먼저 ISO 513 그룹(강은 P, 스테인리스는 M, 주철은 K, 알루미늄은 N, 초내열합금은 S, 경화강은 H)을 선택한 뒤, 가공 강도에 따라 세부 번호를 정한다: 정삭(01–10), 일반(15–25), 황삭(30–50). CVD TiCN/Al₂O₃/TiN 다층 코팅을 적용한 P25 등급은 일반 강 선삭의 약 70%를 커버하며, PVD TiAlN을 적용한 M20 등급은 대부분의 스테인리스 가공을 처리한다. 등급 매칭이 올바르면, 동일 형상·유사 조건의 강 선삭에서 초경 인서트 수명이 10분 미만에서 60분까지 연장될 수 있다.
절삭 공구의 유형, 형상, 코팅에 대한 전반적인 개요는 절삭 공구 완전 가이드를 참고한다.
ISO 적용 그룹
ISO 513 규격은 절삭 공구 재료를 여섯 개 적용 그룹으로 분류하며, 각 그룹은 알파벳과 색상 코드로 구분된다. 이것이 모든 등급 선정 의사결정의 출발점이다.
| ISO 그룹 | 색상 | 대상 피삭재 | 주요 요구 특성 |
|---|---|---|---|
| P (강) | 청색 | 탄소강, 합금강, 페라이트계 스테인리스 | 크레이터 마모 저항성 |
| M (스테인리스) | 황색 | 오스테나이트계 스테인리스, 듀플렉스, 주강 | 인성 + 내열성 |
| K (주철) | 적색 | 회주철, 구상흑연주철, 가단주철 | 내마모성 |
| N (비철) | 녹색 | 알루미늄, 구리, 황동, 플라스틱 | 샤프한 날, 낮은 마찰 |
| S (초내열합금) | 갈색 | 티타늄, Inconel, 코발트 합금 | 내열성, 날 강도 |
| H (경화강) | 회색 | 45 HRC 이상 경화강, 칠드 주철 | 고온 경도, 내마모성 |
두 자리 숫자는 경도와 인성 사이의 균형을 나타낸다. 낮은 번호(P01)는 더 단단하지만 더 취성이 크고, 높은 번호(P40)는 더 인성이 크지만 마모가 빠르다. 대부분의 일반 가공은 P20-P30 범위에 해당한다.
강 가공에서 어떤 등급으로 시작할지 불확실하다면, CVD 다층 코팅이 적용된 P25가 대부분의 선삭 용도에 무난한 기본값이다. 동일 피삭재의 밀링 및 단속 가공에서는 PVD 코팅이 적용된 P20-P30 등급으로 전환한다.
ISO 1832는 인덱서블 인서트의 영숫자 지정 체계를 정의한다 — 인서트 형상, 여유각, 공차 등급, 고정 홀 형상을 표준화된 코드로 부호화하며, 이 코드는 모든 인서트 포장에 표시된다(예: CNMG 120408). ISO 513 적용 그룹과 ISO 1832 인서트 지정이 결합되어, 특정 인서트 형상 및 등급을 가공 용도와 연결하는 이중 규격 체계를 이룬다.
소지(Substrate) 조성
초경 인서트는 코발트(Co) 결합제가 텅스텐 카바이드(WC) 입자를 결합하여 소결한 복합재다. 입자 크기와 결합제 비율이 등급의 근본적 특성을 결정한다.
입자 크기의 영향:
- 서브마이크론(<0.5 um): 최대 경도와 날의 예리함. 정삭 및 난삭재용.
- 파인 그레인(0.5-1.0 um): 경도와 인성의 적절한 균형. 범용 등급.
- 미디엄 그레인(1.0-3.0 um): 내마모성을 희생하는 대신 더 높은 인성. 단속 절삭용.
결합제 함량의 영향:
- 6% Co: 매우 단단하고 취성이 큼. 정삭 등급(P01-P10).
- 10% Co: 균형형. 범용 등급(P20-P30).
- 12-15% Co: 매우 인성이 큼. 중(重) 황삭 등급(P40-P50).
입자 크기와 속도의 관계
더 미세한 입자 크기는 더 높은 절삭 온도에서도 날의 완전성을 유지하여, 더 높은 절삭 속도를 가능하게 한다. 제조사 데이터에 따르면 서브마이크론 등급은 동등 조건·동등 마모 수준에 도달하기 전까지 미디엄 그레인 등급보다 통상 20-30% 더 빠르게 운전된다.
코팅과 등급의 상호작용
소지 등급과 코팅은 하나의 시스템으로 작동한다. 이 둘을 독립적으로 선택하면 성능이 최적화되지 않는다.
✦ CVD 코팅 등급 (일반적으로 P15-P35)
- 두꺼운 Al2O3 층이 열 차단 기능을 제공
- 강 및 주철의 연속 선삭에 최적
- 높은 절삭 속도(200-400 m/min) 대응
- 양산 조건에서 날당 원가가 낮음
✦ PVD 코팅 등급 (일반적으로 P10-P25)
- 얇은 코팅으로 샤프한 날 형상을 보존
- 밀링, 홈 가공, 나사 가공, 윤곽 가공에 최적
- CVD의 날 라운딩이 예리함을 저해하는 소형 인서트 및 포지티브 형상에 선호됨
- 단속 절삭 및 변동 맞물림 조건에서 우수
흔한 실수 하나는 인성이 크고 코발트 함량이 높은 소지(P35-P40)에 고속 연속 절삭용으로 설계된 CVD 코팅을 조합하는 것이다. 소지가 코팅이 허용하는 속도를 지탱하지 못한다. 마찬가지로, 단단한 P10 소지에 두꺼운 CVD 코팅을 조합하면 CVD가 절삭날을 라운딩시키기 때문에 소지가 지닐 수 있었던 날의 예리함이 낭비된다.
대부분의 강 선삭 용도에서 CVD 코팅은 고절삭속도에 유리하고, PVD 코팅은 단속 가공에서 날의 예리함에 유리하다. 코팅 기술은 지배적인 운전 조건 — 고속 연속 절삭인지, 날의 강도가 요구되는 단속 절삭인지 — 에 맞추어야 하며, 소지만 보고 결정해서는 안 된다. TiCN(탄질화티타늄)은 강용 대부분의 CVD 다층 스택에서 내마모 기저층을 형성하며, TiN(질화티타늄)은 사용 중 마모됨에 따라 날 마모를 시각적으로 나타내는 금색의 최상층이다. 알루미늄 옥사이드(Al₂O₃)는 강 및 주철 선삭용 CVD 다층 코팅에서 열 차단용 중간층으로 사용되는데, 이는 낮은 열전도율(~30 W/m·K; TiCN은 ~60 W/m·K)로 200 m/min 이상의 절삭 속도에서 소지로의 열 전달을 억제하기 때문이다.
피삭재별 등급 권장 사항
탄소강 및 합금강 (P 그룹):
- 선삭: CVD TiCN/Al2O3/TiN 다층의 P15-P25
- 밀링: PVD TiAlN의 P20-P30
- 단속 선삭: PVD 또는 얇은 CVD의 P25-P35
스테인리스강 (M 그룹):
- PVD TiAlN 또는 AlCrN 코팅의 M15-M25 등급 사용
- 높은 코발트 함량이 가공 경화된 표면에서의 노치 마모에 저항
- 무코팅 등급은 피한다 — 구성인선이 표면 조도를 저하시킴
TiAlN(알루미늄 질화티타늄) 코팅은 TiN보다 스테인리스강에 선호되는데, 더 높은 산화 저항성(~800°C까지 안정)이 오스테나이트계 스테인리스가 발생시키는 고온 절삭 환경에서 크레이터 마모를 줄이기 때문이다. AlCrN(알루미늄 질화크롬)은 TiAlN과 유사한 내열성에 고이송 단속 조건에서의 성능이 향상된 특성을 제공하므로, 맞물림이 변동하는 스테인리스 밀링에서는 TiAlN보다 더 나은 선택이 된다.
주철 (K 그룹):
- 회주철: 고속에서 CVD Al2O3의 K10-K20
- 구상흑연주철: 내마모를 위한 더 두꺼운 CVD 코팅의 K20-K30
- 500 m/min 이상에서 회주철 황삭에는 세라믹 인서트(Si3N4) 사용
알루미늄 (N 그룹):
- 무코팅 폴리시드 카바이드 또는 PCD(다결정 다이아몬드) 팁
- DLC 코팅이 구성인선을 방지
- TiAlN은 피한다 — 알루미늄이 해당 코팅과 화학적 친화성이 있어 급속한 용착을 유발
PCD(다결정 다이아몬드) 인서트는 대량 알루미늄 가공에 사용되는데, 다이아몬드의 극한의 경도(~8,000 HV)가 규소 함유 알루미늄 합금(2000, 6000, 7000 계열)이 500–1,500 m/min의 절삭 속도에서 발생시키는 연마 마모에 저항하기 때문이다. DLC(다이아몬드형 카본) 코팅은 중속 알루미늄 가공에서 더 낮은 비용으로 동일한 용착 방지 기능을 담당하며, 알루미늄이 인서트 날에 용착되는 것을 막는 저마찰 표면을 제공한다.
강용 최적 인서트 등급에 대한 단일한 정답은 드물다 — 가공이 연속인지 단속인지, 그리고 절삭 속도에 따라 달라진다. P25 + CVD가 대부분의 강 선삭을 커버하고, P30 + PVD가 밀링에 적합하며, P30-P40 + PVD가 단속 절삭을 처리한다.
그룹 교차 적용 지양
스테인리스강에 P 그룹 등급을, 주철에 M 그룹 등급을 사용하면 통상 성능이 떨어지며, 특히 오스테나이트계 스테인리스와 구상흑연주철에서는 올바른 ISO 그룹 대비 마모 기구가 가장 크게 다르다. 등급은 특정 마모 기구에 맞추어 설계된다. 강은 경사면에 크레이터 마모를 유발하고(P 등급이 이에 저항), 주철은 연마성 플랭크 마모를 유발한다(K 등급이 이에 저항). 잘못된 그룹을 사용한다는 것은 등급이 엉뚱한 파손 모드에 최적화되어 있다는 뜻이다.
실제 선정 순서
- 피삭재를 식별하여 ISO 그룹(P, M, K, N, S, H)에 매칭
- 가공 강도 결정: 정삭(01-10), 일반(15-25), 또는 황삭(30-50)
- 코팅 유형 선택: 연속 절삭에는 CVD, 단속에는 PVD
- 제조사 권장 속도 및 이송으로 시작
- 첫 공구 교환 후 마모 패턴을 평가하고 필요 시 등급 조정
이 순서 — ISO 그룹이 첫째, 가공 강도가 둘째, 코팅 유형이 셋째 — 를 따르면 실제 시험 절삭 이전에 대부분의 등급 선정 오류를 잡을 수 있다.
적용별 빠른 등급 선정
| 시나리오 | ISO 그룹 | 등급 범위 | 코팅 | 이유 |
|---|---|---|---|---|
| 일반 강 선삭 | P | P20–P30 | CVD TiCN/Al₂O₃/TiN | 크레이터·플랭크 마모 저항성 균형 |
| 스테인리스강(오스테나이트계) | M | M15–M25 | PVD TiAlN 또는 AlCrN | 가공 경화 및 구성인선에 저항 |
| 회주철(고속) | K | K10–K20 | CVD Al₂O₃ | 단단한 탄화물에 대한 내마모 |
| 알루미늄 / 비철 | N | N10–N20 | 무코팅 폴리시드 또는 DLC | 연질 소재에서 구성인선 방지 |
| 단속 절삭(강) | P | P30–P40 | PVD TiAlN | 압축 응력이 마이크로 치핑에 저항 |
| 45 HRC 이상 경화강 | H | H10–H20 | CVD 다층 | 고온 경도 + 크레이터 마모 저항 |
| 초내열합금(Inconel, Ti) | S | S15–S25 | PVD AlCrN | 내열성, 800°C 이상 산화 저항 |
ISO 그룹으로 시작하고, 가공 강도로 다듬는다.
등급 선정은 명확한 계층을 따른다: ISO 적용 그룹이 먼저, 그다음 가공 유형에 따른 경도-인성 번호, 그다음 연속 대 단속 절삭에 맞춘 코팅. P25 CVD 등급은 일반 강 선삭의 70%를 커버하고, M20 PVD 등급은 대부분의 스테인리스 가공을 처리한다. 이 두 출발점을 숙달한 뒤, 현장의 실제 마모 패턴을 바탕으로 다듬는다.
일반 강 선삭 대부분을 커버하는 ISO 인서트 등급은 무엇인가?
CVD TiCN/Al₂O₃/TiN 다층 코팅이 적용된 P25 등급이 일반 강 선삭 용도의 약 70%를 커버한다. Al₂O₃ 층의 크레이터 마모 저항성과 P25 소지의 인성을 균형 있게 갖추고 있어, 실제 마모 패턴을 바탕으로 다듬기 전 기본 출발점으로 삼기에 적합하다.
강과 스테인리스강에 동일한 초경 등급을 사용할 수 없는 이유는 무엇인가?
강은 경사면에 크레이터 마모를 유발하며 — CVD Al₂O₃를 적용한 P 등급이 이에 저항한다 — 스테인리스강은 가공 경화된 표면에서 노치 마모를 유발하므로 M15–M25 등급의 더 높은 코발트 인성이 필요하다. 잘못된 ISO 그룹을 사용하면 등급이 엉뚱한 파손 모드에 대응하게 되어, 일반적인 비교에서 공구 수명이 30-50% 단축된다.
CVD와 PVD 코팅 인서트 등급의 차이는 무엇인가?
CVD 코팅(두께 8-20 µm)은 연속 고속 선삭을 위한 열 차단층을 제공하며, PVD 코팅(1-8um)은 밀링, 홈 가공, 단속 절삭을 위해 샤프한 날 형상을 보존한다. 연속 작업에는 CVD, 단속 작업에는 PVD를 선택한다.
코발트 결합제 함량이 인서트 성능에 어떻게 영향을 주는가?
코발트 결합제는 경도-인성 균형을 지배한다. 6% 코발트는 매우 단단하고 취성이 큰 정삭 등급(P01–P10)을 만들고, 10% 코발트는 균형 잡힌 범용 등급(P20–P30)을 만들며, 12–15% 코발트는 단속 절삭 및 중(重)단속 진입 충격에서 치핑에 저항하는 매우 인성이 큰 황삭 등급(P40–P50)을 만든다.
