- ▸그라파이트는 부드럽지만 매우 연마성이 강하며, CNC 가공 시에는 다이아몬드 코팅 공구를 사용해야 하며, 이는 초경 공구보다 10~30배 더 오래 지속됩니다.
- ▸마무리 가공은 15000~24000 rpm에서 다이아몬드 코팅 볼엔드밀을 사용하며, 씰 면 래핑으로 Ra ≤ 0.1 μm 및 평탄도 0.3 μm를 달성합니다.
- ▸공구 경로는 클라임 밀링 + 아크 진입 + 층별 절삭(층당 ≤ 0.5 mm)을 사용하여 모서리 깨짐을 크게 줄여야 합니다.
- ▸전용 집진 장치는 작업장 내 분진 농도를 ≤ 2 mg/m³로 유지해야 하며, 기계 캐비닛은 IP54 등급으로 밀봉되어야 합니다.
카본 그라파이트 씰의 치수 정확도와 표면 품질은 씰링 성능을 직접 결정합니다. CNC 기술의 발전으로 CNC 가공은 그라파이트 씰 링, 부싱, 분할 링의 주류 가공 방법이 되었습니다. 그러나 그라파이트는 부드럽고(쇼어 경도 40~80 HS) 취성이 있어 모서리 깨짐, 빠른 공구 마모, 분진 발생이 쉽습니다. 적절한 공구 선택과 절삭 조건이 매우 중요합니다. 20개 이상의 CNC 가공 센터를 보유한 Huahao Sealing Co., Ltd.가 공구 및 가공 조건에 관한 경험을 공유합니다.
1. 그라파이트 가공 특성
1.1 변형 경화 없음
카본 그라파이트는 절삭 시 소성 변형이 일어나지 않고, 재료가 취성 파괴로 제거됩니다. 변형 경화가 없으며 절삭력이 비교적 낮아 공구에 부담이 적습니다. 그러나 모서리 깨짐과 파편이 공구 측면에 영향을 미칩니다.
1.2 낮은 절삭 열
그라파이트는 열전도율이 높아(80~150 W/(m·K)) 절삭 열을 빠르게 분산시켜 가공 부위 온도가 낮습니다. 냉각수 없이 건식 가공이 가능합니다. 다만, 그라파이트 분진은 전도성이 있어 기계 전기 부품에 침투 시 단락을 일으킬 수 있습니다.
1.3 빠른 공구 마모
그라파이트는 부드럽지만 연마성이 매우 강합니다. 공구 마모는 주로 연마 마모이며, 초경 공구는 1~2시간 후 명확한 마모가 발생합니다. 다이아몬드 코팅 공구는 10배 이상 더 오래 지속됩니다.
1.4 분진 문제
그라파이트 분진 입자(1~10 μm)는 매우 이동성이 높으며 환경과 인체에 해롭습니다. 전용 집진 장치와 밀폐된 기계가 필수적입니다.
2. 공구 재료 선택
2.1 초경 공구
초경 공구(YG6, YG8)는 저비용이며 다목적으로 사용 가능해 소량 생산에 적합합니다. 내마모성은 제한적이며, 함침 그라파이트 가공 시 공구 수명은 1~3시간에 불과합니다. 미세립 초경(립 크기 ≤ 0.5 μm) 및 HRA 93 이상을 권장합니다.
2.2 다이아몬드 코팅 공구
CVD 다이아몬드 코팅은 초경 기판 위에 5~15 μm 두께의 다이아몬드 필름을 증착하여 다이아몬드의 내마모성과 초경의 인성을 결합합니다. 그라파이트 가공 시 공구 수명은 초경 대비 10~30배입니다. Huahao는 M106D 안티몬 함침 그라파이트 가공에 다이아몬드 코팅 엔드밀을 사용하여 공구당 가공 부품 수를 30개에서 800개로 증가시켰습니다.
2.3 PCD 공구
다결정 다이아몬드(PCD) 공구는 다이아몬드 입자를 초경 기판과 고온 고압에서 소결하여 HV 6000~8000의 매우 높은 경도와 우수한 내마모성을 가집니다. 대량 고정밀 가공에 적합합니다. 그러나 PCD는 수지 함침 그라파이트와 화학 반응을 일으켜 가공할 수 없습니다.
2.4 세라믹 공구
세라믹 공구는 경도와 화학적 안정성이 높지만 취성이 강합니다. 그라파이트 가공에는 거의 사용되지 않으며, 특정 경질 복합재 가공에만 제한적으로 사용됩니다.
3. 전형적인 작업 및 파라미터
3.1 러핑
목적: 빠른 대량 재료 제거.
- 공구: φ 8~12 mm 카바이드 엔드밀(또는 다이아몬드 코팅)
- 속도: 8000~12000 rpm
- 이송: 1500~3000 mm/min
- 깊이: 2~5 mm
- 폭: 공구 직경의 50%~80%
- 방식: 건식 절삭 + 집진
3.2 세미 피니싱
목적: 러핑 후 남은 0.5~1 mm 재료 제거.
- 공구: φ 6~10 mm 볼엔드밀
- 속도: 12000~18000 rpm
- 이송: 1000~2000 mm/min
- 깊이: 0.3~0.5 mm
- 스칼럽: 0.05 mm
3.3 피니싱
목적: 치수 정확도 및 표면 거칠기 달성.
- 공구: φ 4~8 mm 볼엔드밀, 다이아몬드 코팅
- 속도: 15000~24000 rpm
- 이송: 600~1500 mm/min
- 깊이: 0.1~0.2 mm
- 스칼럽: 0.005 mm
- 거칠기: Ra 0.4~1.6 μm
3.4 씰 면 래핑
Ra ≤ 0.1 μm가 요구되는 씰 면은 래핑이 필요함.
- 연마재: W7~W14 SiC 미세분말 + 오일
- 랩: 주철판
- 압력: 0.05~0.1 MPa
- 속도: 30~60 rpm
- 달성 가능한 평탄도: 0.3 μm
4. 전형적인 부품 공정
4.1 카본 그라파이트 씰 링
순서: 러프 선삭 → 보링 피니싱 → 외경 선삭 피니싱 → 씰 면 선삭 피니싱 → 씰 면 래핑 → 세척.
주요 관리: 씰 면 평탄도 ≤ 0.6 μm; 기준면에 대한 씰 면 직각도 ≤ 0.01 mm.
4.2 카본 그라파이트 부싱
순서: 러프 선삭 → 드릴링 → 보링 피니싱 → 외경 선삭 피니싱 → 챔퍼링 → 연마.
주요 관리: 내경 원통도 ≤ 0.005 mm; 외경-내경 동심도 ≤ 0.01 mm.
4.3 분할 링
순서: 와이어 EDM 분할 → 러프 보링 → 보링 피니싱 → 외경 선삭 피니싱 → 씰 면 선삭 피니싱.
주요 관리: 분할면 평탄도 ≤ 0.01 mm; 조립 내경 원형도 ≤ 0.02 mm.
5. 공구 경로 최적화
5.1 클라임 밀링 우선
클라임 밀링 사용; 칩 두께가 얇음에서 두꺼움으로 변해 칩 깨짐 감소. 컨벤셔널 밀링은 가공면에 마찰을 일으켜 마모를 가속화함.
5.2 호 입장
직선 침투 칩 깨짐 방지를 위해 공작물 진입 시 호(반경 ≥ 공구 반경) 사용.
5.3 층별 절삭
깊은 절삭 피하고 층별 절삭(층당 ≤ 0.5 mm) 사용하여 칩 깨짐 위험 감소.
5.4 고속 경량 절삭
고속, 얕은 깊이, 빠른 이송("고속 가공")으로 절삭력과 표면 거칠기 크게 감소.
6. 품질 관리
다음과 같은 관리를 시행합니다:
- 초도품 검사: 로트별 첫 부품 100% 검사
- 공정 중 샘플링: 20개 중 1개 검사로 공정 안정성 확인
- 공구 수명 관리: 공구별 가공 부품 수 추적; 수명 도달 시 필수 교체
- 치수 검사: 0.001 mm 정밀도의 CMM 및 공기 게이지 사용
- 표면 검사: 0.01 μm 정밀도의 프로필로미터 및 광학 평판 사용
7. 안전 및 환경
- 분진 제어: 기계별 전용 집진기, 0.3 μm 필터링, 작업장 분진 ≤ 2 mg/m³
- 전기 보호: 기계 캐비닛 IP54 밀폐, 정기 청소
- 개인 보호구: N95 마스크, 안전 안경, 장갑 착용
- 폐기물 처리: 그라파이트 스크랩 수집하여 야금 및 배터리 산업 재활용
결론
CNC 그라파이트 가공에서 공구 선택과 파라미터 최적화는 품질, 효율 및 비용에 결정적입니다. Huahao Sealing Co., Ltd.는 러핑부터 래핑까지, 시제품부터 대량 생산까지 전면적인 그라파이트 가공 역량을 제공합니다. 부품 특성에 따른 맞춤 도면 제작과 공정 최적화를 지원합니다. 가공 역량 및 공정 계획 상담을 원하시면 당사 엔지니어링 팀에 문의해 주십시오.