솔리드입방질화붕소 절삭 공구의 특성 및 절삭 응용

1. 솔리드입방질화붕소(PCBN) 절삭 공구 특징

PCBN 절삭 공구는 CBN 입자를 원재료 만들어지며 바인더의 존재 유무에 관계없이 고온 고압에서 소결되며, 초경합금 매트릭스가있는 일체형 소결 콤팩트 형태로되어 있습니다. PCBN은 주로 CBN으로 만들어지기 때문에 PCBN 툴은 CBN의 다양한 특성을 가지고 있으며 성능 지표는 표 1과 같습니다:

표 1다양한 절삭 공구 재료의 역학 성질

（1）고강도 및 내마모성

솔리드  입방정 질화 붕소는 결정 구조에서 다이아몬드와 유사하며 다이아몬드와 유사한 경도와 압축 강도를 가지며, PCBN 절삭 공구를 절단에 사용하면 내마모성이 초경 공구 및 세라믹 공구보다 훨씬 높습니다. 가공에 사용될 수 있습니다 강한 주철 및 강철 또는 고강도, 높은 경도 및 높은 열 민감도를 가진 기타 합금 재료에사용 가능합니다.

（2）탁월한 화학적 안정성

CBN은 화학적 안정성이 높고 온도가 1200-1300 ℃에 도달하면 철 재료와 반응하지 않고 CBN은 1000 ° C의 고온에서 산화되지 않으며 내 산화성이 강하여  PCBN 절삭 공구가 절삭 가공중 생기는 화학 마모는 다른 공구 재료보다 작으며 다양한 재료를 절단하고 가공하는데 사용할수 있습니다.

（3）우수한 열전도율 및 낮은 마찰 계수

CBN의 열전도율은 고속강, 세라믹 및 초경합금의 열전도율보다 훨씬 높으며 온도가 높아지면 PCBN 절삭 공구의 열전도성이 증가합니다. 이로 인해 절삭중 팁 온도가 너무 높아지지 않으므로 공구의 내구성을 향상시키고 공구의 수명을 연장하는데 도움이됩니다. CBN가 다른 재료와 상호 작용할 때 마찰 계수는 약 0.1-0.3이며, 이는 초경합금과 다른 재료 (0.4-0.6) 사이의 마찰 계수보다 훨씬 작기 때문에 절삭력, 절삭 온도 및 절삭이 줄어 듭니다. 가공 중에 나이프를 고착시키는 현상은 칩 축적의 발생을 효과적으로 피할 수 있고 부속품의 표면 가공 품질을 높일수 있습니다.

2. 솔리드입방질화붕소(PCBN)절삭 공구의 응용

PCBN 절삭 공구는 주로 공구강, 고속 강, 경화 강, 오스테 나이트 계 연철 등과 같은 가공하기 어려운 재료 및 고경도 재료 (> HRC35), 회주철, 소결 철 등과 같은 내마모성 재료를 처리하는 데 사용됩니다. 표면 코팅 재료, 표면 경화 합금, 연성 철 등의 재료 및 PCBN 도구는 기존의 연삭 공정을 대체 할 수 있으며 가공 후 정확도는 IT5-IT6만큼 높을 수 있으며 표면 거칠기는 Ra0.8 ~ 0.2μm에 도달 할 수 있으며 연삭 가공의 정밀도에 도달할 수 있습니다.

2.1 회주철 가공

고속 절삭 회주철 재료는 PCBN 절삭 공구의 일반적인 응용 분야 중 하나이며 PCBN 공구가 고속 회주철을 절삭 할 때 공구 수명은 세라믹 공구의 20-30 배에 달할 수 있습니다. 다른 브랜드의 PCBN 공구의 경우 CBN 함량이 높을수록 PCBN 공구의 경도, 내마모성 및 열전도율이 높아집니다. 회주철 재료의 페라이트 함량이 10 % 미만인 경우 PCBN 공구의 절단에 더 적합합니다. 이때의 PCBN 공구는 수명이 깁니다. 페라이트가 너무 많으면 절삭 중에 고온에서 CBN의 붕소 원소와 반응하여 PCBN 공구의 화학적 마모를 증가시켜 공구 사용수명이 줄어듭니다. 회주철을 절단 할 때 따로 주의하여야할 한 가지 방면은시효성입니다, 즉 PCBN 공구가 절단에 사용될 때까지 공작물이 주조된후의 시간입니다. 회색 주철은 많은 산소와 질소를 생성하기 때문입니다. PCBN 공구의 내구성에 유해하므로 산소와 질소가 휘발하여 공구의 정상적인 서비스 수명을 보장하는데 시간이 걸리며 일반적인 시효기간은 10 일입니다.

2.2 경화강 가공

일반적으로 경화강은 가공하기 어렵고 내마모성이 우수한 재료로 과거에는 강재를 마무리하기 위해 연삭에 사용해 왔지만 PCBN 절삭 공구를 사용하여 강재를 처리 할 때 연삭보다 가공 효율이 더 빠르기 때문에 부동한 모양의  절삭에 더 적합합니다. 다른 모양의 부품은 연삭보다 유연합니다. PCBN 도구는 종종 건식 절단을 사용하기 때문에 절단 폐기물의 오염을 피하고 에너지를 절약할수 있습니다. 가공된 표면의 품질은 연삭의 품질과 동일합니다. 경화강의 고속 절삭시 PCBN 공구에서 발생하는 높은 열은 가공 소재의 절삭 영역을 지속적으로 연화하여 절삭 공정을 수행합니다. 초경 공구와 비교하여 효율이 크게 향상되고 공작물의 표면 거칠기가 향상 될 수 있습니다.

2.3 가공하기 어려운 재료

상대적으로 연성 또는 연질 흑연 주철 가공에서 PCBN 절삭 공구의 적용 및 장점은 상대적으로 적습니다. 연성 또는 질석 흑연 주철 가공 중에 PCBN 공구는 심각한 화학적 마모가 발생하고 공구 수명이 단축됩니다. 따라서 부품의 치수 정확도 및 기하 공차를 보장하기 위해 PCBN 공구를 사용해야하는 경우 일반적으로 PCBN 공구를 보호하고 내구성을 높이기 위해 코팅됩니다. 위의 일반적인응용외에도 PCBN 툴을 사용하여 니켈 기반 초합금, 케이스 경화 합금, 초경합금, 세라믹, 분말 야금 및 기타 재료를 절단할수있습니다. 가공 효율, 가공물치수 정확도, 표면 거칠기 및 공구 내구성면에서 장점이 있으며 널리 사용되고 있습니다.

3. 결론

PCBN 공구는 가공 효율이 높고 공구 수명이 길며 가공 비용이 낮으며 회주철 및 경화강과같은 철 금속 가공에 널리 사용되며 고온 합금, 용사 재료, 초경합금 및 기타 난이도에 사용할수 있습니다. 가공 된 재료의 고속 절삭은 연삭 대신 선삭을 실현할수있어 가공 효율을 크게 향상시킵니다. PCBN 공구의 적용은 철금속 경절삭의 가공 문제를 해결하며 고속 절삭 가공 기술을 증진시키는데 큰 의미가 있습니다.