흑연 가공 공정에 관한 연구 2

흑연 고속 가공에서는 흑연 소재의 경도, 칩 형성의 불규칙성, 고속 절삭 특성의 영향으로 절삭 과정 중 교류 절삭 응력이 발생하고 일정한 충격 진동이 발생하여 공구의 경사면과 측면 마모가 심해져 공구 수명에 심각한 영향을 미칩니다. 따라서 흑연 고속 가공에 사용되는 공구는 높은 내마모성과 내충격성을 요구합니다.

다이아몬드 코팅 공구는 높은 경도, 뛰어난 내마모성, 낮은 마찰 계수 등의 장점을 가지고 있습니다. 현재 흑연 가공에는 다이아몬드 코팅 공구가 가장 적합한 선택입니다.

흑연 가공 공구는 적절한 기하학적 각도를 선택해야 하는데, 이는 공구 진동을 줄이고 가공 품질을 향상시키며 공구 마모를 감소시키는 데 도움이 됩니다. 독일 학자들의 흑연 절삭 메커니즘 연구에 따르면 흑연 절삭 중 흑연 제거량은 공구의 경사각과 밀접한 관련이 있습니다. 음의 경사각으로 절삭하면 압축 응력이 증가하여 재료 파쇄를 촉진하고 가공 효율을 향상시키며 대형 흑연 파편 발생을 방지하는 데 도움이 됩니다.

고속 절삭용 흑연 공구의 일반적인 구조 유형으로는 엔드밀, 볼 엔드 커터, 필렛 밀링 커터 등이 있습니다. 엔드밀은 일반적으로 비교적 단순한 평면과 형상의 표면 가공에 사용됩니다. 볼 엔드 밀링 커터는 곡면 가공에 이상적인 공구입니다. 필렛 밀링 커터는 볼 엔드 커터와 엔드밀의 특성을 모두 가지고 있으며, 곡면과 평면 모두 가공에 사용할 수 있습니다.

절단 매개변수

흑연 고속 절삭 시 적절한 절삭 매개변수를 선택하는 것은 가공 품질과 효율 향상에 매우 중요합니다. 흑연 고속 가공의 절삭 공정은 매우 복잡하기 때문에 절삭 매개변수 및 가공 전략을 선택할 때 가공물의 구조, 공작기계의 특성, 공구 등 여러 요소를 고려해야 하며, 이는 주로 수많은 절삭 실험에 의존합니다.

흑연 소재의 경우, 황삭 가공 단계에서는 고속, 빠른 이송 속도, 그리고 많은 공구량을 사용하는 절삭 조건을 선택하는 것이 가공 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 그러나 흑연은 가공 과정, 특히 모서리 등에서 쉽게 깨지기 쉽고, 들쭉날쭉한 형상이 발생할 수 있으므로 이러한 부분에서는 이송 속도를 적절히 줄여야 하며, 공구량을 과도하게 소모하는 것은 적합하지 않습니다.

얇은 벽의 흑연 부품에서 모서리와 가장자리의 깨짐 현상은 주로 절삭 충격, 칼날의 탄성 및 절삭력 변동으로 인해 발생합니다. 절삭력을 줄이면 칼날의 탄성을 감소시켜 얇은 벽 흑연 부품의 표면 가공 품질을 향상시키고 모서리 깨짐 및 파손을 줄일 수 있습니다.

일반적으로 고속 흑연 가공 센터의 스핀들 속도는 더 빠릅니다. 공작기계의 스핀들 출력이 허용한다면, 더 높은 절삭 속도를 선택하여 절삭력을 효과적으로 줄이고 가공 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 스핀들 속도를 선택할 때는 이송량을 스핀들 속도에 맞춰 조정해야 하며, 너무 빠른 이송 속도와 과도한 공구량으로 인한 칩핑을 방지해야 합니다. 흑연 가공은 보통 흑연 가공 전용 공작기계에서 수행되며, 공작기계 속도는 일반적으로 3000~5000rpm, 이송 속도는 0.5~1m/min입니다. 황삭 가공에는 비교적 낮은 속도를, 정삭 가공에는 높은 속도를 선택합니다. 고속 흑연 가공 센터의 경우, 공작기계 속도는 비교적 높으며, 일반적으로 10000~20000rpm이고, 이송 속도는 1~10m/min입니다.

그래파이트 고속 가공 센터

흑연 절삭 과정에서는 다량의 분진이 발생하여 환경을 오염시키고 작업자의 건강을 해치며 공작기계에도 악영향을 미칩니다. 따라서 흑연 가공용 공작기계에는 우수한 방진 및 집진 장치가 반드시 장착되어 있어야 합니다. 흑연은 전도성 물질이므로 가공 과정에서 발생하는 흑연 분진이 공작기계의 전기 부품에 유입되어 단락 등의 안전사고를 일으키는 것을 방지하기 위해 공작기계의 전기 부품을 적절히 보호해야 합니다.

고속 가공을 위해 고속 전기 스핀들을 채택하는 흑연 고속 가공 센터는 공작기계의 진동을 줄이기 위해 저중심 구조를 설계해야 합니다. 이송 메커니즘은 주로 고속 고정밀 볼 스크류 구동 방식을 채택하고, 집진 장치를 설계합니다[7]. 흑연 고속 가공 센터의 스핀들 속도는 일반적으로 10,000~60,000r/min이고, 이송 속도는 최대 60m/min까지 가능하며, 가공 벽 두께는 0.2mm 미만으로 가공할 수 있습니다. 따라서 부품의 표면 가공 품질과 가공 정밀도가 높아 현재 고효율 고정밀 흑연 가공을 달성하는 주요 방법입니다.

흑연 소재의 광범위한 적용과 고속 흑연 가공 기술의 발전으로 국내외 고성능 흑연 가공 장비가 점차 증가하고 있다. 그림 1은 국내외 제조업체들이 생산하는 고속 흑연 가공 센터를 보여준다.

OKK의 GR400은 저중심 및 브리지 구조 설계를 채택하여 공작기계의 기계적 진동을 최소화하고, C3 정밀 스크류 및 롤러 가이드를 사용하여 공작기계의 높은 가속도를 확보하고 가공 시간을 단축합니다. 또한, 상부 커버의 완전 밀폐형 판금 설계로 흑연 분진 유입을 방지합니다. Haicheng VMC-7G1은 일반적인 진공 방식이 아닌 워터 커튼 밀봉 방식을 채택했으며, 특수 분진 분리 장치를 설치했습니다. 가이드 레일 및 스크류 로드와 같은 이동 부품에는 보호 덮개와 강력한 스크래핑 장치를 장착하여 공작기계의 장기적인 안정적인 작동을 보장합니다.

표 1의 흑연 고속 가공 센터 사양에서 볼 수 있듯이, 공작기계의 스핀들 속도와 이송 속도가 매우 빠른데, 이는 흑연 고속 가공의 특징입니다. 해외와 비교했을 때, 국내 흑연 가공 센터는 공작기계 사양 면에서 큰 차이가 없습니다. 공작기계 조립, 기술 및 설계상의 문제로 가공 정밀도가 상대적으로 낮습니다. 제조 산업에서 흑연의 사용이 보편화됨에 따라 흑연 고속 가공 센터에 대한 관심이 점점 높아지고 있습니다. 고성능, 고효율 흑연 가공 센터를 설계 및 제작하고, 최적화된 가공 기술을 적용하여 흑연 가공 센터의 특성과 성능을 최대한 활용함으로써 흑연 가공 효율과 부품 품질을 향상시키는 것은 우리나라의 흑연 절삭 가공 기술 발전에 매우 중요합니다.

요약하자면

본 논문은 흑연의 특성, 절삭 공정 및 흑연 고속 가공 센터의 구조 측면에서 흑연 가공 공정을 주로 다룹니다. 공작기계 기술과 공구 기술의 지속적인 발전에 따라 흑연 고속 가공 기술은 절삭 시험 및 실제 적용을 통한 심층적인 연구를 통해 이론 및 실질적 흑연 가공 기술 수준을 향상시켜야 합니다.