스테인리스강 선삭
스테인리스강은 강도, 인성, 충격 저항성 및 내식성이 뛰어나 널리 사용되는 엔지니어링 소재입니다. 하지만 원자재인 스테인리스강을 기능성 제품으로 만들기 위해서는 기계 가공, 제작 및 기타 공정이 필요합니다.
다양한 스테인레스 스틸 가공 가공 공정 중 선삭은 축, 봉, 핀, 부싱 및 테이퍼 콘과 같은 원통형 부품에 사용되는 것으로 알려져 있습니다.
선삭 가공 시 각기 다른 거동을 보이는 스테인리스 합금이 많기 때문에, 결함 없는 부품을 생산하려면 가공성, 공구 호환성 및 기타 요소를 고려하는 것이 중요합니다.
이 글에서는 스테인리스강 선삭 가공의 다양한 측면, 즉 스테인리스강의 종류, 장점 및 가공 시 발생할 수 있는 문제점에 대해 논의합니다.
스테인리스강 선삭이란 무엇인가요?
테이퍼 선삭
선삭은 축대칭 형상(원통형, 원추형, 구형 등) 및 표면 형상을 제작하는 데 사용되는 CNC 가공 공정의 일종입니다. 경화 공구강을 포함한 모든 스테인리스강에 적용할 수 있습니다.
제조업체들은 선삭 작업에 CNC 선반 또는 터닝 센터를 사용합니다. 이러한 장비는 높은 가공 속도, 정밀한 품질, 우수한 표면 마감, 그리고 여러 배치에 걸쳐 반복 가능한 품질을 제공할 수 있습니다. 따라서 선삭 가공은 모든 생산량에 적용 가능한 기술적, 경제적 공정입니다.
" 선삭 작업에서, 주축대에 부착된 스테인리스강 공작물은 고속으로 회전하고, 공구대에 부착된 공구는 회전합니다. 세로 또는 가로 공작물의 모양을 만드는 방향."
일반적인 스테인리스강 선삭 가공 부품에는 변속기 샤프트, 유압 실린더, 연료 펌프 부품, 스터드 및 볼트, 부싱 등이 있습니다.
스테인리스강은 가공하기 어렵나요?
네, 스테인리스강은 다른 CNC 가공 재료에 비해 가공하기 어렵습니다. 하지만 인코넬이나 티타늄 합금처럼 아주 어려운 것은 아닙니다. CNC 가공을 통해 다양한 고성능 부품을 만들 수 있습니다.
따라서 정확한 가공성(또는 선삭 난이도)은 스테인리스강의 특정 등급에 따라 달라집니다. 예를 들어 SS 303 및 304는 PH 17-4 스테인리스강보다 가공이 더 쉽습니다.
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스테인리스강 선삭 공정
스테인리스강 선삭 가공은 여러 단계를 거치며, 각 단계는 신중하게 수행되어야 합니다. 먼저 원하는 부품에 대한 설계 도면을 작성하고, 프로그래밍, 설정, 선삭, 그리고 후처리 과정을 거칩니다.
각 단계를 간략하게 살펴보겠습니다.
- 공학 설계: 가공하려는 스테인리스 부품의 상세한 엔지니어링 설계도를 작성하십시오. 설계도에는 명확한 형상, 방향, 치수, 공차 및 기타 변수가 포함되어야 합니다.
- 재료 선택 : 용도에 맞는 적절한 가공 등급의 스테인리스강을 선택하십시오.
- 캠 프로그래밍: 제작한 디자인에 맞는 CAM 소프트웨어를 사용하여 CNC 프로그램을 생성하십시오.
- 기계 설정: 가공 재료를 고정하고 공구를 기계에 설치하십시오. 돌출부가 최소화된 홀더를 사용하는 것이 좋습니다.
- 터닝 작업: 기계를 작동시키고 모든 선삭 작업을 모니터링하십시오.
- 후 처리 : 필요에 따라 샌딩, 비드 블라스팅, 폴리싱, 코팅 또는 기타 작업을 수행하십시오.
CNC 선반 가공에 사용되는 스테인리스강의 종류는 무엇인가요?
오스테나이트계, 마르텐사이트계, 페라이트계, 석출경화형, 그리고 듀플렉스계는 다섯 가지 주요 합금 구조입니다. 스테인레스 스틸의 종류 CNC 선반 가공에 사용됩니다. 등급별로 살펴보면 303, 304, 316, 416, 430, PH 17-4가 널리 사용됩니다.
오스테나이트계 스테인리스강
오스테 나이트 계 스테인리스 강
오스테나이트계 스테인리스강은 비자성이며 크롬, 니켈, 망간을 주요 합금 원소로 포함하고 있으며 탄소는 매우 소량 함유되어 있습니다.
이 물질은 FCC 결정 구조인 오스테나이트라는 이름에서 유래되었으며, 이 구조는 뛰어난 연성과 우수한 인성을 제공합니다.
AISI 200 및 300 등급은 모두 오스테나이트계 스테인리스강에 속하지만, 가공에는 주로 303 및 316 등급이 많이 사용됩니다.
303 스테인레스 스틸 가공
다른 스테인리스강에 비해 가공성이 뛰어납니다. 실제로 303 스테인리스강은 모든 선삭 작업에 있어 가장 가공하기 쉬운 스테인리스강으로 여겨집니다.
316 스테인레스 스틸 가공
316 스테인리스강은 약 2~3%의 몰리브덴을 추가로 함유하고 있어 내식성이 뛰어납니다. 하지만 몰리브덴 함량이 높으면 인성과 가공경화율도 증가하여 303 스테인리스강에 비해 선삭 가공이 어려워집니다.
마르텐 사이트 스테인리스 강
마르텐사이트계 스테인리스강은 탄소 함량이 낮은 종류와 높은 종류로 나뉘며, SS 416과 같은 가공성 등급은 가공성을 향상시키기 위해 인과 황을 함유하고 있습니다. 마르텐사이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강보다 강도가 높지만 내식성은 떨어집니다.
페라이트 계 스테인리스 강
페라이트계 스테인레스 스틸
페라이트계 스테인리스강은 크롬 함량이 높고 탄소 함량이 낮은 것이 특징입니다. 따라서 열처리로는 경화시킬 수 없지만, 어닐링은 가능하며 비용 효율적입니다.
스테인리스 430은 기계 가공에 가장 흔하게 사용되는 페라이트계 스테인리스강입니다. 마르텐사이트계 스테인리스강보다는 내식성이 뛰어나지만, 일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강보다는 떨어집니다.
PH 스테인리스강
17-4 PH SS
석출경화(PH) 스테인리스강은 구리 및 니오븀과 같은 합금 원소를 첨가하고 시효경화라고 하는 특수 열처리 공정을 통해 얻어지는 높은 강도와 경도로 유명합니다.
17-4 스테인리스강은 기계 가공에 가장 흔히 사용되는 경화 스테인리스 합금입니다. AlTiN 및 AlCrN 코팅 공구를 사용하면 가공성이 우수합니다.
듀플렉스 스테인리스강
듀플렉스 스테인리스강은 페라이트상과 오스테나이트상 미세구조를 일반적으로 동일한 비율로 포함합니다. 따라서 제조업체는 2205와 2507과 같은 듀플렉스 등급을 사용하여 두 가지 유형의 강철 특성을 활용할 수 있습니다.
듀플렉스 스테인리스강 선삭 가공의 일반적인 용도로는 화학 처리 파이프, 펌프 부품, 밸브 및 부속품 등이 있습니다.
스테인레스 스틸의 장점
스테인리스강은 강도, 내식성, 내충격성, 열 안정성 및 위생적인 표면 등 제조 재료로서 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.
스테인리스강의 다섯 가지 주요 장점은 다음과 같습니다.
1. 높은 기계적 강도
스테인리스강은 강성이 뛰어나며, 다른 종류의 강철에 비해 무게 대비 강도가 낮으면서도 높은 압축 및 인장 강도를 제공합니다.
2. 내식성
스테인리스강은 습기에 노출되면 녹과 부식을 방지하는 보호 크롬 산화물 층을 형성합니다.
3. 높은 충격 저항성
스테인리스강은 충격에 대한 저항성이 매우 뛰어난 소재로, 갑작스러운 하중, 기계적 충격, 진동에도 파손 없이 견딜 수 있습니다. 따라서 고성능 기계 부품 및 구조 부품에 사용될 수 있습니다.
4. 위생적인 표면
첫째, 많은 스테인리스강은 식품 가공에 안전하고 위생적입니다. 둘째, 세척 및 관리가 용이합니다.
5. 고온에서의 성능
스테인리스강은 약 980°C까지 성질을 잃지 않으므로 가스 터빈 블레이드 및 항공기 부품과 같은 고온 응용 분야에 유리합니다.
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스테인리스강 선삭 가공 시 발생하는 문제점 및 과제
스테인리스강이 가공성이 좋다고 해서 가공상의 문제나 어려움이 전혀 없다는 의미는 아닙니다. 선삭 가공 시 열 발생, 가공 경화, 공작물 변형, 긴 칩 발생, 공구 마모, 가공 표면 불량 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
다음으로, 이러한 과제들을 하나씩 자세히 살펴보겠습니다.
열 축적
스테인리스강 선삭 가공에서 열 관리는 주요 과제입니다. 스테인리스강의 낮은 열전도율로 인해 가공 영역에서 열 전달이 비효율적으로 이루어지고, 공구가 여러 번 지나갈 때 열이 축적됩니다.
열은 공구 마모를 유발할 뿐만 아니라 가공물의 강도와 경도에도 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 물, 오일 또는 반합성 냉각제를 사용하십시오.
공작물 변형
스테인리스 가공물은 가공 중 두 가지 이유로 변형될 수 있습니다. 하나는 클램핑이 너무 강하거나, 다른 하나는 절삭력 및 이송 속도가 부적절한 경우입니다. 과도한 힘은 내부 응력을 발생시켜 미세 균열을 초래합니다.
작업 경화
높은 절삭력과 마찰은 공구가 접촉하고 통과하는 재료 표면에 소성 변형을 일으켜 경도와 강도를 증가시킵니다. 304, 201, 316과 같은 강종은 이러한 문제에 더 취약합니다.
칩 제거 과제
가공 칩 제거
스테인리스강 선삭 가공 시 발생하는 칩은 길고 연속적인 형태를 띠며, 쉽게 엉겨 붙어 칩 제거를 어렵게 합니다. 이러한 칩은 가공 영역을 막아 치수 및 표면 조도 오차를 유발하며, 심한 경우 선삭 공구가 파손될 수도 있습니다.
가공 마감이 불량함
CNC 선삭 부품의 표면 마감
부적절한 공구 선택과 공구 형상은 스테인리스강 선삭 가공 부품의 표면 조도를 저하시킵니다. 결과적으로, 가공물의 경화는 경도 증가로 인해 가공된 표면 조도를 더욱 저하시킵니다.
그러므로 적절한 선삭 매개변수, 냉각수 및 선삭 공구를 사용하십시오. 공구에 마모가 보이면 즉시 교체하십시오.
선삭 공구의 마모
스테인리스강 경도 경도가 다른 일반적인 CNC 가공 재료보다 훨씬 높으며, 일부 등급은 110 HRB에 달합니다. 따라서 절삭날의 마모 속도가 더 빠릅니다. 이는 치수 오차와 표면 거칠기를 유발합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 경질 코팅된 공구를 사용하고 마모 상태를 정기적으로 점검해야 합니다.
스테인리스강 가공성 및 영향 요인
AISI 1212 강재를 기준으로 볼 때, 스테인리스강의 가공성은 특정 종류나 등급에 따라 30%에서 70%까지 다양합니다. SS 303, 430, 420은 304와 316보다 가공성이 더 좋습니다.
다음으로 스테인리스강의 가공성에 영향을 미치는 주요 요인인 경도, 열전도율, 인성, 공구 형상, 공구 마모 및 가공 경화율을 살펴보겠습니다. .
- 경도 : 스테인리스강의 경도가 높을수록 가공하기가 더 어렵습니다.
- 열 전도성: 높은 열전도율은 가공 부위에서 발생하는 열이 효과적으로 발산됨을 의미합니다.
- 강인함 : 강철의 강도가 높을수록 가공 중 파손 및 변형 위험이 커집니다.
- 공구 형상: 스테인리스강 선삭 가공 시 가공성을 향상시키려면 적절한 공구 형상이 필수적입니다.
- 공구 마모: 절삭날의 마모는 선삭 작업을 어렵게 하므로 정기적으로 점검하고 교체해야 합니다.
- 작업 경화: 높은 가공 경화율은 스테인리스강의 가공성을 저하시킨다.
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합산
스테인리스강 선삭 가공은 자동차, 항공우주, 식품 가공, 의료 및 기타 분야에 사용되는 축대칭 부품을 생산하는 데 활용되는 다용도 공정입니다.
정밀도와 표면 마감을 얻으려면 적절한 공구 종류, 재질, 형상뿐만 아니라 절삭 속도와 이송 속도를 선택하는 것이 필수적입니다. 또한 사용 중인 스테인리스강의 종류와 그에 따른 가공상의 어려움도 고려해야 합니다.
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자주 묻는 질문
스테인리스강은 가공하기 어렵나요?
네, 스테인리스강은 알루미늄이나 다른 CNC 가공 소재에 비해 가공하기 어렵습니다. 이는 높은 인성, 강성, 그리고 낮은 전도성 때문입니다.
선반으로 가공하기 가장 쉬운 금속은 무엇일까요?
알루미늄은 선반 가공이 가장 쉬운 금속입니다. 알루미늄 합금은 가공성이 뛰어나 정밀한 공차와 표면 마감으로 가공할 수 있습니다.
엔진 터닝 스테인리스란 무엇을 의미합니까?
엔진 터닝 스테인리스는 스테인리스강에 특수 선삭 가공을 하여 독특한 외관의 장식적인 광택 마감을 구현하는 공정입니다.