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시리즈1: 스테인레스강의 가공

5. 스테인레스 강의 재료특성과 절삭현상

6. 스테인레스강의 피삭성 지수

재 료		피 삭 성 지 수(%)
페라이트계	SUS430	50
페라이트계	SUS430F	70
마르텐사이트계	SUS410	50
	SUS416	65
	SUS420J1	40
	SUS420F	55
	SUS440	30
	SUS440F	40

재 료		피 삭 성 지 수(%)
오스테나이트계	SUS302	30
	SUS303	55
	SUS304	30
	SUS321	35
	SUS347	35
강	S10C	55
	S45C	55
	S55C	55
	SK7	48
	SKD11	48

7. 스테인레가강의 가공기술

스테엔레스강이 공업용 재료로서 처음 실용화 된 것은 금세기에 들어선 다음부터이다. 그이후 약 반세기 동안에 재료특성이 개량이나, 용도개발이 두드러지게 진전하여 오늘날과 같은 수요를 요구하게 되었다.
스테인레스강의 절삭가공에 간한 문헌은 그 수량에 있어서 다른 난삭재에 관한 것을 압도하고 있다. 그럼에도 불구하고, 항상 새로운 절삭 데이터가 요구되고 있는 것은 스테인레스강의 절삭가공이 매우 많다는 사실을 시사하고 있다.
스테인레스강은 Cr을 다량으로 함유하는 합금강이다. 스테인레스강의 절삭가공에 가장 기본적인 특성은 내식성이다. 이 내식성은 합금속의 Cr성분 때문이지만 그 내식성을 강화하고 또 기계적인 여러가지 특성을 향상시키기 위해서 Ni,Mo 그 밖의 합금성분이 가하여진다. 또한 C,Si,Mn,Ti,Nb,Cu 등의 각 성분을 적당량 가함으로써, 많은 강종이 실용화 되고 있다.
스테인레스강은 그 합금조성에서, Cr계 스테인레스강과 Cr-Ni 계 스테인레스강으로 크게 나누어진다.
또 금속조직에 따라서 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계의 기본강종과 여기에서 발전한 오스테나이트, 페라이트계(2상계)와 석출경하계의 강종으로 분류 할 수 있다.
Chipping 이나 결손은 어느정도까지 방지하는 것은 가능하지만 절입경계손상은 강인한 재질의 공구재종을 사용하지 않는한 방지하는 것은 불가능하다. 이 절입경계손상이 발생하면 피 가공물의 외주면과 절삭단면에서 형성되는 Edge 부에 Burr가 발생한다.
Burr는 가공경화에 의해서 두드러지게 경도가 증가하고 있으며, 이 Burr가 절삭날의 능(稜)을 찰과하면, 절삭에 관여하고 있지 않는 절입경계부 후방의 절삭날 능에까지 손상이 미친다.
또 절입경계손상이 발생한 후에 절입량이 증가하거나 이상손상 절삭날로 절삭하면 이와 같은 상태에 빠지고 절삭이 불가능해진다. 떠라서, 절입량이 끊임없이 변동하는 모방절삭에서는 특히 이상손상이 발생하기 어려운 강인재종을 선택할 필요가 있다.

8. SUS 가공시 선반가공의 트러블 해결

1) SUS304의 다듬질 절삭 :
오스테나이트계 스테인레스강의 대표적인 강종인 SUS304는 동시에 난삭재의 전형이라는 것에서 SUS304의 절삭가공에서는 트러블이 속출하게 된다.
(1) 먼저 공구수명이 짧다.
(2) 다음에 칩이 엉클어져서 가공면을 거칠게 하고 또 치수 정밀도를 얻기 어렵다는 것이다.

오스테나이트계 스테인레스강의 절삭 특성으로는
(1) 가공 경화성이 있다.
(2) 열전도율이 낮다.
(3) 끈적끈적하여 쪼개기 어렵다는 것을 들 수 있지만 이러한 특성에 의해서 SUS304의 절 삭가공에서는 탄소강과 같은 효율은 기대할 수 없다.

2) 트러블 해결방안 :
SUS304와 절삭공구(TA팁)의 관계에서 보면 가공 경화성을 극복하기 위해서 또 쪼개기 어려운 재료를 더욱 쉽게 쪼개기 위해서는 예리한 날끝을 가진 공구가 필요하다.
구체적으로는 경사각이 약간 큼직하게 설정될 것, 날 끝에 입힌 호닝의 폭이 작을 것, 칩이 막히지 않게 브레이커의 폭에 여유가 있을 것 등이 고려된 TA팁이 필요하다.

또 열전도도가 낮다는 것은 절삭날 선단에 절삭열이 모여서 TA팁의 경도를 저하시켜 절삭날의 마모를 촉진하게 된다. 이 때문에 SUS304의 절삭에서는 열전도도가 높은 공구 재료를 사용하게 된다.
SUS304를 절삭할때의 피삭재 내부의 경도분포를 살펴보면 절삭나르이 선에서 피삭재 내부에 향하여 경도가 변화하고 있지만 절삭날 선에서 0.1mm 이내에서 극히 큰 값을 나타내고 있다. 즉 이송량을 0.1mm 이하로 한 경우는 절삭력으로 경화시킨 부분을 절삭하게 되고 이것이 공구 수명을 저하시키는 주원인이 된다.

그리고 SUS304 의 다듬질 절삭에 있어서는 가공 경화한 범위가 피삭재의 외주부에도 미치고 있다는 것에 주목해야한다.
외주부에도 깊이 0.1mm 정도의 경화 부분이 존재하므로 절삭 깊이를 이 값 이하로 하면 전술한 이송량의 효과와 동일한 현상이 생기게 된다.
또 절삭깊이나 이송량이 작은 경우에는 칩도 얇아져서 부러지기 어려워지며 피삭재에 휘감기는 현상도 발생하기 쉬워진다.

결국, SUS304의 다듬질 절삭에서는 절삭날 호닝을 작게 할 수 있는 PVD 코팅을 한 TA팁(초경합금을 모재로 한 것) 으로 유효한 경사각이 10도 정도 설정된 것을 사용하여 절삭 속도는 100 ~ 120m/min 정도, 절삭 깊이는 편측에서 0.1mm 이상, 이송량도 0.1mm/rev 이상의 조건에서 절삭하는 것이 트러블에서 멀리 할 수 있는 방법이다.

9. 구멍뚫기 가공시의 트러블 해결

1. 절삭저항이 크고 더구나 가공경화가 두드러진 스테인레스에 통상의 드릴로 구멍을 뚫으려고 한다면 드릴이 절손되거나 날끝이 없어지는 일도 많다.
고망간등에 애용되는 난삭재용 드릴도 어쩔 도리가 없다.
열전도율이 낮고 열팽창률이 큰 스테인레스의 성질 때문에 구멍속에 열이 고이고 구멍지름이 줄어드는 현상이 생겨나 드릴을 조르는 현상도 생기기도 한다.

이와 같은 재료의 구멍뚫기에는 드릴의 강성과 절삭성이 중요하다. 또한 엔드밀의 날끝을 선단각으로 뽀죽하게 하고 치즐(chisel)부의 절삭성을 향상시켜 트러스트 저항을 감소시키시 위해서 크로스 씨닝(cros-thinning)을 시공하면 매우 뛰어난 절삭성능의 스테인레스용 고강성 드릴을 만들 수 있다.

또 스테인레스 가공시 가공경화성이 크고 용착성이 매우 크며 Chip은 강력하고 꼬인는 현상이 크므로 외주경사각을 강하게 하며 절삭유로 염화제(불활성형) 불수용성 절삭유, 황화염화제(불활성형) 불수용성 절삭유, 에멀전형 수용성 절삭유등을 사용하는 방법도 좋은 방법이라 할 수 있다.