탄소강과 저합금강(ISO 513 P 그룹)의 경우, 200 BHN 미만의 연강은 일반적으로 ~180-250 m/min, 200-300 BHN의 중탄소·합금강은 130-180 m/min, 300-400 BHN(30-43 HRC)의 경화 합금강은 80-130 m/min으로 초경 선삭을 시작하십시오 — 일반 선삭에 이송 0.15-0.4 mm/rev와 절삭 깊이 1-4 mm로. 연속 선삭에는 CVD TiCN/Al₂O₃/TiN P15-P25 멀티레이어 등급을 사용하고, 밀링과 단속 절삭에는 PVD TiAlN P20-P30으로 떨어뜨리며, 연강에 용착날이 나타나면 속도를 15-20% 올립니다.
이것들은 고정 규칙이 아니라 시작점이다 — 실제 값은 기계 강성, 공구 돌출, 쿨런트, 특정 합금에 따라 다르다. 이 수치들 뒤의 기초 공구 수명 이론은 CNC 공구 수명 최적화 가이드를 참조한다. 여기 인용된 등급을 읽는 방법은 초경 인서트 등급 선정 가이드를, 소재별 개요는 소재별 가공 완전 가이드를 참조한다.
빠른 강재 가공 참조
| 문제 / 목표 | 1차 조치 | 예상 효과 |
|---|---|---|
| 연강 선삭의 짧은 공구 수명 | 절삭속도를 기준선에서 10-15% 감소 | 작은 이송에서 ~1.5-2.1x 공구 수명 (강재 <300 BHN의 Taylor n≈0.14-0.25) |
| 저탄소강의 마감을 손상시키는 용착날 | 절삭속도를 BUE 임계값 위로 15-20% 증가 | 칩-공구 온도가 응착 범위를 초과하면 BUE 탈락; Ra가 일반적으로 30-50% 개선 |
| 황삭의 긴 사이클 타임 | 속도나 이송 전에 절삭 깊이 증가 | MRR이 ap에 비례하여 상승(MRR = V×f×ap), 최소 공구 수명 비용 |
| 합금강 경사면의 크레이터 마모 | 속도를 10-15% 떨어뜨리거나 더 두꺼운 Al₂O₃ CVD 층 사용 | 확산 마모율이 계면 온도 50-80°C 하강당 대략 절반 |
| 올바른 속도에서 불량한 표면조도 | 이송 감소 또는 노즈 반경 증가 | Ra ≈ f²/(32r) — 이송 절반이면 이론 Ra ~75% 절감 |
| 300-400 BHN 합금강 가공 시 치핑 | 더 인성 있는 P30-P40 PVD 등급으로 전환, 진입 이송 감소 | 더 높은 코발트 바인더가 파괴 인성을 높여 절삭날 미세 파괴 감소 |
강재 경도가 모든 파라미터를 구동하는 이유
브리넬(BHN) 또는 로크웰 C(HRC)로 표현되는 가공물 경도는 탄소강과 합금강의 허용 절삭속도를 구동하는 단일 최대 요인이다. 높은 경도가 절삭력과 칩-공구 계면 온도를 높이기 때문이다. 탄소강과 저합금강은 모두 ISO 513 P 그룹에 속하지만, 부드러운 120 BHN 연강에서 400 BHN 담금질-템퍼링 합금강에 이르므로 실용적 절삭속도 범위가 대략 2-3x 변한다.
세 가지 경도 대역이 대부분의 P-그룹 작업을 커버한다.
- 저탄소 / 연강(~200 BHN 미만, ~11-20 HRC): 1018, 1020, A36, 12L14. 부드럽고 점성이 있으며 저속에서 용착날에 취약. 그룹 중 가장 높은 절삭속도.
- 중탄소·합금강(200-300 BHN, ~20-32 HRC): 1045, 4140 어닐링/노멀라이즈, 8620. 주력 대역 — 적당한 속도, 양호한 칩 제어.
- 경화 / 열처리 합금강(300-400 BHN, ~32-43 HRC): 4140 QT, 4340 QT. 더 낮은 속도, 더 인성 있는 등급. ~45 HRC 위에서는 작업이 ISO 513 H 그룹으로 넘어간다 — 이 글의 범위 밖인 경질 선삭 vs 연삭 논의를 참조한다.
ISO 513은 탄소강, 합금강, 페라이트 스테인리스를 경사면의 크레이터 마모를 지배적 마모 메커니즘으로 공유하므로 P 그룹에 함께 분류하며, P-등급 초경은 Al₂O₃ 열 장벽 층으로 이에 저항하도록 엔지니어링된다. 그다음 하위 번호(P01-P50)가 특정 작업 강도에 대한 경도-인성 균형을 설정한다.
강재 클래스별 절삭속도와 이송
다음 선삭 파라미터는 코팅 초경을 사용하며 플러드 쿨런트 또는 건식 연속 절삭의 강성 셋업을 가정한다; 단속 절삭에는 속도를 15-25%, 미코팅 HSS 운전 시 20-30% 감소시킨다. 이것들은 제조사 선삭 데이터(Sandvik, Kennametal)와 Machinery's Handbook 범위와 일치하는 범용 시작점이다 — 정확한 등급은 인서트 제조사 카탈로그에 대해 확인한다.
탄소강·합금강 선삭 — 초경, 경도 대역별:
| 강재 클래스 | 경도 | 절삭속도 Vc | 이송 (정삭) | 이송 (황삭) | 일반적 DOC |
|---|---|---|---|---|---|
| 저탄소 / 연강 (1018, A36) | 110-200 BHN | 180-250 m/min | 0.1-0.25 mm/rev | 0.3-0.5 mm/rev | 1.5-4 mm |
| 중탄소 (1045 노멀라이즈) | 200-270 BHN | 150-200 m/min | 0.1-0.25 mm/rev | 0.3-0.5 mm/rev | 1.5-4 mm |
| 합금강 어닐링 (4140, 4340) | 200-300 BHN | 130-180 m/min | 0.1-0.2 mm/rev | 0.25-0.4 mm/rev | 1-3 mm |
| 합금강 QT (4140, 4340) | 300-400 BHN (32-43 HRC) | 80-130 m/min | 0.08-0.18 mm/rev | 0.2-0.35 mm/rev | 0.5-2.5 mm |
탄소강·합금강 밀링 — 코팅 초경 엔드밀 / 페이스밀, 날당 이송(fz):
| 강재 클래스 | 경도 | 절삭속도 Vc | fz (정삭) | fz (황삭) |
|---|---|---|---|---|
| 저탄소 / 연강 | 110-200 BHN | 120-200 m/min | 0.05-0.1 mm/날 | 0.1-0.2 mm/날 |
| 중탄소 | 200-270 BHN | 100-160 m/min | 0.05-0.1 mm/날 | 0.1-0.18 mm/날 |
| 합금강 어닐링 | 200-300 BHN | 90-140 m/min | 0.04-0.08 mm/날 | 0.08-0.15 mm/날 |
| 합금강 QT | 300-400 BHN | 60-110 m/min | 0.04-0.07 mm/날 | 0.06-0.12 mm/날 |
ISO 8688-1은 미코팅 P25 초경의 C45 중탄소강에 대한 기준 페이스밀링 속도로 ~180 m/min을 확립하며, 이는 코팅 향상이 적용되면 위의 밀링 대역과 일치한다. 현대 CVD/PVD 코팅은 일반적으로 비교 가능한 마모 기준 하 미코팅 기준보다 20-50% 높은 속도를 허용한다.
주축 RPM은 절삭속도에서 **RPM = (Vc × 1000) / (π × D)**로 변환되며, 여기서 D는 가공물(선삭) 또는 커터(밀링) 직경(mm)이다. 직경이 고정 Vc에서 RPM을 지배한다: 직경을 절반으로 하면 필요 RPM이 두 배가 되며, 이것이 강재의 소직경 엔드밀이 종종 소재의 최적 Vc에 도달하기 전에 주축 최고 속도에 부딪히는 이유다.
모범 사례
새 강재 작업의 경우, 경도 대역 속도 범위의 중간점에서 시작하여 공구 하나를 마모 한계까지 운전한 다음 마모 패턴을 읽는다. 균일한 플랭크 마모는 파라미터가 잘 맞춰졌음을 의미한다; 크레이터 마모는 속도를 10-15% 떨어뜨림을 의미한다; 용착날은 속도를 15-20% 올림을 의미한다. 각 변경이 진단 가능하도록 한 번에 한 변수씩 조정한다.
연강의 용착날 제어
용착날(BUE)은 ~200 BHN 미만의 저탄소강과 쾌삭강의 지배적 마감 파괴자이며, 절삭속도가 칩-공구 계면이 응착된 가공물 소재가 절삭날에 용접되는 대신 전단되는 온도에 도달하기에 너무 낮을 때 형성된다. 1018과 A36 같은 부드럽고 연성인 연강은 낮은 전단 강도가 경사면에서 응착을 촉진하므로 더 단단한 합금강보다 BUE에 훨씬 취약하다.
1차 제어는 절삭속도다: Vc를 15-20% 올리면 일반적으로 계면 온도가 응착 범위 위로 밀려 올라가 용착 층이 축적되는 대신 연속적으로 떨어진다. 2차 제어:
- 더 날카로운 PVD 코팅 절삭날: 연마된-경사면 PVD TiAlN 인서트는 증착 공정으로 둥글어진 CVD 코팅 절삭날보다 응착에 더 잘 저항하므로, PVD가 연강 정삭에 일반적으로 선호된다.
- 포지티브 경사각 형상: 더 높은 포지티브 경사각이 절삭력과 소재가 용접될 수 있는 접촉 길이를 줄인다.
- 효과적인 쿨런트: 속도를 올릴 수 없는 저속 작업의 경우, 고윤활 절삭유가 응착을 줄인다 — 작업별 절삭유 선택은 쿨런트 선정 가이드를 참조한다.
쾌삭 등급인 12L14(납 첨가)나 1215(재황화)는 칩을 파쇄하고 BUE를 억제하는 개재물을 함유하여 일반 1018보다 20-40% 높은 속도를 허용한다 — 절충은 쾌삭강 vs 표준강에서 다룬다.
이것을 회피하라
부드러운 연강에 "부드럽게" 하려고 속도를 낮추는 것은 보통 마감을 더 나쁘게 만든다. 1018을 60-80 m/min으로 운전하면 BUE 형성 영역에 정확히 위치하여 찢어지고 스미어된 표면(Ra 종종 3-6 µm)을 생성한다. 속도를 일반적 ~180-250 m/min 대역으로 올리면 보통 동일한 인서트로 Ra를 1.6 µm 미만으로 떨어뜨린다. 칩-공구 계면이 응착 온도를 벗어나기 때문이다.
P-그룹 강재의 초경 등급 선정
탄소강과 저합금강의 경우, CVD TiCN/Al₂O₃/TiN 멀티레이어 P15-P25 등급이 연속 선삭의 기본값인 반면, PVD TiAlN P20-P30 등급은 더 얇은 코팅이 더 날카롭고 더 파괴 저항성 있는 절삭날을 보존하므로 밀링과 단속 절삭에 선호된다. 등급 하위 번호는 소재만이 아니라 작업 강도를 추적한다.
| 작업 | 강재 경도 | ISO 등급 | 코팅 | 이유 |
|---|---|---|---|---|
| 정삭 선삭, 연속 | <300 BHN | P10-P20 | CVD TiCN/Al₂O₃/TiN | 단단한 모재 + 열 장벽이 속도 유지 |
| 일반 선삭 | <300 BHN | P20-P30 | CVD 멀티레이어 | 균형 잡힌 크레이터 및 플랭크 내마모성 |
| 황삭 / 단속 선삭 | <300 BHN | P30-P40 | PVD TiAlN 또는 얇은 CVD | 높은 코발트 인성이 치핑에 저항 |
| 밀링 (페이스 / 엔드) | <300 BHN | P20-P30 | PVD TiAlN | 날카로운 절삭날이 가변 맞물림 생존 |
| 경화 합금 선삭 | 300-400 BHN | P10-P20 | CVD 멀티레이어 | 고온 경도 + 고온 크레이터 저항 |
TiCN은 경도가 마모성 플랭크 마모에 저항하므로 CVD 스택의 내마모성 베이스 층을 형성하는 반면, Al₂O₃는 연속 강재 선삭의 높은 계면 온도에서 철-탄소 확산(크레이터 마모)을 억제하는 중간 열 장벽 층이다. TiAlN은 ~800°C까지의 내산화성이 단속 절삭의 주기적 가열 하에 버티면서 절삭날을 날카롭게 유지하므로 강재 밀링의 PVD 코팅으로 선호된다.
코발트 바인더 함량이 인성을 설정한다: ~6% Co는 단단하고 취성인 P01-P10 정삭 등급을 준다; ~10% Co는 균형 잡힌 P20-P30 일반 등급을 준다; 12-15% Co는 단속 진입에서 미세 치핑에 저항하는 인성 있는 P40-P50 황삭 등급을 준다. 바인더를 강재 경도뿐 아니라 단속 강도에 맞춘다.
공구 수명, MRR, 마감을 위한 튜닝
세 선삭 파라미터 중, 절삭속도가 공구 수명에 가장 큰 영향을, 절삭 깊이가 단위 공구 수명 비용당 재료 제거율에 가장 큰 영향을, 이송이 표면조도에 가장 큰 영향을 미친다 — 따라서 강재의 최적화 순서는 보통 깊이 먼저, 그다음 이송, 그다음 속도다. 이 우선순위는 지배 관계식에서 직접 따라온다.
선삭의 재료 제거율은 MRR = Vc × f × ap(일관된 단위)다. 절삭 깊이가 MRR을 올리는 가장 저렴한 방법이다. 강성 셋업에서 ap를 증가시키면 제거율이 대략 비례하여 상승하는 반면 동등한 속도 증가보다 공구 수명에 훨씬 적게 영향을 미치기 때문이다.
선삭의 이론 표면조도는 **Ra ≈ f² / (32 × r)**이며, 여기서 f는 회전당 이송, r은 노즈 반경이다. 이송이 제곱으로 나타나므로 마감을 지배한다 — 이송을 절반으로 하면 이론 Ra가 약 75% 절감되는 반면, 노즈 반경을 두 배로 하면 절반만 된다; 실제 Ra는 진동과 절삭날 마모로 인해 일반적으로 이론값의 1.2-1.5x로 운전한다.
공구 수명은 Taylor 방정식 Vc·Tⁿ = C를 따른다. 300 BHN 미만 연강의 초경의 경우, n ≈ 0.14(작은 이송)에서 0.25(큰 이송)이므로, 작은 이송에서 10-15% 속도 절감이 수명을 ~1.5-2.1x 연장할 수 있다; 300 BHN 이상의 더 단단한 강재의 경우, n ≈ 0.20(작은 이송)에서 0.33(큰 이송)이다. 지수 n이 속도-수명 절충을 지배한다: n이 높을수록 단위 속도 감소당 더 많은 공구 수명을 사며, 이것이 경화 합금강이 연강보다 보수적 속도를 더 보상하는 이유다.
공장 현장 교체의 경우, ISO 3685는 평균 플랭크 마모 VB = 0.3 mm를 정삭 공구 수명 기준으로, VB = 0.6 mm(최대)를 황삭으로 설정하며, 이 한계는 절삭날을 인덱싱하거나 교체하는 실용적 신호로 P-그룹 강재의 초경 선삭에 적용된다.
속도를 경도 대역에, 등급을 작업에 맞추고, 깊이-그다음-이송-그다음-속도를 튜닝한다.
탄소강과 저합금강의 경우, 절삭속도를 경도 대역으로 설정하고(일반적으로 200 BHN 미만 ~180-250 m/min, 200-300 BHN ~130-180 m/min, 300-400 BHN ~80-130 m/min), 연속 선삭에는 CVD P15-P25 등급을, 밀링과 단속 절삭에는 PVD P20-P30 등급을 고르며, 부드러운 연강의 용착날은 속도를 15-20% 올려 제어한다. 중간점에서 시작하고, 첫 공구 교체 시 마모 패턴을 읽으며, ISO 3685 마모 한계를 향해 한 번에 한 변수씩 조정한다.
초경으로 연강을 가공할 때 어떤 절삭속도를 사용해야 하는가?
200 BHN 미만의 저탄소 연강(1018, A36)의 경우, 정삭에 이송 0.1-0.25 mm/rev로 일반적으로 ~180-250 m/min에서 초경 선삭을 시작합니다. 부드러운 강재는 그룹의 가장 높은 속도를 견딥니다; 찢어지고 스미어된 마감이 나타나면 속도가 너무 낮아 용착날이 형성되고 있는 것입니다.
경화 합금강의 절삭 파라미터는 어떻게 바뀌는가?
300-400 BHN(32-43 HRC)의 담금질-템퍼링 4140 또는 4340의 경우, 초경 선삭 속도를 80-130 m/min으로, 이송을 0.08-0.18 mm/rev로 줄입니다. 높은 경도가 절삭력과 계면 온도를 높이므로, 더 단단한 강재는 부드러운 연강보다 대략 40-60% 느리게 운전합니다.
탄소강과 합금강 선삭에 어떤 초경 등급이 가장 적합한가?
P15-P25 범위의 CVD TiCN/Al₂O₃/TiN 멀티레이어 등급이 연속 강재 선삭의 기본값으로, 대부분의 일반 작업을 커버합니다. 더 날카롭고 인성 있는 절삭날이 CVD보다 치핑에 더 잘 저항하는 밀링과 단속 절삭에는 PVD TiAlN P20-P30 등급으로 전환합니다.
연강을 가공할 때 용착날을 어떻게 멈추는가?
절삭속도를 15-20% 올려 칩-공구 계면이 응착 온도를 초과하고 용착 층이 연속적으로 떨어지게 합니다. 날카로운 PVD 코팅 인서트, 포지티브 경사각 형상, 또는 쾌삭 등급(12L14)도 BUE를 줄입니다; 속도를 낮추면 보통 마감이 더 나빠집니다.
강재 가공을 개선하려면 어떤 파라미터를 먼저 조정해야 하는가?
낮은 공구 수명 비용으로 재료 제거율을 올리려면 절삭 깊이를 먼저 조정하고, 그다음 표면조도를 제어하려면 이송(Ra ≈ f²/32r), 그다음 공구 수명을 균형 잡으려면 속도(Taylor Vc·Tⁿ=C)를 조정합니다. 강재의 경우, 작은 이송에서 10-15% 속도 감소가 초경 공구 수명을 ~1.5-2.1x 연장할 수 있습니다.
