D2와 A2를 어닐링 상태(~200–250 HB)에서 코팅 초경으로 100–180 m/min으로 가공한 다음, 58–62 HRC로 열처리하고 경질 밀링이나 연삭으로 중요 형상만 정삭하십시오 — 이는 무거운 스톡 제거를 저렴하고 빠른 연질 절삭 상태로 라우팅합니다. P20은 사전경화 상태(~28–34 HRC, ~300 HB)에서 80–150 m/min으로 직접 가공합니다. 절삭 준비가 된 채로 출하되고 열처리 변형을 전적으로 건너뛰기 때문이며, 이것이 플라스틱 사출 금형 캐비티를 지배하는 이유입니다.
공구강과 금형강은 하나의 가공 문제가 아니다 — 여러 개이며, 지배적 변수는 가공물이 도착하는 열처리 상태다. 동일한 D2 봉재가 어닐링되면 일상적인 220 HB 절삭이고 경화 후 62 HRC에서는 PCBN-또는-연삭 작업이다. 언제 경화하는지에 대해 언제 절삭할지를 선택하는 것이 금형 부품의 사이클 타임, 공구 비용, 최종 정확도를 제어하는 단일 결정이다. 이 가이드는 >45 HRC 정삭을 일반적으로 다루는 경화강 가공 가이드와 정삭-공정 선택을 다루는 경질 선삭 vs 연삭 사이에 위치한다. 모든 합금군에 걸친 더 폭넓은 소재 지도는 소재별 가공 완전 가이드를 참조한다.
빠른 공구·금형강 가공 참조
| 문제 / 목표 | 1차 조치 | 예상 효과 |
|---|---|---|
| D2/A2 캐비티의 무거운 스톡 제거 | 열처리 전 어닐링 상태(~200–250 HB)에서 황삭 | 동일 강재를 58 HRC 이상 경화하여 절삭하는 것 대비 2–4× 높은 MRR |
| 열처리 후 작업이 최소로 필요한 금형 캐비티 | 사전경화 P20(~30 HRC) 사용; 직접 가공, 열처리 없음 | 열처리 변형 보정 제거; 1–2개 공정 단계 절약 |
| D2 경화 후 변형 | 0.1–0.3 mm 정삭 여유 남김; 공기 경화 후 정삭-밀/연삭 | 보정 안 한 ±50–100 µm 드리프트 대비 최종 공차를 ±5–15 µm로 유지 |
| 58–62 HRC 금형강 밀링의 짧은 초경 수명 | AlCrN 코팅으로 전환, f_z를 0.02–0.05 mm/날로 낮춤 | 52 HRC 이상의 강성 셋업에서 TiAlN 대비 공구 수명 1.5–2.5× 증가 가능 |
| 어닐링 D2(12% Cr) 밀링 시 치핑 | ae를 30–50% D로 감소, 트로코이드 경로 사용 | 마모를 치핑에서 마모성 플랭크 마모로 이동; 더 예측 가능한 수명 |
| 44–50 HRC의 H13 열간 금형 | TiAlN/AlCrN으로 60–90 m/min에서 직접 경질 밀링 | 재경화 사이클 회피; 3D 캐비티 정삭에 허용 가능 |
열처리 상태가 전체 전략을 결정하는 이유
공구강의 절삭성은 어닐링 상태와 완전 경화 상태 사이에 대략 3–5× 인자로 변하며, 이것이 고제거 금형 및 펀치 작업에 연질-가공-후-경화 시퀀스가 기본 경로로 남는 이유다. 200–250 HB의 어닐링 D2는 인성 있는 합금강처럼 절삭된다; 60–62 HRC의 동일한 D2는 벌크 경도가 미코팅 WC-Co 초경의 상온 경도(≈1,600–1,800 HV)에 접근하며 가벼운 정삭 외에는 PCBN이나 연삭을 요구한다.
세 가지 물성이 차이를 구동한다. 첫째, 벌크 경도: 대략 45 HRC 위에서, 가공물 카바이드 상 — D2의 M₇C₃ 크롬 카바이드가 ~1,800 HV, 고속도강 등급의 M₂C/M₆C — 이 초경 공구의 바인더보다 단단하므로 마모성 플랭크 마모가 가파르게 가속된다. 둘째, 카바이드 부피 분율: D2는 ~12% Cr과 ~1.5% C를 지녀 어닐링되어도 단단한 카바이드의 밀집 네트워크를 형성하므로 동일 경도에서 P20이나 H13보다 마모성이 크다. 셋째, 경화 시 변형: 모든 강재가 담금질 중 치수적으로 움직이므로, 경화 전 정삭은 절삭한 공차를 잃을 위험이 있다.
실용적 규칙은 무거운 재료 제거를 가장 저렴한 절삭 상태로 밀어 넣고 비싼 경화-상태 절삭을 최종 공차를 유지해야 하는 형상에만 예비하는 것이다. 공기 경화 등급(D2, A2)은 유냉이나 수냉 등급보다 변형이 적으며, 이것이 열처리 후 작은 정삭 여유를 동반한 니어 네트 연질 가공을 견디는 이유다. A2(5% Cr, ~1% C)는 D2의 저-카바이드 사촌이며, 경화 중 더 균일한 치수 반응이 연질-후-정삭 워크플로를 단순화하므로 특별히 선택되는 경우가 많다.
핵심 결정: 연질 가공 + 열처리 vs 경질 밀링 직접
✦ 연질 가공 후 경화 최적 용도
- MRR이 가장 중요한 고스톡 제거(깊은 캐비티, 펀치 블랭크)
- 담금질에서 예측 가능하게 움직이는 공기 경화 등급 D2와 A2
- 부품 전체에 58–62 HRC 최종 경도 필요
- 사내 또는 신뢰할 수 있는 외주 열처리 역량이 있는 공장
- 열처리 후 정리를 위해 0.1–0.3 mm 정삭 여유를 남길 수 있는 부품
✦ 경질 밀링 / 직접 가공 최적 용도
- 사전경화 P20(~30 HRC) 플라스틱 금형 캐비티 — 열처리 전혀 없음
- 44–50 HRC에서 사용되는 H13 열간 공구(재경화 불필요)
- 이미 경화된 블록의 후기 설계 변경 또는 재작업
- 열처리 사이클의 리드 타임이 일정을 지배하는 소량 부품
- 경화 블록 재가공이 연질 재절삭을 이기는 3D 캐비티 정삭
연질 가공 후 경화는 부품이 58 HRC 이상의 완전 경도를 필요로 하고 형상이 작은 정삭 여유를 허용할 때마다 더 낮은 비용 경로다. 200–250 HB에서의 황삭이 동일 강재를 60 HRC에서 절삭하는 것보다 2–4× 빠르게 재료를 제거하기 때문이다. 페널티는 경화 사이클이 도입하는 변형이다: D2 블록은 단면 두께와 담금질 강도에 따라 0.05–0.2 mm 움직일 수 있으므로, 워크플로는 중요 표면에 0.1–0.3 mm의 정삭 여유를 남겨 열처리 후 경질 밀링, 연삭, 또는 EDM으로 정리해야 한다.
사전경화 P20은 열처리-후-보정 사이클을 건너뛰도록 특별히 사전 템퍼링되어 공급되므로 공급된 28–34 HRC 상태에서 직접 가공되며, 이것이 플라스틱 사출 금형 베이스와 캐비티의 표준이 된 이유다. P20을 사전경화로 구매하는 것은 최대 경도의 적당한 감소(~36 HRC 이상에서는 거의 사용되지 않음)를 전체 변형-보정 공정 단계의 제거와 교환한다 — 금형이 금속 성형이 아닌 플라스틱 하중을 받을 때 가치 있는 교환이다.
H13은 중간 지대를 차지한다. 열간 금형강으로서 자주 44–52 HRC에서 사용되며, 많은 H13 캐비티가 작업 경도가 이미 TiAlN/AlCrN 엔드밀의 사정거리 내에 있으므로 연질 가공 후 재경화하는 대신 그 경도에서 코팅 초경으로 직접 경질 밀링된다.
모범 사례
경화될 부품을 연질 가공할 때 최종 공차를 지니는 모든 표면에 0.1–0.3 mm의 정삭 여유 — 0이 아니라 — 를 남긴다. 경화 담금질이 형상을 움직이며, 공차를 회복하는 유일한 방법은 절삭할 소재를 남겨두는 것이다. 여유를 단면 두께에 맞추는 것(더 두꺼운 단면이 더 많이 움직임)이 일률적 값보다 신뢰할 수 있다.
강재와 열처리 상태별 속도와 이송
아래 표는 등급과 상태별 선삭/밀링 시작점을 제공한다. 모든 값은 강성 셋업, PCBN이 명시된 경우를 제외한 코팅 초경, 지배적 마모 모드로서 균일한 플랭크 마모를 가정한다 — 이를 보장이 아니라 교정 시작점으로 취급하고, 기계에서 관찰된 ISO 3685 마모 기준에 맞춘다.
| 강재 | 상태 | 경도 | 공구 | 속도 (m/min) | 이송 (mm/rev 또는 mm/날) |
|---|---|---|---|---|---|
| D2 | 어닐링 | 200–250 HB | TiAlN 초경 | 100–150 | 0.10–0.25 mm/rev |
| D2 | 경화 | 58–62 HRC | 저-CBN PCBN (선삭) | 80–130 | 0.05–0.12 mm/rev |
| A2 | 어닐링 | 200–230 HB | TiAlN 초경 | 120–180 | 0.10–0.25 mm/rev |
| A2 | 경화 | 57–60 HRC | PCBN / AlCrN 초경 (밀링) | 60–110 | 0.03–0.08 mm/날 |
| P20 | 사전경화 | 28–34 HRC | TiAlN 초경 | 80–150 | 0.08–0.20 mm/날 |
| H13 | 어닐링 | ~200 HB | TiAlN 초경 | 110–170 | 0.10–0.25 mm/rev |
| H13 | 경화 | 44–52 HRC | TiAlN/AlCrN 초경 (밀링) | 60–90 | 0.04–0.10 mm/날 |
절삭 온도와 마모성 마모가 모두 오르므로 경도가 상승하면 속도가 떨어진다. >45 HRC 정삭 상세는 경화강 가공 가이드를 교차 참조한다. 이 시작점에서 SFM/칩 부하 계산은 강재 가공 파라미터 가이드를 참조한다.
사전경화 P20은 D2의 더 높은 카바이드 함량에도 불구하고 어닐링 D2보다 느리게 운전한다. P20의 ~30 HRC 벌크 경도가 220 HB 어닐 대비 절삭력과 계면 온도를 높이기 때문이며, 이는 합금 화학만이 아니라 상태가 달성 가능한 속도를 설정함을 보여준다. 어닐링 D2는 단위 부피당 더 마모성이지만 낮은 벌크 경도가 더 높은 절삭속도를 허용한다; 이것이 연질 가공 경로가 D2 같은 고-카바이드 등급에서도 그렇게 생산적인 이유다.
TiAlN 코팅은 3,000–3,500 HV 경도와 ~800°C까지의 내산화성이 P-그룹 강재 절삭의 적당한 온도를 처리하므로 어닐링 공구강 연질 가공에 선호되는 반면, AlCrN은 ~1,100°C까지의 내산화성이 경질 밀링의 더 높은 계면 온도에서 열 여유를 제공하므로 가공물이 ~52 HRC를 초과하면 선호된다. 경질 절삭 소재의 ISO 513 분류에 따라, P-그룹 초경 등급은 어닐링 공구강 같은 장-칩핑 강재를 겨냥하며, 이는 이 연질 가공 권장이 속하는 적용 그룹이다.
변형 제어와 정삭 여유
열처리 전 정삭 회피
부품을 경화하기 전에 최종 공차로 정삭 가공하지 말 것. 담금질은 등급, 단면 두께, 담금질 강도에 따라 치수를 0.05–0.2 mm 움직일 수 있다 — 먼저 정삭하면 절삭한 공차를 버린다. 공차 표면에 0.1–0.3 mm의 스톡을 남기고 경화 후 경질 밀링, 연삭, 또는 EDM으로 제거한다.
변형 거동은 경화 메커니즘에 따라 급격히 다르다. 공기 경화 등급(D2, A2)은 더 느리고 더 균일한 냉각이 휨을 구동하는 열 구배를 줄이므로 유냉이나 수냉 등급보다 일반적으로 변형이 적으며, 이것이 열처리 후 빡빡한 형상을 유지해야 하는 부품에 금형 제작자가 선호하는 주된 이유다. 그렇더라도 단면이 불균등한 공기 경화 D2 블록은 0.05–0.2 mm 움직일 수 있으므로, 정삭 여유는 공차 형상에서 타협 불가다.
여유를 정하는 간단한 방법: 부품의 가장 큰 단면-두께 변화에 맞춘다. 더 두꺼운 단면이 더 느리게 냉각되고 더 많이 움직이기 때문이다. 거의 균일한 블록은 0.1 mm만 필요할 수 있다; 3:1 단면 비의 부품은 0.25–0.3 mm가 더 안전하다. 대칭 스톡 제거 — 경화 전 판의 양면을 고르게 황삭 — 는 한 면에서 모든 스톡을 제거하는 것보다 잔류-응력 구동 휨을 더 효과적으로 줄이며, 이는 정밀 금형판 작업에서 차용한 실천이다.
경화 후 정삭 방법은 그다음 경질 선삭 vs 연삭 결정을 따른다: Ra ≥ 0.4 µm의 연속 형상에는 경질 밀링이나 PCBN 선삭, Ra ≤ 0.2 µm 또는 백색층이 얇게 유지되어야 하는 곳에는 연삭. EDM은 밀링이나 연삭이 도달할 수 없는 깊고 미세한 캐비티 디테일을 위한 세 번째 경로다.
등급별 노트: D2, H13, P20, A2
| 등급 | 종류 | 카바이드 부하 | 연질 가공 경로 | 일반적 사용 경도 |
|---|---|---|---|---|
| D2 | 냉간, 공기 경화 | 높음 (12% Cr, M₇C₃) | 강력 선호 | 58–62 HRC |
| A2 | 냉간, 공기 경화 | 중간 (5% Cr) | 선호 (낮은 변형) | 57–60 HRC |
| P20 | 금형강, 사전경화 | 낮음–중간 | 직접 가공 (사전경화) | 28–34 HRC |
| H13 | 열간 | 낮음–중간 | 어느 경로든 | 44–52 HRC |
D2 공구강은 ~12% 크롬과 ~1.5% 탄소가 ~1,800 HV의 M₇C₃ 크롬 카바이드 밀집 네트워크 — 공구강에서 가장 단단한 일반 카바이드 상 — 를 형성하므로 이 네 등급 중 가장 마모성이 크며, 따라서 어닐링 D2조차 마모 모드를 치핑이 아닌 마모성으로 유지하기 위해 감소된 래디얼 접촉(30–50% D)과 트로코이드 밀링을 보상한다. 58–62 HRC로 경화한 후, D2 정삭은 정확히 PCBN-선삭이나 연삭 작업이다 — >45 HRC 파라미터 상세는 경화강 가공 가이드를 참조한다.
H13 열간 공구강은 재경화가 금형이 실제로 필요로 하는 사용 경도를 바꾸지 않고 변형 사이클을 더하므로 그 44–52 HRC 작업 경도에서 직접 가공되는 경우가 흔하며, TiAlN/AlCrN 초경으로 직접 경질 밀링하는 것을 H13 캐비티와 코어 작업의 실용적 기본값으로 만든다. A2 공기 경화 공구강은 열처리를 통한 치수 안정성이 최대 내마모성보다 중요할 때 D2 대신 종종 선택된다. 낮은 카바이드 부피가 더 균일한 담금질 반응을 주기 때문이다. 사전경화 P20은 열처리-후-보정 사이클을 전적으로 제거하도록 사전 템퍼링되어 출하되므로 플라스틱 사출 금형에 공급된 28–34 HRC 상태에서 가공되며 — 금형 베이스와 캐비티 생산을 지배하는 결정적 이유다.
공구강의 절삭 속도는 공칭 등급이 아니라 실제 가공 시 경도 상태에 맞추어 선정해야 한다. 같은 합금이라도 풀림재에서 경화재까지 피삭성은 3대 1의 범위를 가진다.
— Machining Data Handbook요약
무거운 제거를 연질 상태로 라우팅하고, 경질 가공을 최종-공차 형상에 예비하며, 사전경화 P20을 직접 가공한다.
공구·금형 가공 결정은 합금만이 아니라 열처리 상태가 구동한다: D2와 A2를 어닐링(200–250 HB)에서 TiAlN 초경으로 100–180 m/min으로 황삭하고, 0.1–0.3 mm 정삭 여유를 남기며, 58–62 HRC로 경화한 다음, 경질 밀링, PCBN 선삭, 또는 연삭으로 중요 형상을 정삭한다. 사전경화 P20은 열처리를 건너뛰므로 ~30 HRC에서 직접 가공하고, H13은 재경화 사이클을 더하는 대신 그 44–52 HRC 작업 경도에서 경질 밀링한다. 코팅을 상태에 맞춘다 — 연질 P-그룹 절삭에 TiAlN, ~52 HRC 이상에 AlCrN, 58 HRC 이상의 연속 선삭에 PCBN — 그리고 공기 경화 등급도 담금질에서 0.05–0.2 mm 움직이므로 정삭 여유를 단면 두께에 맞춘다.
출처
- ISO 513:2012 — Classification and application of hard cutting materials for metal removal (P/M/K application groups for steel cutting)
- ISO 3685:1993 — Tool-life testing with single-point turning tools (VB_B = 0.3 mm flank wear criterion)
- Sandvik Coromant — Tool steel and hardened steel machining guidelines (speed/feed by hardness condition)
- Kennametal — Hard Part Turning and PCBN grade selection
- Machinery's Handbook, 31st Edition (tool steel classifications and machinability data)
공구강을 열처리 전에 가공해야 하는가 후에 가공해야 하는가?
공구강이 2–4× 빠르게 절삭되는 어닐링 상태에서 대부분의 소재를 열처리 전에 가공한 다음, 0.1–0.3 mm 정삭 여유를 남기고 경화 후 중요 형상을 정리합니다. 예외는 ~30 HRC에서 직접 가공되는 사전경화 P20과, 44–52 HRC에서 사용되어 직접 경질 밀링되는 경우가 흔한 H13 금형입니다.
P20이 어닐링 대신 사전경화로 판매되는 이유는?
P20은 플라스틱 사출 금형이 열처리 사이클 없이 직접 가공될 수 있도록 28–34 HRC로 사전경화되어 공급되며, 담금질 변형 보정을 제거합니다. 이 경도에서 80–150 m/min으로 코팅 초경으로 절삭되며, 플라스틱 성형 하중이 요구하지 않으므로 ~36 HRC 이상에서는 거의 사용되지 않습니다.
60 HRC의 경화 D2에 어떤 초경 등급과 코팅을 사용해야 하는가?
58–62 HRC의 D2 연속 선삭에는 저-CBN 함량 PCBN(45–70% CBN, TiC 바인더)을 80–130 m/min으로 사용합니다. 52 HRC 이상의 경화 금형강 밀링에는 내산화성이 대략 1,100°C에 도달하는(TiAlN의 약 800°C 대비) AlCrN 코팅 초경이 선호됩니다.
D2나 A2를 경화할 때 얼마나 많은 변형을 예상해야 하는가?
공기 경화 D2와 A2는 단면 두께와 담금질 강도에 따라 경화 중 일반적으로 0.05–0.2 mm 움직이며, 더 두껍고 더 비대칭인 단면이 더 많이 움직입니다. 이것이 공차 표면에 0.1–0.3 mm의 정삭 여유를 남기고 열처리 후 연삭, 경질 밀링, 또는 EDM으로 제거하는 이유입니다.
H13을 재경화하지 않고 경질 밀링할 수 있는가?
그렇습니다 — H13 열간 금형은 TiAlN 또는 AlCrN 코팅 초경으로 60–90 m/min과 0.04–0.10 mm/날에서 그 44–52 HRC 작업 경도에서 직접 경질 밀링되는 경우가 흔합니다. 재경화는 금형이 실제로 필요로 하는 사용 경도를 바꾸지 않고 변형 사이클을 더할 것입니다.
