CNC 가공에서 절삭유 사용 가이드

In CNC 가공절삭유를 올바르게 선택하는 것은 가공 작업의 효율성, 품질 및 안전을 보장하는 데 매우 중요합니다. 절삭유는 "절삭유", "금속 가공유" 또는 "가공유"라고도 하며, 절삭 부위를 윤활하고 냉각할 뿐만 아니라 칩을 제거하여 기계의 과열과 마모를 방지하는 데 도움이 됩니다.

이 기사에서는 절삭유의 기본 분류와 특성을 자세히 설명하고, 다양한 재료 유형과 가공 작업에 따라 가장 적합한 절삭유를 선택하여 가공 성능을 최적화하고 공구 수명을 연장하며 절삭유 사용량을 줄이는 방법을 살펴봅니다. 가공 비용. CNC 가공에 대한 열정을 가진 분들에게 도움이 되길 바랍니다.

절삭유의 기본 분류

주요 절삭유에는 주로 다음과 같은 유형이 있으며, 적용하기 전에 각각의 특성을 이해하는 것이 중요합니다.

(1) 에멀젼(수성 절삭유)

주로 물, 유화유 및 다양한 첨가제로 구성됩니다. 이 냉각수의 장점은 저렴한 비용과 우수한 냉각 성능으로, 특히 상당한 열 방출이 필요한 가공 작업에 적합합니다. 하지만 박테리아가 번식하기 쉽고 부식성이 높아 사용 중 엄격한 관리와 정기적인 유지보수가 필요하다는 단점도 있습니다.

(2) 완전 합성 유체

Cutting fluid without petroleum oil base, primarily composed of various chemical additives. Its main advantages include excellent cooling (often classified under industry standards like ASTM D2881 ^[1]) and lubrication performance and resistance to bacterial growth, making it very popular in applications requiring highly clean machining environments. However, fully synthetic fluids are relatively expensive, and some chemical components may be corrosive to the machine.

(3) 반합성 유체

에멀젼과 완전 합성유 사이에 위치하며, 일정 비율의 석유 오일 베이스와 물을 함유하고 있습니다. 이 냉각수는 에멀젼의 냉각 효과와 완전 합성 유체의 윤활성을 결합하여 두 가지 장점의 균형을 맞추려고 노력했습니다. 그럼에도 불구하고 생체 안정성과 부식성에 주의를 기울여야 합니다. 이는 특정 기계 가공 환경에서의 적용성에 영향을 미칠 수 있습니다.

(4) 스트레이트 절삭유(유성 절삭유)

Mainly made from mineral oil or vegetable oil and is completely water-free, thus providing superior lubricity and preventing workpiece corrosion and rust. This makes it particularly suitable for machining operations requiring high lubrication. However, the heat capacity of straight-cutting oil is relatively low, and its cooling effect is not as good as water-based cutting fluids, which may be a limitation in high-speed or high-temperature machining.

(5) 용해성 오일:

This is the concentrated oil-based precursor that forms the emulsions discussed in category (1). It typically contains a high mineral oil content (often 50-80%), providing superior lubricity for heavy-duty machining needs. However, the use of soluble oil requires strict control of the dilution ratio and water quality to prevent corrosion and bacterial growth, ensuring the safety and efficiency of the machining process.

다양한 가공유의 특성을 명확하게 이해한 후 다양한 재료와 작업에 적합한 금속 가공유를 선택하여 가공 성능을 최적화할 수 있습니다.

다양한 소재에 적합한 절삭유

소재마다 다른 절삭유가 필요하므로 효율적이고 고품질의 가공을 보장하려면 올바른 절삭유를 선택하는 것이 중요합니다.

(1) 알루미늄과 같은 경금속

Due to its soft, gummy nature and tendency to adhere to the cutting tool (causing Built-Up Edge), we recommend using a water-based cutting fluid with high cooling capacity and low viscosity. This machining fluid effectively prevents chip buildup on the tool, reducing friction during machining, preventing overheating, and ensuring a smooth surface finish.

(2) 스테인리스 스틸과 같이 기계 가공이 어려운 재료

Because stainless steel’s high strength and toughness can cause severe tool wear, utilizing metalworking fluids with extreme pressure (EP) additives is crucial. These additives form a protective film on the contact surface between the tool and the workpiece, reducing wear and welding, and improving cutting efficiency.

(3) 구리 및 그 합금

표면 변색과 공작물의 부식을 방지하는 절삭유를 사용해야 합니다. 구리는 상대적으로 부드러워서 가공 시 접착력이 떨어지기 쉽습니다. 황 함량이 낮거나 없는 절삭유를 선택하면 구리의 원래 색상과 광택을 유지하면서 가공 표면의 검은 반점 및 기타 산화 반응을 방지할 수 있습니다.

(4) 티타늄 합금 소재

티타늄 합금은 강도가 높고 열전도율이 낮기 때문에 일반적으로 효율적인 윤활 및 냉각 성분이 포함된 고온 합금용으로 특별히 설계된 절삭유를 사용하는 것이 좋습니다. 적합한 절삭유는 윤활성이 우수하고 마찰 열을 줄이며 화학 반응과 접착을 효과적으로 방지하여 공구 수명을 연장합니다.

(5) 니켈 기반 및 코발트 기반 합금과 같은 고온 합금

These materials generate a lot of heat during cutting due to their heat resistance and high hardness. When machining these materials, it is highly recommended to use extreme pressure cutting fluids formulated with inactive sulfur or phosphorus compounds, which form a protective film under high temperatures, reducing friction and wear. Additionally, excellent cooling performance is required, often necessitating High-Pressure Coolant (HPC) systems operating at 70 to 100 bar ^[2] to overcome the thermal vapor barrier.

각 재료는 고유한 물리적 및 화학적 특성을 가지고 있으며, 가장 적합한 절삭유를 선택하면 기계 및 공구의 수명을 최대화하면서 가공 효율과 품질을 향상시킬 수 있습니다.

다양한 작업에 적합한 절삭유

가공 작업 유형에 따라 냉각, 윤활, 칩 제거 및 부식 방지 측면과 관련된 금속 가공유 선택에 대한 특정 요구 사항도 있습니다.

(1) 회전 작업

종종 연속적으로 재료를 제거해야 하는 경우가 많으므로 공구와 공작물을 보호하기 위해 냉각 및 윤활 성능이 우수한 절삭유가 필요합니다. 강철 또는 경질 합금을 선삭할 때는 극압 첨가제가 포함된 유성 가공유를 선택하면 추가적인 윤활을 제공하여 열 발생과 마모를 줄일 수 있습니다. 알루미늄 또는 기타 비철 금속의 경우, 공구에 재료가 달라붙는 것을 방지하기 위해 절삭유의 냉각 능력에 중점을 둡니다.

(2) 밀링 작업

Involves more complex tool paths and multi-point cutting, requiring cutting fluids to provide excellent cooling and chip removal performance. When machining hard-to-machine materials such as stainless steel or high-temperature alloys, high-performance fully synthetic, or semi-synthetic cutting fluids can effectively reduce tool wear and severe thermal distortion of the workpiece. They maintain low temperatures in the cutting area, improving machining accuracy.

(3) 드릴링 작업

Deep hole drilling requires machining fluids to penetrate the hole bottom to provide lubrication and cooling. Efficient cutting fluids help quickly remove chips, prevent clogging and overheating, and avoid damage to the hole wall and dimensional inaccuracies. For deep hole drilling, using low-viscosity and high-cooling water-based cutting fluids is especially suitable because these fluids can easily penetrate small holes and narrow spaces.

(4) 연삭 작업

Generates significant heat, requiring cutting fluids with excellent cooling performance to prevent workpiece overheating and thermal damage. Water-based cutting fluids are usually preferred because they can quickly absorb and conduct heat, maintaining low temperatures in the grinding area. Additionally, high detergency (flushing capability) is strictly necessary to wash away microscopic swarf, prevent grinding wheel loading, and improve surface finish quality.

요약하면, 적절한 절삭유를 선택하면 가공 효율과 품질이 향상될 뿐만 아니라 기계와 공구의 수명이 연장됩니다. 이를 통해 작업 안전을 보장하고 경제적 이점을 극대화할 수 있습니다.

절삭유 사용 시 주의사항

절삭유를 선택할 때는 성능, 안전성, 환경에 미치는 영향을 종합적으로 고려하여 비용 효율성을 극대화해야 합니다.

(1) 환경 보호

환경 보호가 점점 더 강조되면서 친환경 절삭유가 중요한 화두가 되고 있습니다. 친환경 절삭유는 주로 생분해성 재료로 만들어져 환경 오염을 줄입니다. 또한 이러한 절삭유에는 일반적으로 유해한 화학 물질이 포함되어 있지 않아 폐액 처리의 어려움과 비용이 줄어듭니다. 친환경 절삭유를 사용하면 점점 더 엄격해지는 환경 규정을 준수하고 친환경 브랜드 이미지를 높일 수 있습니다.

(2) 안전

Safety is an indispensable factor in the work environment, especially when cutting fluids are involved. Traditional cutting fluids may contain harmful chemicals such as sulfates, chlorine, and heavy metals, which can cause skin irritation, respiratory problems, and more serious health issues. Therefore, choosing low-toxicity or non-toxic cutting fluids and maintaining airborne mist concentrations strictly below the NIOSH limit of 0.4 mg/m³ ^[3] is key to protecting operator health, reducing health risks, and providing a safer working environment for operators.

(3) 경제

From an economic perspective, choosing the right cutting fluid is crucial for controlling production costs. Environmentally friendly and high-performance machining fluids may have higher initial purchase costs. But, in the long run, they can significantly lower overall operational costs by reducing tool wear, improving machine efficiency, and lowering waste disposal fees. Additionally, using high-quality metalworking fluids can extend equipment life, reduce production interruptions, and further optimize production costs.

요약

이 문서에서는 다양한 소재와 가공 작업에 맞는 절삭유의 종류와 선택 기준에 대해 포괄적으로 설명합니다. 에멀젼에서 완전 합성유에 이르기까지 각 절삭유는 고유한 장점과 적용 가능한 시나리오가 있으며, 특정 재료와 가공 요구 사항에 맞는 최적의 냉각, 윤활 및 부식 방지 효과를 제공하는 동시에 환경, 안전 및 경제적 고려 사항에도 중점을 두고 있습니다.

Through precise selection and application of suitable cutting fluids, facilities providing custom CNC machining services can improve machining efficiency and product quality, ensure a safe operating environment, and optimize production costs, achieving efficient, economical, and sustainable production.

참조

[1] ASTM International. (2019). ASTM D2881-19 Standard Classification for Metalworking Fluids and Related Materials. https://doi.org/10.1520/D2881-19

[2] Raykar, S. J., & D’Addona, D. M. (2019). Thermal Modeling of Tool Temperature Distribution during High Pressure Coolant Assisted Turning of Inconel 718. Materials, 12(3), 408. https://doi.org/10.3390/ma12030408

[3] National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). (1998). Criteria for a Recommended Standard: Occupational Exposure to Metalworking Fluids. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). https://stacks.cdc.gov/view/cdc/5175