개념 한 쪽
절삭유는 절삭 중에 발생하는 열을 식히고 마찰을 줄이며 칩을 제거하는 등 세 가지 핵심 역할을 수행하여 공구 수명과 가공 품질에 기여한다. 공구재료는 제조법과 조성에 따라 초경합금, 세라믹, CBN, 다이아몬드 등으로 구분되며, 각 재료는 적용 대상과 가공 조건에 따라 선택한다. 빌트 업 에지와 같은 절삭 현상과 크레이터 마모 등 공구 마모 형태를 이해하면 수명 판정과 가공 조건 조정에 도움이 된다.
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출제기준 단원 「절삭제, 윤활제 및 절삭공구재료」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 빌트 업 에지 정의 | 1 | 칩이 공구에 붙는 현상을 정의하는 항목을 가리기 |
| 절삭유 기능 판단 | 1 | 절삭유의 냉각·윤활·세척 이외의 기능을 고르는 능력 평가 |
| 공구재료와 제조공정 연결 | 1 | 탄화물 분말과 결합재 소결 공정을 보고 초경합금을 지시하기 |
절삭유는 열을 낮추는 작용으로 공구와 공작물의 온도를 떨어뜨려 공구의 열적 열화를 지연시킨다. 마찰을 줄이는 작용은 공구와 칩, 공작물 사이의 마찰을 감소시켜 마모를 줄이며 절삭저항을 낮추어 가공 능률을 개선한다. 칩과 오염물을 씻어내는 작용은 절삭면과 공구가 항상 깨끗한 상태를 유지하도록 돕는다.
절삭유의 이러한 세 가지 역할은 공구 수명 연장과 표면 품질 향상에 직접 기여한다. 그러나 절삭유가 재료의 내부 미세조직을 변화시켜 표면 경도를 높이는 기능은 수행하지 못하며 표면 경도의 증대는 별도의 열처리 공정의 결과로 분류한다.
절삭공구재료는 구성 성분과 제조 공정에 따라 구분한다. WC나 TiC, TaC 같은 탄화물 분말을 Co나 Ni 결합재와 혼합하여 고온에서 소결한 재료는 초경합금으로 내마모성이 높아 정밀 절삭에 적합하다. 세라믹 공구는 산화알루미늄(Al2O3)이나 질화규소(Si3N4)를 주성분으로 소결하여 고온강도와 경도가 높아 고속절삭에 적합하다.
CBN은 입방정 질화붕소를 고온·고압으로 소결한 초경질 재료로서 고속도강이나 내열강 같은 난삭재 절삭에 적합하다. 다이아몬드는 비철금속이나 복합재료 절삭에 탁월하지만 철계 금속과의 화학반응 때문에 적용이 제한된다. 각 공구재료의 특성과 적용 범위를 기억하여 가공 조건에 맞게 선택해야 한다.
절삭공구의 수명 판정은 공구의 마모 상태, 가공 치수의 변화, 가공면 상태의 변화를 관찰하여 판단한다. 절삭저항이 증가하는 것은 수명 종료 신호가 되며, 절삭저항이 변하지 않는 상태를 수명 종료의 기준으로 삼지는 않는다. 빌트 업 에지(Built-Up Edge)는 칩 일부가 공구 날끝에 접착하여 형성되는 현상으로 표면 거칠기 악화와 공구 수명 저하를 초래한다.
크레이터 마모는 공구 윗면이 마모되어 윗면경사각이 변하는 현상이며, 이로 인해 칩의 흐름과 날끝 강도에 영향을 미쳐 가공 성능 저하로 이어질 수 있다. 공구 마모 형태와 그 영향 관계를 이해하면 교체 시점과 절삭 조건 개선 방향을 판단하는 데 도움이 된다.
절삭유 관련 문제에서는 열을 식히고 마찰을 줄이며 칩을 제거하는 세 가지 기능을 떠올린다. 예컨대 절삭유의 기능이 아닌 것을 묻는 문제에서 보기 중 표면 경도 증가가 포함되면 절삭유의 기능이 아니므로 정답으로 고른다. 초경합금 관련 문제에서는 '탄화물 분말 + Co/Ni 결합재 + 고온 소결'이라는 조합을 확인하면 즉시 초경합금으로 분류한다.
공구재료 선택 문제에서는 재료 이름과 적용 대상을 매칭한다. CBN이 난삭재와 내열강 절삭에 적합하다는 기억을 이용하여 다이아몬드가 철계 금속에 부적합하다는 보기를 배제한다. 빌트 업 에지는 칩이 공구에 붙는 현상임을 통해 표면 거칠기 악화 관련 보기를 선택한다.
절삭공구 수명 판정 문제에서는 마모량, 치수 변화, 표면 상태 변화가 수명 종료 신호임을 확인한다. 절삭저항이 동일하다는 설명이 나오면 이는 수명 종료 기준으로 부적절하므로 오답 처리한다.
빌트 업 에지(built-up edge)란?
정답 ④ · 문항은 빌트 업 에지의 의미를 묻고 있다. 빌트 업 에지는 절삭 중 칩의 일부가 공구 날끝에 부착되어 덩어리처럼 쌓이는 현상으로, 절삭면 품질과 공구 수명에 영향을 줄 수 있다.
빌트 업 에지는 절삭 중 고온·고압에서 칩의 일부가 공구 날끝에 붙어 형성되는 현상이다.
절삭유는 냉각작용, 윤활작용, 세척작용의 효과가 있어서 사용한다. 절삭유의 장점이 아닌 것은?
정답 ② · 문제는 절삭유의 기능과 장점 중 해당되지 않는 항목을 묻고 있다. 절삭유는 공구와 가공물의 온도를 낮추는 냉각작용, 마찰을 줄이는 윤활작용, 절삭부 위생과 칩 제거를 돕는 세척작용을 통해 공구 수명을 연장하고 가공 능률을 향상시키며 마감면을 보호하는 효과를 준다.
절삭유의 주된 기능은 냉각, 윤활, 세척이며, 이로 인해 공구 수명 연장 및 가공 효율 향상에 기여하지만 표면 경도 증가는 열처리 공정의 역할이다.
WC, TiC, TaC 등의 탄화물 분말을 Co 나 Ni 분말과 혼합하여 1400℃ 이상의 고온으로 가열하면서 프레스로 소결 성형한 공구재료는?
정답 ② · 문항은 탄화물 분말을 코발트나 니켈과 혼합해 고온에서 소결한 공구 재료를 묻고 있다. WC, TiC, TaC 등과 결합재(Co·Ni)를 섞어 고온에서 프레스 소결하면 아주 높은 경도와 내마모성을 갖는 초경합금이 된다.
탄화물 분말과 코발트 결합재를 고온 소결하여 만든 초경합금은 경도가 매우 높아 공구재료로 널리 쓰인다.
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