엔드밀 종류와 용도 등

[구름치기]

절삭공구.hwp

엔드밀 종류와 용도    

1. 엔드밀의 구조         

2. 날부의 종류

3. 엔드밀의 올바른 선택

경제적이며 효율적인 엔드밀 가공을 위해서는 피삭재의 형상, 가공능률, 가공정도 등을 고려하여 적당한 엔드밀을 선택 사용하여야 하며, 엔드밀의 직경, 날수, 날길이, 비틀림각, 재질 등이 중요한 요소로 고려되어야 한다.

1) 공구재료 

일반 구조용강부터 비철금속, 주철의 절삭까지 주로 고속도강(HSS)이 많이 쓰이며, HSS중에서도 마모성을 향상시키기 위하여 COBALT를 8% 함유한 HSS(SKH59 상당)가 많이 생산되고 있다. 보다 고능률 가공과 오랜수명의 절삭가공을 위해서는 코팅엔드밀, 분말HSS엔드밀, 초경엔드밀을 사용한다.

KS

ANSI

주요화학성분

특성비교

용도

표준제품 시리즈

C

W

Mo

Cr

V

Co

내마모성

적열경도

인성

연삭성

SKH51

M2

0.85

6.00

5.00

4.00

2.00

-

인성을 필요로 하는 절삭공구

ORS

SKH59

M42

1.10

1.50

9.50

3.75

1.15

8.00

난삭재용

C-ORSC -YSC

분말 고속도 공구강

피연삭성이 우수  내마모성이 필요한 난삭재용 절삭공구

P-ORC

초미립자 초경 합금

내마모성 내열성이 필요한 고경도  절삭용공구

T-ORC

2) 날수

엔드밀의 성능을 좌우하는 중요한 요인이며 2날은 칩포켓이 커서 칩배출은 양호하나, 공구의 단면적이 좁아 강성이 저하됩니다. (주로 홈절삭에 사용)4날은 칩포켓이 작아 칩배출 능력은 적으나, 공구의 단면적이 넓어 강성이 보강됩니다.(주로 측면 절삭에 사용)

3) 날길이 

날 길이를 짧게 해서 작업하면 공구의 수명은 증대됩니다. 엔드밀의 돌출길이는 엔드밀의 강성에
직접적인 영향을 미치며 필요 이상으로 길게 작업하는 것을 삼가 하십시오.

【 엔드밀 날수의 선택조건 】
조건구분	특성항목		2날	4날	조건구분	특성항목	2날	4날
공구의강도	비틀림강성		○	◎	칩의정리	칩막힘	◎	○
	곡면강성		○	◎		칩배출	◎	○
가공면정도	표면정도		○	◎	구멍가공	진위치	◎	○
	가공면검사		○	◎		가공면정도	◎	○
수명  SM50C(HB200) ~  STD11(HB320)	1날 이송일정(mm/min)	마모수명	○	◎		구멍확대	◎	○
		파손수명	○	◎	홈절삭	칩의배출	◎	○
	능률일정(mm/min)	마모수명	○	◎		홈 확대.편심	◎	○
		파손수명	○	◎		키-홈절삭	◎	○
절삭량	피니쉬절삭		○	◎	측면절삭	가공면정도	○	◎
	경절삭		○	◎		미소진동	◎	○
	중절삭		○	◎	피삭재재질	합금강	○	◎
재연삭	옆면연삭		◎	○		주철	○	◎
	밑날연삭		◎	○		비철	◎	○
형상수정	볼형상,테이퍼형상		◎	○		난삭재(고경도재 함유)	○	◎
* 3날은 2,4날의 중간성격임    ◎:우수   ○:양호

4) 비틀림각

저 비틀림각(15도), 표준 비틀림각(30도), 고 비틀림각(50도) 등 3가지로 분류하며 각각의 특성에 따라 다양하게 사용됩니다. 30도 부근의 표준형태는 광범위하게 사용할 수 있고, 비틀림각이 15도 부근은 키홈용 엔드밀에 적용되며, 50도 부근의 고 비틀림각은 특수용도에 쓰이는 하이헤릭스 엔드밀입니다. 

비틀림각의 구분	절삭저항			가공면정도		수   명			재연삭
	절삭토크	굽힘 저항	수직 분력	표면 조도	축선의경사	옆날 여유면	외경 마모량	파손	옆날 여유면	밑날
저 비틀림각(≒15˚)	△	△	○	△	○	△	X	△	○	○
중 비틀림각(≒30˚	○	○	△	○	△	○	△	○	○	○
고 비틀림각(≒50˚)	○	○	X	○	△	△	○	△	△	△
* 엔드밀의 사용기준으로 판단할 때     ○:우수  △:양호  ×:가능

4. 표면처리 종류 및 특징  

호모처리(stream oxidsing)

  
호모처리는 500~550℃의 수증기 속에서 30~60분 가열하여 제품 표면에 Fe3O4를 생성시키는 일종의
산화처리기법으로 수증기처리라고도 부른다. 산화피막의 두께는 1-3㎛의 범위로 사용되고 있다.
이 피막의 다공질에 의해 절삭유나 윤활유가 유지되어 마찰열의 발생을 적게 하고 용착을 방지한다.
따라서, 용착이 발생하기 쉽고 질긴 피삭재나 깊은 구멍 및 고속절삭용 공구의 수명을 연장하기 위한
표면처리 방식으로 많이 사용되고 있다.

질화처리(nitriding)

  
암모니아 가스에 의한 기체질화법과 시안염욕에 의한 액체질화법이 사용되며 표면이 매끄러워 내결
손성에 우수하고 안정된 표면경도와 완만한 경도사면의 질화층이 얻어진다. 이 처리에 의해 표면의 경도
고온경도, 내마모성이 향상되고 또 마찰계수가 감소되기 때문에 공구의 절삭성이 개선됩니다.
질화처리 공구의 내구성은 무처리공구의 몇 배로 향상된다. 특히 날끝 마모가 현저한 주철, 다이케스트
열경화성수지 등의 쇳밥에 유효하다. 질화층이 매우 단단하기 때문에 날홈이나 부러짐이 생기기 쉽고
막힌 구멍용 탭이나 세물탭등에는 충분한 주의가 필요하다.

Tin 코팅

  
TiN코팅에는 화학적 증착법(CVD)과 물리적 증착법(PVD)이 있다. 물리적 증착법의 일종인
이온플레이팅법은 처리온도가 낮기 때문에(550℃이하) 모재의 조직변화를 일으키지 않고 또 피복할
금속입자를 이온화하고 플러스의 전하를 주어서 가속시키며 모재의 표면에 꽂히듯이 밀착시키기
때문에 정착강도가 크고 내박리성이 우수하다. TiN은 고속도강에 비해 3배 가까이 단단하고 마찰계수는
반 정도이며 또 다른 물질과 반응하기 어렵기 때문에 이것을 1~2㎛ 코팅한 공구는 내마모성, 내용착성이 우수하고 절삭속도를 고속 측으로 선정할 수 있으며 긴 수명이 얻어진다

5. 엔드밀의 절삭조건  

회전수(N) 

  
적절한 회전수와 이송속도는 공구수명, 가공면 정도, 가공능률에 중대한 영향을 미치며 엔드밀이 충분한 성능을 발휘할 수 있게 합니다. 공구의 파손 및 급격한 마모로 인한 수면단축, 가공능률 저하, 가공면
조도가 불량시 절삭조건을 적절하게 변경하여 적용한다.

	N:회전수
	V:절삭속도(m/min)
	D:엔드밀의 직경(mm)

※ 건식절삭의 경우 계산치의 70%로 하향조정하여 적용한다.

【 절삭속도는 공구의 재질과 피삭재, 절입량에 따라서 결정되며 다음 표와 같다.】
피삭재	경도	절삭속도 : V(m/min)
		HSS	분말 HSS	코팅 HSS	초  경
일반구조용 강 SS41	~HB 175	30 ~ 35	30 ~35	35 ~ 45	45 ~ 50
주             철 FC25	~HB 180	30 ~ 40	30 ~ 40	40 ~ 50	45 ~ 60
스텐레스강 SUS304	~HB 187	20 ~ 25	20 ~ 29	30 ~ 40	30 ~ 40
탄소강 SM50C	~HB 225	25 ~ 30	25 ~ 30	30 ~ 40	35 ~ 45
합금강 SCM,SNC	~HB 275	15 ~ 20	15 ~ 20	20 ~ 30	20 ~ 30
합금공구강 STD	~HB 325	10 ~ 15	10 ~ 15	15 ~ 25	15 ~ 25
다이스강 내열합금	-	8 ~ 12	8 ~ 12	15 ~ 20	15 ~ 20
동,알루미늄 합금압연재합금주물	-	60 ~ 80	60 ~ 80	80 ~ 120	60 ~ 140
고 경 도 재	HRC40 ~	~ 5	~ 5	~ 10	~ 10

이송속도(F)

가공능력에 절대적 영향을 미치는 이송속도는 잇날 한개당 이송량에 의하여 결정된다.

F = ftZN

F : 이동속도 ( mm/min ) Ft : 잇날 한 개당 이송량( mm/tooth ) Z: 날수 N : 회전수

【 1날 당 이송량 】
직 경	형태	STANDARD				ROUGHING
	길이	REGULAR		LONG		REGULAR		LONG
	날수	2		4		2		4
6		0.03	0.02	0.02	0.01	0.04	0.03	0.03	0.02
12		0.05	0.04	0.04	0.03	0.07	0.05	0.05	0.04
20		0.09	0.07	0.08	0.06	0.12	0.10	0.10	0.08

절입량

엔드밀의 절삭깊이는 축방향의 절삭깊이를 d, 직경방향의 절삭폭은W, 그리고 엔드밀의 직경은 D로 나타냅니다.축방향의 깊이는홈절삭의 경우 d=0.15D 이하, 측면절삭의 경우는 d=0.15 D2로 합니다. (한국OSG 기술자료)
	그러나 이는 일반적인 사항으로서 엔드밀이 쇼트(short)형이나, 난삭재용 또는 중절삭용인 때와 가공물의 재질이 비교적 절삭이 쉬운 알루미늄이나 연강인 경우는 이보다 더 깊이하여도 됩니다.일반적으로 축방향의 깊이'd'가 너무 깊으면 진동이 발생하여 가공면의 표면조도가 나빠지므로, 적당한 가공 깊이를 선택하여야 합니다.

  상향절삭과 하향절삭의 차이점 

【 상향절삭과 하향절삭의 차이점 】
비 교 대 상
이송나사의 백래쉬	절삭에 큰 영향이 없음	백래쉬를 완전히 제거해야 함
기계부착방식의 강성	강성이 낮아도 무방함	작업시 충격이 크므로 높은 강성이 필요
공작물의 부착	상향으로 힘이 작용하여 공작물을  들어 올리는 형태이므로 불리함	하향으로 힘이 작용하여 공작물을 누르는  형태여서 유리하나 완전히 장착해 놓지  않으면 충격력으로 이탈되는 경우가 있음
인선의 수명	절입시 마찰열로 후랭크 마모가 빨라  수명이 짧음	상향에 비하여 수명이 김
구성인선의 영향	비교적 적음	구성인선의 피니쉬면에 직접 영향을 미치는  경우가 있음
마 찰 저 항	절입시의 마찰저항이 커서 아바  (arbor)를 위로 들어 올리는 힘이 큼	절입시 마찰력은 적으나 하향으로  큰 충격력이 작용함
피 니 쉬 면	광택면은 좋게 보이나, 상향의 힘에  의한 회전저항이 생겨 전체적으로  하향절삭 보다 떨어짐	표면에 광택은 없으나 저속의 이송에서는  회전저항이 생기지 않아 매끄럽고  고른면이 됨. 이론면에서는 상향절삭보다  떨어지나, 아바(arbor)의 들어올림이 적어  실제로는 상향절삭보다 피니쉬면이 더 좋음.  연질재의 경우 구성인선의 영향으로  피니쉬면이 나쁘게 됨.
절 삭 조 건	-	상향절삭보다 절삭속도, 이송속도를  더 올릴 수 있음. 중절삭 가능.

=================== 한국 osg 자료 ===================================================

엔드밀이란?

KS B0137 용어 설명을 보면 "외주면 및 끝면에 절삭날을 갖는 생크타입 밀링 커터"라고 정의되는데, 다시 말하면 외주날로 가공물의 측면을 깎고, 끝면의 절삭날, 즉 바닥날로 가공물의 윗면을 깎을 수 있는 공구이다.

1) 외경 : 엔드밀 절삭날의 가장 큰 부분의 직경
2) 날길이 : 날장이라고도 하는 절삭날의 길이
3) 생크경 (자루경) : 자루부의 직경
4) 전장 : 날끝에서 생크(자루)끝까지의 거리
5) 외주경사각 : 외주날의 경사면이 축선이라 생각되는 각도
6) 외주 2번각 : 외주날의 첫번째 도피각
7) 외주 3번각 : 외주날의 두번째 도피각
8) 바닥날 : 엔드밀의 단면날
9) 바닥날 2번각 : 바닥날의 첫번째 도피각
10) 바닥날 3번각 : 바닥날의 두번째 도피각
11) 칩룸 (칩포켓) : 절삭가공 중에 발생하는 칩을 배출하고 수납하는 공간
12) 갓슈 : 바닥날의 칩룸
13) 비틀림각 : 홈의 비틀어진 각도

1) 공구의 형상

(1) 스퀘어 엔드 (평엔드밀) : 가장 일반적인 형태로 바닥이 평평함
(2) 볼엔드 : 금형가공 등에 많이 사용되며 바닥이 둥글게 되어 있음
(3) 레디어스 엔드 : 날끝부분이 둥글게 되어 있음
(4) 기타 : 펜슬넥, 라핑, 테이퍼, 테이퍼 코너 등

2) 공구재종

(1) 하이스 엔드밀 : 범용의 공구재질로 널리 사용됨

    ① 용해 하이스 엔드밀 (코발트 하이스 엔드밀) : 내열성이 우수한 코발트 8~10% 함유
    ② CPM 엔드밀 : 내마모성을 향상시킨 엔드밀
    ③ XPM 엔드밀 : 난삭재의 가공에 유리하며 하이스 엔드밀중 경도가 가장 높음

(2) 초경 엔드밀 : 경도가 높아 내마모성이 좋고, 고온경도도 높아 내열성도 우수

(3) 써멧 엔드밀 : 인성은 약하지만 내용착성, 내마모성이 우수하여 고속 경절삭에 유리

(4) CBN 엔드밀 : 내마모성과 내열성이 우수한 CBN 팁을 브레이징 한 것

(5) 다이아몬드 엔드밀 : 비철금속이나 알루미늄 합금, 동합금, 수지류에 적용

3) 날수

- 날수는 엔드밀의 성능을 좌우하는 중요한 요소로 일반적으로 날수가 적은 것은 칩룸이 크고 칩의 배출을 좋으나 반면에 공구의 단면적은 적고 강성이 떨어지므로 절삭중에 휨이 생길 가능성이 많다.
반대로 날수가 많으면 공구의 단면적이 증가하고 강성이 증대되지만 칩배출이 어렵게 된다.

4) 날길이의 영향

날길이는 짧을수록 공구강성이 증대하고
절삭성능도 향상

δ= P ·L^3 / 3 E ·I

여기에서

δ : 엔드밀의 휨량
P : 절삭저항
L : 엔드밀의 돌출길이
E : 엔드밀의 종탄성계수
I : 단면의 2차 모멘트 (I = πD^4 / 64 )
    (D : 엔드밀의 상당환봉직경)

5) 홈 비틀림각

(1) 절삭저항은 비틀림각의 증가와 함께 감소
(2) 축방향의 절삭저항은 비틀림각에 거의 비례하여 증가
(3) 비틀림각이 작으면 적은 마모량에도 절삭성이 저하되거나 진동이 발생

6) 코팅

	비커스경도	마찰계수	코팅두께(㎛)	최대온도 (℃)
TiN	2300	0.4	1~4	600
TiCN	3000	0.4	1~4	400
WC/C	1000	0.2	1~4	300
CrN	1750	0.5	1~4/10	700
다층 TiAlN	3000	0.4	1~5	800
TiAlN	3500	0.4	1~3	800
Diamond	8000 이상		6~30

1) 회전수

(1) 회전속도와 절삭속도(주속)의 관계

V = π · D · N / 1000 (m/min)

여기서
V : 절삭속도
D : 엔드밀의 외경 (mm)
N : 회전수 (rpm)


(2) 절삭속도의 결정요인

① 엔드밀의 종류 및 재질
② 엔드밀의 외경
③ 피삭재 (경도, 피삭성)
④ 사용기계와 홀더의 강성
⑤ 가공물의 형상
⑥ 가공정도
⑦ 절입량
⑧ 절삭유의 종류

2) 이송속도

테이블의 이송속도가 빠르면 가공능률이 향상되지만 그만큼 공구의 수명도 짧아지게 되므로 적절한 이송속도가 요구되며 결정조건은 회전수와 유사하다.

fz = F / Z · N : 한날당 이송량 (mm/tooth)
fr = F / N = fz · Z : 1회전당 이송량 (mm/rev)

여기서

F : 테이블 이송속도 (mm/min)
Z : 날수
N : 회전속도 (rpm)

공구수명이나 가공정도를 고려하는 경우, 일반 엔드밀은 한날당 이송속도, 라핑엔드밀이나 니크가 붙은 엔드밀에 의한 중절삭용 에드밀에는 1회전당 이송속도를 기준으로 한다.

3) 절입량

2날 엔드밀의 경우는 공구직경 1/2 정도의 절삭깊이, 4날인 경우는 1/4 정도의 절삭깊이로 홈을 가공한다.
상세한 내용은 절삭가공 조건표 참조

4) 절삭유

(1) 절삭유의 작용

① 냉각작용 : 절삭열 제거
② 세정작용 : 칩을 씻어냄
③ 윤활작용 : 가공면과 마찰을 줄임
④ 방청작용 : 엔드밀의 녹을 방지

(2) 종류 : 수용성 / 불수용성 절삭유가 있다. 상세한 내용은 절삭가공 조건표 참조

문제	원인	대책
날 이 빠짐	이송속도가 빠름 절입시의 이송 빠름 기계, 척의 강성 부족 척의 죔 부족 날끝각이 너무 작음 가공물의 고정강성 부족 엔드밀의 강성 부족 상향절삭 절삭유제의 급유	이송속도 낮춤 절입시 이송 줄이기 절삭조건 변경 공구 척킹을 확실히 확인 여유각,경사가 줄이고 마진 넣기 고정강성 높이기 날길이 짧은 것 사용 하향절삭 검토 절삭조건 변경 또는 건식절삭
급격한 마모	칩의 감김 1날당 이송 지나치게 적음 상향절삭 절삭속도 부적당 외주경사각 부적당 절삭유제의 급유	날당 이송 변경하고 에어로 불기 1날당 이송량 증가 하향절삭검토 절삭속도 변경 적정경사각으로 수정 절삭조건의 변경 또는 건식절삭
절삭중의 파손	이송속도 빠름 절입 큼 돌출량 과대 절삭날 파손 큼	이송속도 낮춤 절입을 줄임 엔드밀을 짧게 척킹 조기에 재연삭
절삭성 불량	절삭날 마모 큼 특수 피삭재	조기에 재연삭 외주경사각 변경
절삭중의 떨림, 진동	절삭속도, 이송속도 빠름 기계, 척의 강성 부족 외주이번각 큼 공작물 세팅 강성 부족	절삭조건 변경 절삭조건 변경 외주이번각을 줄이고 마진주기 공작물을 확실히 세팅
칩의 차임	절삭량이 많음 칩룸 적음	이송속도, 절입량 조정 날수 적은 엔드밀 사용
표면조도 불량	이송속도가 빠름 절삭속도가 느림 절삭날 마모 큼 칩의 감김	이송속도 낮춤 절삭속도를 높임 조기에 재연삭 절입을 줄이고 에어로 불기
절삭면의 기울어짐	이송속도 빠름 절입큼 척 밖으로 나온 부분 과다	이송속도 낮춤 절입을 줄임 엔드밀을 짧게 척킹
사상치수 정도 불량	절삭조건 과대 기계, 척의 정도불량 기계, 척의 강성부족 날수가 적음	절삭조건 낮춤 기계, 척의 수리 절삭조건 변경 날수가 많은 것 사용
사상면의 지느러미 발생	외주이번각 큼 외주이번의 환경마모 큼 절삭조건의 부적당 외주경사각의 부적당	조기에 재연삭 실시 조기에 재연삭 실시 절삭조건 변경 적정한 경사각으로 수정

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