제조업체는 깊은 구멍을 정밀하고 효율적으로 드릴링해야 하는 과제를 어떻게 해결할 수 있을까요? 이 글에서는 심공 드릴링 공구의 세계로 들어가 다양한 유형과 구체적인 적용 분야를 살펴봅니다. 드릴 비트 기술의 최신 발전과 그 특성, 심공 가공의 일반적인 장애물을 극복하는 방법에 대해 알아보세요. 이러한 중요한 인사이트를 통해 지식을 향상하고 제조 공정을 개선할 준비를 하세요.
심공 가공은 기계 공학에서 까다로운 분야이며 현재 가공 분야에서 가장 뜨거운 주제입니다. 높은 정밀도와 효율성이 요구되는 복잡한 심공 가공에 대한 요구가 증가함에 따라 다양한 심공 드릴의 성능과 적용 범위를 숙지하는 것이 중요해졌습니다.
이 글에서는 주로 다양한 심공 드릴 비트의 특성, 적용 범위 및 고려 사항을 소개합니다.
기계 제조에서 직경의 10배를 초과하는 깊이를 가진 원통형 구멍을 일반적으로 딥홀이라고 합니다.
깊은 구멍은 구멍 깊이(L)와 직경(D)의 비율에 따라 분류되며, 일반적으로 일반 깊은 구멍, 중간 깊은 구멍, 특수 깊은 구멍으로 나뉩니다. (참고: L/D 비율이 클수록 가공 공정이 더 까다롭습니다.)
딥홀 드릴은 외부 및 내부 칩 제거 유형으로 분류됩니다. 외부 칩 제거에는 건 드릴과 일체형 카바이드 심공 드릴(냉각 구멍이 있거나 없을 수 있음)이 포함되며, 내부 칩 제거에는 BTA 심공 드릴, 이젝터 드릴, DF 시스템 심공 드릴이 포함됩니다. 심공 드릴의 종류와 적용 범위는 다음과 같습니다.
유형 | 사용 범위 |
외부 칩 제거 딥홀 드릴(건 드릴) | 길이 대 직경 비율 20mm, L/D>100, 정확도 H8-H10, 표면 조도 값 Ra=12.5-3.2um의 Φ 2-Φ 깊은 구멍 가공에 사용되며 내부 칩 제거 깊은 구멍 드릴보다 생산 효율이 낮습니다. |
BTA 내부 칩 제거 딥홀 드릴 | Φ 6- Φ 직경 대비 길이 비율 60mm, L/D>100, 정확도 H7-H9, 표면 조도 값 Ra=3.2um의 깊은 구멍 가공에 사용되며 외부 칩 제거보다 3배 이상의 생산 효율을 제공합니다. |
스프레이 흡입 드릴 | Φ 16- Φ 가공에 사용 60mm 및 낮은 절삭유 압력의 경우 다른 성능은 내부 칩 제거 심공 드릴링과 동일합니다. |
DF 시스템 딥 홀 드릴 | 드릴 파이프는 절삭유로 지지되어 진동을 줄이고 더 큰 칩 제거 공간, 높은 가공 효율 및 우수한 정확도를 제공합니다. 고정밀 심공 가공에 사용할 수 있으며, 생산 효율은 건 드릴보다 3~6배, BTA 내부 칩 드릴보다 3배 높습니다. |
건 드릴은 군수 산업에서 총신과 대포 가공에 처음 사용되면서 이름을 얻었으며 금형강, 유리섬유, 테프론 및 기타 플라스틱부터 고강도 합금(예: P20 및 크롬-니켈 철 합금)에 이르기까지 광범위한 심공 가공에 효과적입니다. 엄격한 공차 및 표면 거칠기 요구 사항이 있는 심공 가공에서 건 드릴은 치수 정확도, 위치 정확도 및 직진성.
건 드릴 시스템의 작동 원리: 심압대의 오일 주입구를 통해 절삭유가 드릴 로드에 유입되어 드릴 헤드를 냉각 및 윤활하고 외부 V형 홈을 통해 칩을 배출합니다. 이 시스템은 주로 직경이 작은 깊은 구멍(20mm 미만)에 사용됩니다.
건 드릴 애플리케이션: 건 드릴(외부 칩 제거 심공 드릴)은 주로 직경 φ2-20mm, 종횡비 L/D >100, 정밀도 IT8-IT10, 표면 조도 값 Ra=12.5-3.2μm의 홀 가공에 사용됩니다. 내부 칩 제거용 심공 드릴보다 효율성이 떨어집니다.
보다 복잡한 대구경 심공 가공 요구 사항을 수용하기 위해 BTA 내부 칩 제거 심공 드릴링 기술이 개발되었습니다. 칩이 내부에서 배출되어 가공된 표면과 접촉하지 않기 때문에 BTA는 건 드릴링에 비해 더 높은 표면 품질과 더 넓은 범위의 홀 직경을 제공합니다.
BTA 시스템에서는 드릴 헤드와 로드 모두 속이 빈 실린더입니다. 작동 원리는 아래와 같습니다: 가압 절삭유가 오일러로 들어가 드릴 로드와 구멍 벽 사이에 형성된 환형 공간을 통해 절삭 영역으로 흘러 냉각 및 윤활을 하고 드릴 헤드의 칩 배출구로 칩을 밀어넣은 다음 로드 내부 공동을 통해 배출됩니다.
내부 칩 제거 심공 드릴은 직경 20mm 이상, 종횡비 최대 100, 정밀도 IT7-IT10, 표면 거칠기 Ra3.2-1.6μm의 가공에 적합합니다. 생산 효율은 외부 칩 제거보다 3배 이상 높습니다.
BTA 내부 칩 제거 심공 드릴의 주요 단점: 절삭유 재활용을 위해 중력 침전 또는 전자기 분리를 사용하는 절삭유 칩 분리 장치와 함께 특수 공작 기계가 필요합니다. 또한 절삭 시 공작물과 오일러 사이에 고압 영역이 형성되므로 드릴링 전에 신뢰할 수 있는 밀봉이 필요합니다.
내부 칩 제거 심공 드릴링 시스템은 환형 유체 채널에서 상당한 손실이 발생하여 가공 중에 더 높은 압력과 유속이 필요합니다. 이를 해결하기 위해 시장에서는 보다 효율적이고 고품질의 드릴링 기술인 이젝터 드릴을 개발했습니다.
이젝터 드릴은 유체 역학의 이젝터 효과 원리를 사용하여 동심원 드릴봉으로 발명된 이중 튜브 내부 칩 제거 방법을 사용합니다. 공구는 커넥터를 통해 기계에 연결되며 이젝터 드릴 시스템은 이중 튜브형 드릴봉을 사용합니다. 가압된 절삭유의 2/3가 내부와 외부 드릴 로드 사이의 환형 공간으로 들어가 냉각 및 윤활을 위해 절단 영역으로 흐르고 칩을 드릴로드의 내부 공동으로 밀어 넣습니다.
나머지 1/3의 절삭유는 내부 드릴로드의 초승달 모양 노즐에서 고속으로 주입되어 내부 캐비티 내에 저압 영역을 만들어 칩을 운반하는 절삭유를 빨아들입니다. 주입과 흡입의 이중 작용으로 칩이 배출구에서 빠르게 배출됩니다.
이젝터 드릴링의 오일 공급은 회전 커넥터를 통해 이루어지며 가이드 시트는 주로 공작물에서 분리할 수 있도록 지지하는 역할을 합니다. 이는 가이드 시트가 공작물과 직접 접촉할 수 없는 비평면 표면을 포함하는 5축 가공에 매우 유리합니다. 또한 이젝터 드릴링 중에 발생하는 진공 효과는 칩 제거를 용이하게 하여 사용 유연성을 높여줍니다.
이젝터 드릴은 주로 종횡비가 100을 초과하지 않고 직경이 18~65mm인 구멍 가공에 적합하며 정밀도는 IT9에서 IT11 사이입니다.
단일 튜브 이젝터 드릴이라고도 하는 DF 시스템 심공 드릴은 "더블 피더"의 줄임말입니다. 이 공구는 1970년대 중반 일본 Nippon Metal Company Ltd.에서 개발한 것으로 표준 이젝터 드릴에서 발전한 것입니다. 표준 BTA 내부 칩 제거 심공 드릴의 칩 배출 방식과 이젝터 드릴의 칩 흡입 방식을 결합한 것입니다.
단일 드릴로드가 절삭유로 지지되어 진동을 줄이고 칩 제거 공간을 넓혀 효율성과 정밀도를 높입니다. 고정밀 심공 가공에 적합하며, 생산 효율은 건 드릴의 3~6배, BTA 내부 칩 제거 드릴보다 3배 높지만 비용은 더 높습니다.
위의 드릴 헤드 구성은 칩 제거 방법에 관계없이 시스템이 공작물, 공구, 특수 액세서리, 공작 기계 및 제어 시스템으로 구성됨을 나타냅니다.
특수 액세서리는 절삭유 공급 방법, 칩 제거 방법, 공작물과 공구 사이의 상대적인 움직임에 따라 달라집니다. 따라서 심공 가공에는 특수 장비와 액세서리가 필요하므로 장비 구조가 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
스핀들 및 공구 가이드 부싱, 공구봉 지지 부싱 및 공작물 지지 부싱의 동심도 확인, 깨끗하고 정상적인 절삭유 시스템 유지, 가공된 끝면의 중앙 구멍 및 경사진 표면에서의 드릴링 방지, 직선 밴드형 칩을 피하고 칩 모양을 정상으로 유지, 관통 구멍 가공 시 더 높은 속도를 사용하거나 드릴이 뚫리기 직전에는 속도를 줄이거나 기계를 정지하여 드릴의 손상 방지를 위해.
깊은 구멍 가공은 상당한 절삭 열을 발생시키며, 이는 방출하기 어렵기 때문에 공구 윤활 및 냉각을 위해 충분한 절삭유가 필요합니다.
일반적으로 1:100 에멀젼 또는 극압 에멀젼이 사용되며, 더 높은 정밀도와 표면 품질 요구 사항이 있거나 거친 소재를 가공할 때는 극압 에멀젼 또는 고농도 극압 에멀젼을 선택합니다. 절삭유의 동점도는 일반적으로 (40°C) 10-20cm²/s, 유체 유속 15-18m/s에서 선택하며, 직경이 작은 경우 저점도 절삭유를 사용하고, 고정밀 심공 가공에는 40% 극압 황화유 + 40% 등유 + 20% 염소화 파라핀의 절삭유 혼합물을 사용할 수 있습니다.
절삭유의 압력과 유량은 참조 표에 자세히 설명된 대로 홀 직경 및 가공 방법과 밀접한 관련이 있습니다.
외부 칩 제거 딥홀 드릴 | 내부 칩 제거 딥홀 드릴 | ||||
조리개 /mm | 압력 /MPa | 유량 /(L/min) | 조리개 /mm | 압력 /MPa | 유량 /(L/min) |
4-10 | 2.5-6 | 8-20 | 8-15 | 5-6.5 | 20-50 |
10-15 | 2-5 | 20-30 | 15-25 | 4-5.5 | 50-70 |
15-20 | 1.5~4.5 | 30-40 | 25-35 | 3-4. 5 | 70-100 |
20-25 | 1.5-4 | 40-50 | 35-45 | 2.5-3.5 | 100-125 |
25-30 | 1.5-3 | 50-60 | 45-80 | 2-3 | 125-200 |
심공 가공은 기계 가공 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있으며, 약 40%의 홀 가공을 차지합니다. 새로운 고경도 및 고부가가치 가공하기 어려운 심공 가공품의 지속적인 출현
는 더 높은 가공 깊이, 정밀도 및 효율성을 요구합니다. 심공 가공은 핵심 공정이자 도전적인 측면으로 심공의 개념, 심공 가공의 특성 및 도전 과제를 이해하고 다양한 심공 드릴 비트의 유형, 구조 및 적용 범위를 종합적으로 파악해야만 심공 가공의 효율성을 향상시킬 수 있습니다.