가장 일반적인 재료는 카바이드 공구 코팅에 사용되는 세라믹 화합물로, 주로 질화티타늄(TiN), 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 및 탄질화티타늄(TiCN)이 얇은 층으로 도포됩니다. 이러한 코팅은 절삭 공구와 공작물 사이에 매우 단단하고, 윤활성이 있으며, 내열성이 있는 장벽을 만들어 성능과 공구 수명을 극적으로 향상시킵니다.
핵심 원칙은 단일 "최고의" 재료에 있는 것이 아니라, 경도, 열 안정성 및 윤활성과 같은 특성이 가공 작업 및 절삭되는 재료에 정확하게 일치하는 특정 코팅 시스템을 선택하는 데 있습니다.
애초에 카바이드에 코팅하는 이유
카바이드는 본질적으로 단단하고 내마모성이 뛰어나지만, 현대 가공은 공구를 한계까지 밀어붙입니다. 코팅은 힘 승수 역할을 하여 순수 카바이드 모재만으로는 제공할 수 없는 중요한 이점을 제공합니다.
열 차단 효과
고속 가공은 절삭 날에 엄청난 열을 발생시킵니다. 이 열은 카바이드 모재를 연화시키고 마모를 가속화할 수 있습니다.
세라믹 코팅은 단열재 역할을 하여 그 열이 카바이드에 도달하는 것을 방지합니다. 이는 TiAlN과 같은 알루미늄을 포함하는 코팅에서 특히 그렇습니다.
표면 경도 증가
코팅은 아래쪽 카바이드보다 훨씬 단단합니다. 이 초경질 표면은 주철이나 고규소 알루미늄과 같은 재료를 절삭할 때 흔히 발생하는 마모에 대한 탁월한 저항성을 제공합니다.
마찰 감소
낮은 마찰 계수는 열 발생 감소 및 칩 배출 원활화를 의미합니다. 질화크롬(CrN) 또는 다이아몬드 유사 탄소(DLC)와 같은 코팅은 재료가 공구에 달라붙는 현상("빌트업 엣지")을 방지하는 매우 윤활성 있는 표면을 제공합니다.
일반적인 코팅 재료 분석
많은 특수 코팅이 있지만, 소수가 업계를 지배합니다. 개별적인 강점을 이해하는 것이 작업에 적합한 공구를 선택하는 열쇠입니다.
TiN (질화티타늄)
주요 특성: 이것은 금색으로 쉽게 식별할 수 있는 기본 범용 코팅입니다. 경도와 윤활성의 좋은 균형을 제공합니다.
이상적인 응용 분야: 절삭 속도와 온도가 중간 정도인 비합금강 및 연질 재료의 범용 밀링 및 드릴링에 탁월합니다. 뚜렷한 색상은 공구 마모에 대한 명확한 시각적 지표도 제공합니다.
TiCN (탄질화티타늄)
주요 특성: TiN 구조에 탄소를 추가하여 TiCN은 훨씬 더 단단해지고 내마모성이 향상됩니다.
이상적인 응용 분야: 주철 및 고규소 알루미늄 합금과 같은 마모성 재료 가공에 탁월합니다. 스테인리스강에도 효과적이지만, 일반적으로 TiAlN에 비해 열 안정성이 낮기 때문에 절삭유가 필요합니다.
TiAlN / AlTiN (질화알루미늄티타늄)
주요 특성: 이것들은 현대 가공을 위한 고성능 작업마입니다. 알루미늄을 첨가하면 고온에서 보호적인 자가 재생 산화알루미늄 층이 생성됩니다.
이상적인 응용 분야: 합금강, 경화강 및 인코넬과 같은 초합금의 고속 건식 가공에 적합합니다. 알루미늄 대 티타늄 비율이 더 높은 AlTiN은 가장 까다로운 응용 분야를 위해 훨씬 더 나은 열 안정성을 제공합니다.
CrN (질화크롬)
주요 특성: CrN은 티타늄 기반 코팅만큼 단단하지는 않지만 우수한 윤활성과 비점착성을 가지고 있습니다.
이상적인 응용 분야: 연질 알루미늄 합금, 구리 및 티타늄과 같이 절삭 날에 쌓이는 경향이 있는 "끈적한" 재료에 선호되는 선택입니다.
DLC (다이아몬드 유사 탄소)
주요 특성: DLC 코팅은 매우 단단하며 마찰 계수가 극도로 낮아 매끄러운 흑연과 같은 표면을 만듭니다.
이상적인 응용 분야: 고규소 알루미늄, 흑연 및 탄소 섬유와 같은 비철 및 마모성 복합 재료 가공에 탁월합니다. 참고: 고온에서 코팅을 열화시키는 화학 반응을 일으킬 수 있으므로 DLC는 강철에 사용해서는 안 됩니다.
상충 관계 이해
코팅을 선택하는 것은 상충되는 요소를 균형 있게 맞추는 문제입니다. 모든 상황에서 우수한 단일 코팅은 없습니다.
경도 대 취성
매우 단단한 코팅은 때때로 더 부서지기 쉬울 수 있습니다. 너무 부서지기 쉬운 코팅은 특히 단속 절삭(밀링과 같은) 중에 날카로운 절삭 날에서 미세하게 깨져 조기 공구 파손으로 이어질 수 있습니다.
코팅 두께
더 두꺼운 코팅은 더 많은 내마모성을 제공하지만, 절삭 날을 둥글게 만들 수도 있습니다. 미세한 표면 조도를 얻기 위해 매우 날카로운 날이 필요한 마무리 작업의 경우, 더 얇은 코팅이 종종 선호됩니다.
비용 대 성능
AlTiN과 같은 고급 다층 코팅은 기본 TiN보다 생산 비용이 더 많이 듭니다. 목표는 초기 비용 증액을 정당화할 만큼 공구 수명과 생산성을 상당히 향상시키는 코팅을 선택하는 것입니다.
응용 분야에 맞는 올바른 선택
올바른 코팅을 선택하는 것은 목표와 가공 재료에 대한 명확한 이해에서 시작됩니다.
- 강철의 범용 가공을 중간 속도로 주로 수행하는 경우: TiN은 안정적이고 비용 효율적인 출발점입니다.
- 경화강 및 초합금의 고속 또는 건식 가공을 주로 수행하는 경우: AlTiN은 탁월한 열 안정성으로 인해 더 나은 선택입니다.
- 알루미늄과 같은 "끈적한" 비철 재료 가공을 주로 수행하는 경우: CrN 또는 DLC는 재료 쌓임을 방지하고 표면 조도를 개선합니다.
- 주철과 같은 마모성이 높은 재료 절삭을 주로 수행하는 경우: TiCN의 우수한 경도가 마모에 대한 최고의 저항성을 제공할 것입니다.
궁극적으로 코팅을 특징이 아닌 절삭 시스템의 필수 구성 요소로 보는 것은 성능과 효율성을 극대화할 수 있도록 해줍니다.
요약표:
| 코팅 재료 | 주요 특성 | 이상적인 응용 분야 |
|---|---|---|
| TiN (질화티타늄) | 양호한 경도 및 윤활성, 금색 | 비합금강의 범용 밀링/드릴링 |
| TiCN (탄질화티타늄) | TiN보다 높은 경도, 내마모성 | 마모성 재료(주철, 고규소 알루미늄) |
| TiAlN / AlTiN (질화알루미늄티타늄) | 높은 열 안정성, 자가 재생 산화층 | 경화강 및 초합금의 고속/건식 가공 |
| CrN (질화크롬) | 우수한 윤활성, 비점착성 | 끈적한 재료(알루미늄, 구리, 티타늄) |
| DLC (다이아몬드 유사 탄소) | 극도의 경도, 낮은 마찰 | 비철 및 마모성 복합 재료(흑연, 탄소 섬유) |
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