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ISSN : 1598-6721(Print)
ISSN : 2288-0771(Online)
The Korean Society of Manufacturing Process Engineers Vol.18 No.9 pp.58-63
DOI : https://doi.org/10.14775/ksmpe.2019.18.9.058

A Study on Dimensional Accuracy in Circular Pocket Machining of SCM415 Steel

Mi-Jung Shin*#, Chul-Woong Choi**
*College of Computer Application Mechanical, Korea Polytechnic UNIV.
**Daemyung High-Tech.
Corresponding Author : lifevoyage@naver.com Tel: +82-55-253-1917, Fax: +82-55-253-1918
10/05/2019 29/05/2019 07/06/2019

Abstract


In this research, we examine the change of dimensional accuracy in the cutting process while changing cutting conditions such as feed rate and spindle rotational speed with chromium molybdenum steel (SCM415) material and TiCN- and TiAlN-coated end mill tools. According to dimensional accuracy measurement, TiCN-coated tool displays the most accurate dimensional tolerance at Ø20 mm at feed rates of 200 mm/min and 250 mm/min at a spindle rotation speed of 4,000 rpm. The largest dimension of the coating tool was able to make the TiAlN-coated tool suitable when comparing the smallest dimension.



SCM415강의 원형포켓 가공시 치수정밀도에 관한 연구

신 미정*#, 최 철웅**
*한국폴리텍대학 컴퓨터응용기계과
**대명하이텍

초록


    © The Korean Society of Manufacturing Process Engineers. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    기계 가공의 경제적 절삭 조건은 기계 작동에 있 어 가장 중요한 고려 사항 중 하나이다. 따라서 기 업의 경쟁력 확보, 제품의 품질 확보를 위한 경제적 인 절삭 조건 선정에 관한 많은 연구가 수행되었으 며, 향상된 기계 작동을 통해 높은 절삭 효율성을 제공한다[1-3]. 이 연구들 중 몇 가지는 제품 품질에 직접 영향을 줄 수 있는 치수 정밀도를 향상시키기 위한 많은 방법을 제안했다[1-6].

    절삭가공에서 가공정밀도에 직접적 영향을 미치 는 주요 인자로서는 절삭속도, 이송속도, 절삭깊이 등이 있다. 일반적으로 이송속도를 증가시키면 영 상오차가 커지게 되고 주축 회전수를 증가시키면 진동이 커지게 되어 공구수명이 짧아지는 결과를 초래하고 또한 절삭온도 상승에 의해 정밀도가 저 하된다[6-8]. 품질 향상을 위한 정밀 가공의 필요성이 증가함에 따라 생산성을 향상시키고 허용 오차 내 에서 치수 정밀도를 유지할 수 있는 최적의 절삭 조건이 필요하다[1,7,8].

    제품 가공 후의 치수 정밀도 상태는 품질의 가장 중요한 척도 중 하나이며, 필요한 치수 정밀도의 허 용 수준은 가공 후 공정에 큰 영향을 미친다[1].

    또한 기어와 축 등에 많이 사용되고 있는 크롬몰 리브덴강의 절삭 가공시 주축회전수와 이송속도의 절삭 조건 변화가 표면거칠기와 형상 특성 그리고 경도 변화에 미치는 영향이 크다. 경도변화가 적고 고속가공에 따른 문제가 적으며, 오히려 내열성이 발휘되어 기계적 성질이 더 좋아지는 경우도 있으 므로 절삭가공을 통한 생산성 향상에 적절한 소재 라 할 수 있다[9-14].

    본 연구에서는 크롬몰리브덴강(SCM415) 재료와 TiCN, TiAlN 코팅엔드밀 공구로 이송속도 및 주 축회전수 등의 절삭조건을 변화시키면서 절삭과정 에서의 치수정밀도 변화를 연구하고자 한다.

    2. 실험장치 및 재료

    2.1 실험장치

    본 실험에 사용한 장치 및 세부규격은 Table 1에 나타내고 있으며, Fig. 1은 가공 개략도를 표시하고 있다. 치수정밀도 측정기의 세부규격은 Table 2 에 나타내고 있으며, Fig. 2은 비접촉식 측정기 세 부사항이고 Fig. 3은 원형포켓 가공 소재에 대한 측 정위치 개략도를 표시 하고 있다.

    2.2 절삭공구

    본 실험에서 사용된 절삭공구는 TiCN, TiAlN 코팅 2날 엔드밀을 사용 했으며, 원형 포켓 하나 당 하나의 공구를 사용했다. 사용공구의 형상과 상세한 규격은 Table 3과 Fig. 4에 나타낸 것과 같 다.

    2.3 실험재료

    본 실험에 사용된 재료는 크롬몰리브덴강으로 크 롬강에 Mo를 0.15~0.35% 첨가한 것으로 담금질성 향상과 뜨임 취성의 감수성을 감소시킨 재료이다. 주로 사용 되는 곳은 기어, 강력볼트, 대형 크랭크 축 등 축류와 자동차 장비, 방산 장비에 많이 사용 된다.

    시편으로 사용된 피삭재는 육면체로 크기는 80×80×40 mm 절단하여 12개 실험재료로 각각 사용 하였으며, 가공 전·후는 Fig. 5 및 Fig. 6와 같으며 화학적 성분비는 Table 4와 같다.

    3. 실험방법 및 고찰

    3.1 실험방법

    본 연구에서는 CNC 가공용 S/W인 HyperCAD를 이용하여 모델링 후, HyperMill를 이용하여 가공 데이 터(NC date)를 생성하였으며, 머시닝센터로 전송하여 원형 포켓가공을 하였다. 먼저 피삭재가 절삭가공 중 에 진동이 발생되거나 기계바이스로부터 이탈하지 않 도록 견고하게 고정하였으며, 코팅엔드밀은 자루부분 을 콜릿(collet)에 끼울 때 절삭 날 부분의 길이가 38 mm 돌출되게 끼운 다음 콜릿 척에 체결하였다.

    절삭방법은 헬리컬 원형보간 방법으로 1회 절입깊 이는 5 mm 씩 총 3회 반복하였으며, 실험용 시험편 규격 안에 8개의 홀, 12개의 소재를 절삭유를 급유 하여 가공하였다. 가공 변화 조건은 Table 5와 같다.

    3.2 치수정밀도 측정

    절삭가공 후 치수를 측정하여 정밀도가 절삭속도 와 이송속도가 가장 우수한지를 조사하였다.

    TiCN 코팅공구 절삭 부위를 측정한 결과는 Fig. 7과 같으며, TiAlN 코팅공구 절삭 부위의 측정결과 는 Fig. 8과 같다.

    Fig. 7에서 최대 치수공차는 S6,000 rpm에서 이송 속도 200 mm/min에서 +0.070 공차로 가장 높았으 며, 주축회전수 4,000 rpm에서 이송속도 200 mm/min과 250 mm/min에서 ∅20, ∅20.001 mm로 가장 치수 공차가 정밀하게 나타남을 알 수 있었다.

    또한 안정적으로 절삭속도와 이송속도의 치수정 밀도를 살펴보면 3,000 rpm과 4,000 rpm에서 안정 적인 정밀도를 보이고 있음을 나타내고 있다.

    Fig. 8에서 S5,000 rpm에서 +0.051 mm 공차값으 로 가장 높게 나타났으며, 또한 주축회전수 4,000 rpm에서 이송속도 200 mm/min과 250 mm/min에서 ∅20 mm로 가장 치수공차가 정밀하게 나타났다.

    또한 안정적으로 절삭속도와 이송속도의 치수정 밀도를 살펴보면 3,000 rpm에서 치수공차가 적으 나 과절삭이 되고 있으며, 4,000 rpm에서 안정적인 정밀도를 보이고 있음을 나타내고 있다.

    코팅공구별 최대치수와 최소 치수를 비교하였을 때 TiAlN 코팅공구가 우수 하였다.

    4. 결 론

    본 연구에서 TiCN, TiAlN 코팅 엔드밀을 사용하 여 SCM415 강을 원형 포켓 가공 시 절삭속도, 이 송속도 등의 절삭조건을 변경하면서 실험한 결과 다음과 같은 치수정밀도 결론을 얻었다.

    1. TiCN 코팅공구는 주축회전수 4,000 rpm에 이송 속도 200 mm/min과 250 mm/min에서 ∅20 mm 로 가장 치수공차가 정밀하게 측정되었음을 알 수 있었다.

    2. TiAlN 코팅공구 또한 주축 회전수 4,000 rpm에 서 이송속도 200 mm/min과 250 mm/min에서 ∅ 20 mm로 가장 치수공차가 정밀하게 나타났다.

    3. 코팅공구별 최대치수와 최소치수를 비교 하였 을 때 TiAlN 코팅공구가 적합함을 할 수 있었 다.

    Figure

    KSMPE-18-9-58_F1.gif
    Schematic diagram of experimental apparatus
    KSMPE-18-9-58_F2.gif
    Non-contact measurement device
    KSMPE-18-9-58_F3.gif
    Measurement position of surface roughness after machining circular pocket
    KSMPE-18-9-58_F4.gif
    TiAlN and TiCN tools
    KSMPE-18-9-58_F5.gif
    Previous experiments
    KSMPE-18-9-58_F6.gif
    After the experiments
    KSMPE-18-9-58_F7.gif
    Dimensional tolerance measurement at the time of TiCN coating tool cutting
    KSMPE-18-9-58_F8.gif
    Dimensional tolerance measurement at the time of TiAlN coating tool cutting

    Table

    Machining center specification
    Specification of the non-contact measuring
    Dimension and shape of end mill(mm)
    Chemical composition of SCM415
    Experimental conditions of cutting process

    Reference

    1. Yang, Y. M., “A Study on Characteristics of Dimensional Accuracy using Planning Number of Machining in Machining Center”, Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 17, No. 6, pp. 61~67, 2018.
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    14. Choi, C. W., “A Study on the Characteristics of Circular Pocket Machining for SCM415 steel”, A Thesis for a Master, Kyeongsang National University, Republic of Korea, 2017.