복합재 CNC 가공
CNC 가공은 다양한 재료를 가공할 수 있기 때문에 제조 산업 전반에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다. CNC 가공을 통해 3D 모델에 따라 다양한 재료로 정밀한 부품을 제작할 수 있습니다.
CNC 가공 프로젝트에 사용되는 일반적인 재료로는 금속 및 합금, 플라스틱, 복합재료 등이 있습니다. 재료 트렌드를 분석해 보면, 금속과 플라스틱 다음으로 복합재료가 CNC 가공 프로젝트에서 가장 많이 사용되는 재료입니다. 이 글에서는 복합재료의 CNC 가공에 대해 다룹니다. 복합재료의 특성, 복합재료 가공 환경, 응용 분야 등 다양한 내용을 다룹니다.
관련 : CNC 가공용 공통 재료
복합재료란 무엇인가요?
복합재료는 서로 다른 물성을 가진 두 가지 이상의 재료를 결합하여 만든 재료입니다. 물리적, 기계적 특성이 뚜렷하게 다른 재료들을 결합하면 독특한 물성을 지닌 새로운 재료가 만들어집니다(Ngo, 2020).
복합재료 = 기본 재료(매트릭스) + 섬유(보강재)
하지만 필요한 특성을 맞춤화하고 더 나은 결과를 얻기 위해 다른 첨가제와 충전제가 포함될 수도 있습니다. 표면 마무리.
복합 탄소 섬유
서로 다른 종류의 금속을 결합하는 기본적인 목적은 강도, 강성, 내열성 및 기타 특성을 향상시키는 것과 관련이 있습니다.
예를 들어, 세라믹과 주철 내열성과 강도가 향상되며, 이러한 조합으로 생성된 새로운 소재는 여러 면에서 기존 소재보다 우수할 것입니다.
CNC 가공에 자주 사용되는 복합재료에는 네 가지 유형이 있습니다.
- 목재 복합재: 합판
- 강화 플라스틱: 탄소 섬유, 유리 섬유, 섬유 강화 플라스틱 등
- 금속 기지 복합재료: 연속 섬유, 탄화규소, 흑연 등
- 세라믹 매트릭스 복합재료: 알루미나, 멀라이트 또는 알루미나, 실리카, 칼슘-알루미나 등.
복합재료의 특성은 무엇인가요?
복합재료는 내식성, 높은 강도 대 무게비, 레이더 투과성, 비자성, 간편한 유지보수, 내구성, 부품 통합, 치수 균일성, 맞춤형 표면 처리 등 다양한 특성을 제공합니다. 이제 주요 특성들을 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.
- 높은 기계적 강도
복합재료의 무게를 고려해 보면, 이 소재들은 매우 강력합니다. 탄소섬유를 예로 들면, 일반 강철보다 네 배나 더 강합니다. 하지만 특정 복합재료의 강도는 구성 재료에 따라 크게 달라집니다.
- 내화성 및 난연성
세라믹 및 이와 유사한 복합 재료는 내화성이 매우 뛰어납니다. 복합 재료에 첨가되는 삼산화안티몬과 같은 첨가제는 화재 발생 시 이산화탄소를 생성하여 연소를 멈춥니다. 또한, 이러한 첨가제는 발화 후 경화에도 도움이 됩니다.
- 내 충격성
다양한 재료를 혼합하여 만든 복합재료는 충격과 강한 충격력에 매우 강합니다. 기계적 특성을 손상시키거나 파손되지 않고 재료에 가해지는 급격한 충격을 견딜 수 있습니다.
- 내화학성
복합재료는 다양한 산, 알칼리 및 기타 화학 물질의 침투를 견딜 뿐만 아니라 뛰어난 내후성을 지닙니다. 이러한 특성은 주로 제조 공정에 사용되는 수지에 따라 결정됩니다. 결과적으로 복합재료는 화학 물질 저장 시설, 파이프라인, 깔때기, 덕트, 압력 용기 및 자동차 차체 제작에 활용됩니다.
- 전기 절연
복합재료는 고전압 전기 에너지에도 타거나 손상되지 않는 우수한 전기 절연체입니다. 적용 사례를 살펴보면, 용광로, 산업용 경화 장비 등 난방 시스템에 사용되는 대부분의 전기 절연재에 복합재료가 사용되고 있음을 알 수 있습니다.
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복합재료를 이용한 CNC 가공 공정
CNC 가공을 이용한 복합재료 가공은 금속, 합금, 플라스틱 가공과는 다릅니다. 강화 요소로 인해 마모성이 매우 높으며, 이방성 및 비균질 구조로 인해 가공이 어렵습니다.
따라서 3D 모델을 가공 대상물과 절삭 공구에 손상을 주지 않고 기능성 복합 부품으로 변환하기 위해서는 다양한 가공 환경을 고려하는 것이 매우 중요합니다.
- 재료의 구성
특정 복합재료의 특성(가공성 포함)은 구성 재료에 따라 달라지므로, 복합재료 가공물을 가공하기 전에 이러한 구성 재료를 알아야 합니다. 복합재료에 어떤 금속, 플라스틱, 세라믹 또는 첨가제가 포함되어 있는지, 그리고 이러한 구성 재료의 원래 특성은 무엇인지 파악해야 합니다.
- 공구 재료
의 재질 절단 도구 공구의 수명에 영향을 미칩니다. 적절한 공구 재질을 선택하는 것은 공작물의 물리적 손상과 공구 마모를 방지하는 데 필수적입니다. 일반적인 탄소강 또는 초경 공구도 복합재료를 가공할 수 있지만, 마모가 심하기 때문에 자주 교체해야 합니다. 마모 그리고 이는 가공 정확도에 영향을 미칩니다.
이러한 문제를 예방하고 생산 정밀도를 확보하는 최적의 기술은 베인드 다이아몬드 공구를 사용하는 것입니다. 다결정 다이아몬드(PCD) 팁은 복합 재료를 밀링 및 선삭할 때 우수한 결과를 제공할 수 있습니다.
- 공구의 기하학적 형상을 고려하십시오.
복합재료 가공 시 발생하는 또 다른 문제점은 공작물에 칩이 달라붙는 것인데, 이는 날카로운 공구를 사용함으로써 방지할 수 있습니다. 또한, 양의 경사각이 큰 공구를 사용하면 열 발생을 최소화하면서 깔끔하고 정밀한 절삭이 가능합니다.
- 트리밍용 나선형 절단기.
- 슬로팅 및 포켓 가공용 엔드밀.
- 드릴링 및 모따기용 다이아몬드 드릴(개조된 브래드 포인트 포함).
- 완벽한 공구 고정을 보장하십시오
복합재 CNC 가공에서 공구 이탈 위험을 방지하려면 공구 홀더 또한 매우 중요합니다. 유압식 척과 고정 노브를 사용하는 것이 가공 장치의 균형을 유지하는 데 도움이 되므로 권장됩니다.
- 적절한 냉각수 사용
CNC 기술로 복합재를 가공할 때 공작물에 칩이 달라붙는 것은 흔한 현상입니다. 칩은 열을 발생시켜 공구를 손상시킬 수 있으므로, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 적절한 냉각제를 사용하는 것이 필수적입니다.
물이나 오일과 같은 일반적인 냉각제는 열을 발산할 수 있지만, 가공물이 이러한 냉각제를 흡수하여 팽창하는 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 윤활유나 에어건을 냉각제로 사용하는 것이 가장 좋습니다. 또 다른 해결책은 CNC 기계에 극저온 냉각 시스템을 설치하는 것입니다.
- 일반적인 분쇄 방식을 선호합니다.
더 나은 표면 마감과 공구 수명 연장을 위해 복합재 공작물을 공구 회전 방향으로 이송하십시오. 컨벤셔널 밀링이를 통해 최대 절삭 깊이를 확보하고, 날 길이 전체를 활용하며, 안정성을 유지할 수 있습니다.
또한 공구가 공작물에 완전히 밀착되어 휘어짐이 없는지 확인하십시오.
- 절삭 속도 및 이송 속도
적절한 절삭 속도와 이송 속도가 없으면 복합재료 가공은 어려울 수 있습니다. 가공을 더 쉽고 효율적으로 하려면 높은 절삭 속도와 이송 속도를 사용하는 것이 좋습니다.
- 절삭 속도: 550~760미터/분 또는 0.076~4.57mm/날
- 스핀들 속도: 15000RPM 이상
출처: (복합재료 가공: 공구 수명 및 부품 품질 향상을 위한 10가지 팁, 2019)
또한, 이러한 매개변수는 특정 CNC 가공 공정 및 복합재 유형에 따라 변경해야 합니다. 예를 들어, 복합재가 너무 단단한 경우 스핀들 속도를 3분의 1로 줄여야 하며, 드릴링의 경우에는 그보다 더 줄여야 합니다.
복합재료 CNC 가공의 장점 및 단점
복합재료를 가공하여 기능성 부품을 제작하는 것은 다양한 이점을 제공합니다. 최종 용도에 필요한 특성에 따라 맞춤 제작이 가능합니다. 이러한 부품들은 다음과 같은 특징을 가집니다: 복잡한 형상을 경쟁력 있는 가격으로 제작할 수 있습니다. 높은 치수 정확도를 가지고 있습니다.
하지만 복합재료를 다루는 것은 특수한 도구와 다양한 가공 환경이 필요하기 때문에 어려울 수 있습니다.
복합재료 CNC 가공의 응용 분야
CNC 가공 복합 부품
이 글에서 이미 다양한 복합재료의 특성을 다루었으므로, 복합재료를 기능성 부품 및 제품으로 변환하는 것의 이점을 잘 알고 계실 것입니다.
복합재 CNC 가공의 응용 분야에 대해 좀 더 자세히 알아보겠습니다.
| 업종 | 어플리케이션 |
| 우주항공 | 날개, 동체, 격벽, 태양광 반사판, 엔진실 문, 터빈 블레이드, 팬 블레이드, 로터 샤프트 등 |
| 자동차 | 패널, 프레임, 공기 흡입 매니폴드, 배터리 케이스, 범퍼, 내부 부품, 열 차폐막, 드라이브 샤프트, 섀시, 슬라이드 패널, 펜더 및 기타 부품. |
| 에너지 | 수소 저장 시스템, 풍력 터빈 부품, 건설: 문, 벽 패널, 지붕재, 창틀 등. |
| 석유 가스 | 석유 및 가스 정제소, 수처리 시설, 격자, 덕트, 후드, 펌프 캐비닛 등 |
| 방위산업 | 탄도학 및 무기 부품, 드론, 발사체, 군용 차량 차체, 잠수함 부품 등 |
| 전기전자 | 개폐 장치, 모터 제어 장치, 절연 스탠드오프, 제어 시스템 부품, 차단기, 아크 차폐 장치, 단자대, 단자판, 조명 부품 등. |
| 해군 | 선체, 격벽, 파이프 부속품, 내장재, 스크러버 등 다양한 제품들이 있습니다. |
| 스포츠 | 서핑보드, 탁구대, 테니스 라켓, 나무판, 낚싯대, 야구 방망이, 하키 스틱, 장대 자루 등 |
합산
복합재료는 다양한 분야에서 설계 유연성과 제조 경제성을 제공하는 다재다능한 엔지니어링 소재입니다. CNC 정밀 가공 다양한 유형의 복합재료는 가공성이 뛰어나 CNC 기술을 사용하여 복잡한 3D 모델을 기능성 부품으로 변환할 수 있습니다. 또한 탁월한 특성을 지니고 있어 최종 용도에 따라 물리적, 기계적, 화학적 특성을 맞춤화할 수 있는 가능성을 제공합니다.
복합재료를 정밀하게 가공하려면 공구 재질, 공구 형상, 공작물 고정 방식 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 프로젝트에 맞는 최적의 가공 기준을 선택하는 것이 어려울 수 있습니다. 하지만 걱정하지 마세요. 프로린테크 모든 불확실성을 해소하고 최상의 결과를 제공해 드릴 수 있습니다. 저희 전문가 엔지니어들이 프로젝트에 가장 적합한 형상과 변수를 찾아드리겠습니다.
더 읽기 : 아연 가공: 합금, 공정 및 응용 분야
FAQ's
CNC 가공에 일반적으로 사용되는 복합 재료는 무엇입니까?
CNC 가공에 가장 널리 사용되는 복합재료로는 금속 매트릭스 복합재료, 탄소 섬유, 세라믹, 강화 플라스틱, 섬유 강화 폴리머 및 유리 섬유가 있습니다.
복합재료가 인기 있는 엔지니어링 소재인 이유는 무엇일까요?
복합재료는 우수한 기계적 강도, 충격 저항성, 단열성, 전기 저항성, 내화학성 및 내후성, 난연성 등 다양한 특성을 제공하는 인기 있는 엔지니어링 소재입니다.
CNC 기계로 복합 재료를 가공하는 것이 쉬운가요?
일반적인 공구와 가공 환경으로는 복합재료를 가공하기 어려울 수 있지만, 여러 기준을 고려하면 충분히 가능합니다. 적절한 공구, 형상, 절삭 속도, 이송 속도, 그리고 최적의 냉각제를 선택하는 것이 가장 중요합니다.
복합재료 CNC 가공의 응용 분야는 무엇인가요?
CNC 가공 복합재 부품은 자동차, 항공우주, 건설, 해양, 에너지, 석유 및 가스, 전기, 전자, 스포츠 등 다양한 산업 분야에 적용 가능합니다.
서지
- (2019). 복합재 가공: 공구 수명 및 부품 품질 향상을 위한 10가지 팁. SANDVIK Coromart, https://www.sandvik.coromant.com/ 에서 확인하세요.
- Ngo, T. (2020). 복합재료 개론. 리서치 게이트.