티타늄 합금 가공의 어려움과 해결 방법을 알아보자

티타늄의 물리적 특징

티타늄 합금은 높은 강도와 경도, 낮은 열전도율로 인해 가공하기 어려운 재료로 알려져 있습니다. 가공 과정에서 티타늄 합금은 다음과 같은 복잡한 물리적 현상을 보입니다:

1. 높은 절삭력과 열 축적

티타늄 합금 가공 시 절삭력은 동일한 경도의 강철보다 약간 높지만, 열전도율이 강철의 1/7, 알루미늄의 1/16에 불과합니다. 따라서 절단 중 발생하는 열이 공작물로 빠르게 전달되지 않고 절삭 영역에 축적됩니다. 이로 인해 절삭 공구의 절삭날이 마모되고 균열이 발생하며 구성인선이 생성됩니다. 절단 영역에 축적된 열은 공구 수명을 단축시키고, 공구 마모로 인해 더 많은 열이 발생하여 악순환이 반복됩니다.

2. 가공 경화와 표면 무결성 손상

절단 과정에서 발생하는 고온은 티타늄 합금 부품의 표면 무결성을 손상시키고 기하학적 정확도를 저하시키며 피로 강도를 감소시킵니다. 이는 가공 경화 현상을 초래하며, 부품의 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.

3. 탄성 변형과 진동

티타늄 합금의 높은 탄성은 절삭 공정 중 가공물의 탄성 변형을 유발하여 진동의 주요 원인이 됩니다. 절단 압력으로 인해 "탄성" 가공물이 공구에서 멀어지고 반동하게 되어 마찰이 절단 작용보다 더 커집니다. 이로 인해 열이 발생하고, 티타늄 합금의 열전도율 문제를 악화시킵니다. 얇은 벽이나 링 모양의 부품 가공 시 이러한 문제가 더욱 심각해집니다.

티타늄 합금 가공 노하우

티타늄 합금의 가공 메커니즘을 이해하고 과거 경험을 바탕으로 한 주요 공정 노하우는 다음과 같습니다:

1. 포지티브 각도 형상의 인서트 사용

절삭력, 절삭 열 및 공작물 변형을 줄이기 위해 포지티브 각도 형상의 인서트를 사용해야 합니다.

2. 일정한 이송 유지

공작물의 경화를 방지하기 위해 절삭 공정 중에는 공구가 항상 이송 상태에 있어야 합니다. 밀링 시 반경 방향 절삭량은 반경의 30%를 유지해야 합니다.

3. 고압 및 고유량 절삭유 사용

가공 공정의 열 안정성을 보장하고 과도한 온도로 인한 공작물 표면 변질 및 공구 손상을 방지하기 위해 고압 및 고유량 절삭유를 사용해야 합니다.

4. 날카로운 칼날 유지

무딘 공구는 열 축적과 마모의 원인이 되어 쉽게 공구 고장을 일으킬 수 있으므로, 칼날을 날카롭게 유지해야 합니다.

5. 가장 부드러운 상태에서 가공

담금질 후 재료 가공이 더 어려워지므로 가능한 가장 부드러운 상태에서 티타늄 합금을 가공해야 합니다.

6. 큰 공구 끝 원호 반경 사용

가능한 한 많은 공구 가장자리를 절단에 삽입하여 절삭력과 발열을 줄이고 국부적인 파손을 방지해야 합니다.

티타늄 가공 문제 해결: 블레이드와 공구 구조

티타늄 합금을 가공할 때 발생하는 날 홈 마모는 절삭 깊이 방향을 따라 앞뒤면의 국부적인 마모입니다. 이는 이전 가공에서 남겨진 경화층과 800도를 초과하는 가공 온도에서 공구와 피삭재 사이의 화학 반응 및 확산에 기인합니다. 가공 공정 중에는 고압 및 고온에서 티타늄 분자가 블레이드에 "용접"되어 구성인선을 형성합니다. 이 구성인선이 절삭인선에서 벗겨지면 인서트의 초경 코팅도 함께 벗겨져 공구의 성능이 저하됩니다.

따라서 티타늄 합금 가공에는 특수한 인서트 재질과 형상이 필요합니다. 열을 빠르게 제거하기 위해서는 다량의 고압 절삭유를 절삭날에 신속하고 정확하게 분사할 수 있는 독특한 구조의 밀링 커터가 필요합니다. 시중에는 티타늄 합금 가공을 위한 특수 밀링 커터가 있으며, 이러한 공구를 사용함으로써 가공의 효율성과 품질을 높일 수 있습니다.