경량 고강도와 우수한 내식성, 내열성을 갖고 있는 타이타늄(Titanium)은 항공우주, 산업분야, 전략물자에 이르기까지 광범위하게 활용되고 있다. 타이타늄 합금 중 산업분야에서 가장 널리 사용되고 있는 Ti-6Al-4V 합금은 그 기계적 성질로 인하여 절삭성이 좋지 않아 절삭에 큰 애로를 겪고 있다. 따라서, 본 논문에서는 절삭가공의 일반적인 조건인 절삭속도, 절삭깊이 및 이송속도를 변화시키며 절삭할 때 절삭온도와 절삭력 등의 주요 절삭성 인자들의 변화 경향을 규명하기 위하여 우선 머시닝센터와 터닝센터에서 절삭 시 전류센서, 적외선 온도계 및 열화상 카메라 등을 이용하여 절삭력과 절삭온도를 관찰하였다. 또한, 유한요소해석 툴인 AdvantEdge와 DEFORM을 이용하여 절삭해석을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 머시닝센터를 이용한 절삭가공에서 주축의 회전수를 변화시킬 때 가공부하(전류값)는 모두 STD61이 높게 나왔지만 실제 공구의 마멸과(7,000rpm) 파손(11,000rpm)은 Ti-6Al-4V에서 발생하였다. 따라서, 안정적인 절삭조건은 주축의 회전수 4,000~5,000rpm, 이송속도 500~ 600mm/min로 판단된다.
2) 터닝센터를 이용한 절삭실험에서 AL7075와 STD61은 회전이 증가할수록 전체적인 가공부하는 상승(전류값 약 5A씩) 하였으나, Ti-6Al-4V는 주축 회전수 2,000rpm 이상에서 절삭가공이 불가능하였으며, 인장 시험편 제작 절삭조건인 회전수 1,200~1,300rpm, 이송속도 0.08~0.12mm/rev, 절삭깊이 0.3mm 정도 조건으로 절삭이 가능할 것으로 판단된다.
3) 절삭온도 측정 결과 Al7075는 상온보다 낮은 19℃에서 시작하여 절삭가공 동안 점차적으로 17.5℃까지 감소하였다. STD61은 평균 30℃ 내외에서 약26℃까지 감소하였으나 부분적으로 칩 말림에 의한 마찰열로 최고 65℃까지 상승하기도 하였다. 그러나 Ti-6Al-4V는 절삭 시작점에서 27~28℃ 였으나 짧은 시간에 공구와 공구 주변에 발열이 생성되면서 최고 190℃까지 온도가 상승하는 부분도 나타났다.
4) Ti-6Al-4V의 절삭력 실험과 절삭온도 실험에서 공구의 급속한 마멸과 파손의 원인을 유한요소해석을 통하여 이론적 근거를 증명할 수 있었다. AdvantEdge 해석에서 STD61의 주분력과 소요동력이 Ti-6Al-4V보다 훨씬 높았지만, 공구온도와 경계전단응력은 각각 1.5배 및 2배 정도 Ti-6Al-4V가 높다는 점과 DEFORM 해석에서 수치 차이와 조건별 편차는 있지만, 전체적으로 공구온도와 경계 압력이 높게 나타났다.
5) Ti-6Al-4V의 특성상 경계면의 높은 압력이 공구와 칩의 접촉면에 마찰열을 발생시켜 공구의 코팅이 박리되고 고온의 미소입자들이 응착되면서 공구인선에 급속한 마멸이 일어나면서 절삭날까지 확산되는 것으로 판단된다. 이때 발생하는 응착의 거동 변화는 앞으로도 유동해석을 통하여 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.