치게 크거나 공급 속도가 너무 빠른 경우, 휠이 칩 제거 및 냉각 속도를 따라가지 못합니다. 반면 기계적으로 절삭 깊이가 과도하게 크면 문제가 발생할 수 있습니다. 즉, 거친 연마 후 완성 부품에 소성이 나타날 수 있으며, 이때 최종 마무리 연마를 위한 여유량이 너무 작아 소성층을 제거하기 어려울 수 있습니다.
조정 방법: 타버림이 발생하지 않도록 절삭되는 재료의 공급량과 절삭량을 서서히 줄입니다. 절삭 깊이를 얕게 유지하면 연마 영역에 가해지는 열 부하가 낮아집니다. 일부 응용 분야에서는 절삭 깊이는 그대로 유지하면서 공작물에 대한 공급 속도만 감소시킬 수 있습니다. 이를 통해 절삭 공정을 더욱 최적화하고 과열을 방지할 수 있습니다. 이전 연구 결과에 따르면 휠 회전 속도와 절삭 깊이가 연마력 반응에 매우 중요한 영향을 미칩니다.
매개변수 3: 휠 사양
바퀴가 예정된 용도에 맞게 지정되지 않았다면, 문제는 CBN 바퀴 자체에 있을 수 있다. 결합제 종류, 바퀴 크기 및 경도, 입자 크기 등은 모두 고온 영역에서의 바퀴 성능에 영향을 미친다. 입자가 너무 거칠거나 너무 고운 경우 마모 속도는 느려지지만, 더 많은 열이 발생한다. 기공률이 낮으면 연삭 부위로 냉각액이 흐르는 양이 줄어든다. 또한 바퀴 상태를 간과해서는 안 된다. 제대로 다듬지 않은 바퀴나 표면에 잔여 재료가 남아 있는 바퀴는 기공을 막아 절삭 기능을 상실하고, 대신 마찰과 열을 유발하는 표면 문지르기만 하게 된다.
조정 방법: 입자가 거친 연마재나 다공성이 높은 연마재를 사용해 보십시오. 냉각제가 재료를 더 잘 통하도록 해야 합니다. 얕은 홈을 가진 휠의 경우 나선형 홈이 냉각제 유동을 크게 향상시키고 연마 시 열 손상을 줄이는 데 효과적임이 입증되었습니다. 휠은 정기적으로 드레싱해야 하며, 적절한 드레싱 조건을 설정해야 합니다. 일부 제조사는 CNT가 함유된 CBN 휠과 같은 혁신적인 소재를 사용해 연마 시 열 손상을 줄이고 제거되는 재료량을 크게 늘리는 데 성공하기도 했습니다.
도움을 받아야 할 때
속도, 공급 속도, 절삭 깊이, 휠 종류를 변경했음에도 불구하고 여전히 열 손상이 발생한다면, 문제의 원인이 표면에 드러나지 않을 수 있습니다. 냉각제 공급 압력과 유량을 점검하고, 기계의 강성 및 공작물 고정 상태를 확인하면 열 손상 원인을 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다.
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