흑연은 흔히 볼 수 있는 비금속 소재로, 검은색을 띠며 고온 및 저온 저항성이 우수하고, 전기 및 열 전도성이 뛰어나며, 윤활성이 좋고 화학적으로 안정적입니다. 특히 전기 전도성이 좋아 방전 가공(EDM)의 전극으로 사용될 수 있습니다. 기존의 구리 전극과 비교했을 때, 흑연은 고온 저항성, 낮은 방전 소모량, 작은 열 변형 등의 장점을 가지고 있습니다. 정밀하고 복잡한 부품 및 대형 전극 가공에 더욱 적합하며, 전기 스파크 가공 전극으로서 구리 전극을 점차 대체하고 있습니다[1]. 또한, 흑연 내마모성 소재는 윤활유 없이 고속, 고온, 고압 조건에서도 사용할 수 있습니다. 많은 장비에서 흑연 소재의 피스톤 컵, 씰, 베어링 등이 널리 사용되고 있습니다.
현재 흑연 소재는 기계, 야금, 화학, 국방 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 흑연 부품은 종류가 다양하고 구조가 복잡하며 높은 치수 정밀도와 표면 품질이 요구됩니다. 그러나 국내 흑연 가공 연구는 아직 충분히 이루어지지 않았으며, 흑연 가공용 공작기계 또한 상대적으로 부족합니다. 해외에서는 흑연 가공에 주로 고속 가공 설비를 활용하고 있으며, 이는 현재 흑연 가공의 주요 발전 방향이 되었습니다.
본 논문은 주로 다음과 같은 측면에서 흑연 가공 기술 및 가공 공작기계를 분석한다.
①흑연 가공 성능 분석;
② 일반적으로 사용되는 흑연 가공 기술 측정 방법;
③ 흑연 가공에 일반적으로 사용되는 도구 및 절삭 매개변수;
흑연 절삭 성능 분석
흑연은 불균일한 구조를 가진 취성 재료입니다. 흑연 절삭은 흑연 재료의 취성 파괴를 통해 불연속적인 칩 입자 또는 분말을 생성함으로써 이루어집니다. 흑연 재료의 절삭 메커니즘에 대해서는 국내외 학자들이 많은 연구를 진행해 왔습니다. 해외 학자들은 흑연 칩 형성 과정이 대략적으로 공구의 절삭날이 공작물과 접촉할 때 공구 끝이 부서지면서 작은 칩과 작은 구멍이 형성되고, 균열이 발생하여 공구 끝의 앞쪽과 아래쪽으로 확장되어 파단 구멍을 형성하며, 공구의 전진으로 인해 공작물의 일부가 파손되어 칩이 형성된다고 주장합니다. 국내 학자들은 흑연 입자가 매우 미세하고 공구 절삭날의 끝부분이 큰 호를 가지고 있기 때문에 절삭날의 역할이 압출과 유사하다고 주장합니다. 공구와 공작물의 접촉면에서 흑연 재료는 공구의 경사면과 끝부분에 의해 압착됩니다. 이러한 압력 하에서 취성 파괴가 발생하여 칩이 형성됩니다[3].
흑연 절삭 과정에서, 공작물의 둥근 모서리나 모서리 부분의 절삭 방향 변화, 공작기계 가속도 변화, 공구의 절삭 방향 및 각도 변화, 절삭 진동 등으로 인해 흑연 공작물에 충격이 가해져 흑연 부품 모서리의 취성 및 파손, 심각한 공구 마모 등의 문제가 발생합니다. 특히 모서리나 얇고 좁은 골이 있는 흑연 부품을 가공할 때 이러한 문제가 더욱 쉽게 발생하여 흑연 가공의 난제로 작용하고 있습니다.
흑연 절단 공정 
전통적인 흑연 소재 가공 방법에는 선삭, 밀링, 연삭, 톱질 등이 있지만, 이러한 방법으로는 형상이 단순하고 정밀도가 낮은 흑연 부품만 가공할 수 있습니다. 흑연 고속 가공 센터, 절삭 공구 및 관련 지원 기술의 급속한 발전과 적용으로 이러한 전통적인 가공 방법은 점차 고속 가공 기술로 대체되고 있습니다. 실제 적용 사례에 따르면 흑연은 단단하고 취성이 강하기 때문에 가공 중 공구 마모가 심각하므로 초경 또는 다이아몬드 코팅 공구를 사용하는 것이 좋습니다.
절단 공정 측정
흑연의 특성으로 인해 흑연 부품의 고품질 가공을 위해서는 그에 상응하는 공정 조치를 취해야 합니다. 흑연 재료를 황삭 가공할 때는 공구가 공작물에 직접 이송되도록 하고 비교적 큰 절삭 매개변수를 사용합니다. 정삭 가공 중 칩핑을 방지하기 위해 내마모성이 좋은 공구를 사용하여 공구의 절삭량을 줄이고 절삭 공구의 피치가 공구 직경의 1/2 미만이 되도록 하며 양단 가공 시 감속 가공 등의 공정 조치를 수행합니다[4].
절삭 시 절삭 경로를 합리적으로 설정하는 것도 필요합니다. 내부 윤곽을 가공할 때는 주변 윤곽을 최대한 활용하여 절삭부의 힘 부분이 항상 더 두껍고 강하도록 절삭하고, 공작물의 파손을 방지해야 합니다[5]. 평면이나 홈을 가공할 때는 대각선 또는 나선형 이송을 최대한 활용하고, 가공면의 섬 모양 부분을 피하고, 가공면에서 공작물이 잘려나가지 않도록 해야 합니다.
또한, 절삭 방식 역시 흑연 절삭에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 하향 밀링 시 절삭 진동은 상향 밀링 시보다 적습니다. 하향 밀링 시 공구의 절삭 두께는 최대치에서 0으로 감소하며, 공구가 공작물을 절삭한 후 반동 현상이 발생하지 않습니다. 따라서 흑연 가공에는 일반적으로 하향 밀링이 선택됩니다.
복잡한 구조를 가진 흑연 공작물을 가공할 때, 앞서 언급한 사항들을 고려하여 가공 기술을 최적화하는 것 외에도, 최상의 절삭 결과를 얻기 위해서는 특정 조건에 따라 몇 가지 특별한 조치를 취해야 합니다.
게시 시간: 2021년 2월 20일