거울이나 자동차 프레임, 자택의 건축 재료나 전기기기의 부품 등은 고정밀도 치수로 만들어지고 매끄러운 표면으로 깔끔하게 마감되어 있습니다. 소재를 고정밀도로 가공하기 위해서는 여러 공정을 거쳐야 합니다. 또한 표면을 매끄럽게 하기 위해 특화된 가공 방법도 있습니다. 이번에는 고정밀도 부품을 만들기 위한 마감 가공에 대하여 종류와 특징을 해설합니다.
목차
마감 가공이란?
마감 가공은 설계 도면이나 제품 사양, 부품 사양에서 정해진 치수 정밀도에 맞추기 위한 가공 방법입니다. 「연마 가공」이나 「연삭 가공」처럼 가공보다 마감 상태에 착목한 호칭입니다. 마감 가공의 정밀도는 최대로 0~0.01㎜ 정도로 대단히 고정밀도이고 편차가 적은 가공이 가능합니다. 기계 가공품은 한번의 가공으로 지금까지의 고정밀도를 낼 수 있는 것이 아닙니다. 마감 가공에는 「거친 가공」, 「중간 마감 가공」, 「마감 가공」의 공정이 있고 각각 특징과 목적이 있습니다. 마감 가공은 전용 기계를 사용하여 가공합니다. 왜냐하면 거친 가공과 동일한 공구나 기계를 사용하면 부하가 다르므로 기계 수명이나 가공 정밀도에 영향을 미치기 때문입니다. 또한 고정밀도 가공은 주위 온도에도 영향을 받으므로 전용 환경이 준비된 장소를 사용한 편이 좋기 때문입니다. 게다가 공작물에 대한 부하도 공정에 따라 다릅니다. 마감 여유에 되도록 요철이 생기지 않도록 중간 마감 가공에서는 최대한 균일하게 가공합니다. 공작물에 부하가 가해지면 열을 받거나 변형하거나 응력이 발생합니다. 고정밀도를 실현하기 위해서는 공작물에도 부하를 가하지 않도록 하는 것이 중요합니다.
거친 가공이란
거친 가공은 「황삭 가공」이나 「거친 가공」이라고도 합니다. 거친 가공은 마감 여유를 남기고 최종 부품 형상에 필요 없는 부분을 깎는 공정입니다. 깎는 양은 중간 마감이나 마감보다도 많으므로 큰 공구를 사용합니다. 고정밀도 부품을 만들기 위해서는 공작물에 축적된 내부 응력을 해방시켜야 합니다. 거친 가공으로 내부 응력이 해방되어 발생해야 하는 변형이 현재화되기 때문에 이후의 공정에서 치수 정밀도를 내기 쉬워집니다 거친 가공은 고정밀도 치수의 가공을 실현하기 위한 사전 준비로 필요불가결한 공정입니다.
중간 마감 가공이란
중간 마감 가공은 거친 가공 후에 마감 가공을 사전 준비하기 위한 공정입니다. 많은 경우 마감용 마감 여유를 0.1~0.02mm 남기고 깎습니다. 중간 마감 가공에서는 공작물과 절삭 공구의 접촉 면적을 줄이기 위해 소경 공구를 사용합니다. 가공 피치가 세밀해져 표면 상태가 보다 마감 상태에 근접해지기 때문입니다. 또한 접촉 면적이 적으면 절삭열을 억제할 수 있다는 효과도 있습니다. 공작물에 열이 있으면 변형의 원인이 되거나 열팽창으로 치수가 이탈될 수 있습니다. 따라서 고정밀도가 요구되는 가공에서는 열에 주의해야 합니다.
초정밀 마감이란?
초정밀 마감 가공은 마감 가공의 일종으로 더욱 매끄러운 표면을 얻고 싶을 때 하는 가공입니다.
초정밀 마감의 특징
초정밀 마감은 저속으로 회전하는 공작물에 저압으로 숫돌을 눌러 높은 정밀도로 표면을 연마하는 가공 방법입니다. 숫돌을 진동시키면서 저압으로 공작물에 눌러 표면을 세밀하게 깎아 매끄럽게 마감합니다. 초정밀 마감은 0.1μm 이하의 고정밀도 표면 거칠기의 경면 마감이 가능해고 내마모성이 우수해서 최종 마감에 적합한 가공 방법입니다. 초정밀 마감은 「초정밀 마감 머신」이라는 전용 기계를 사용하여 가공합니다. 기계를 사용하기 때문에 가공자의 숙련도에 따라 마감 품질이 차이가 거의 없어 안정된 품질을 얻을 수 있습니다. 또한 단시간에 가공할 수 있어 저비용 가공 방법입니다.
초정밀 마감의 장점·단점
장점
공작물이 롤러나 베어링 등과 같이 접동하는 부품인 경우는 마찰이 적어지므로 부담을 줄일 수 있어 수명이 연장됩니다. 또한 저속도와 저압력으로 가공하므로 가공 후 변질이 적습니다.
단점
전공정의 가공 정밀도가 어느 정도로 올라오는지에 따라 초정밀 마감의 가공 내용을 조정해야 합니다. 숫돌을 다른 종류로 바꾸거나 가공 시간이 길어지는 등의 영향을 받을 수 있습니다.
초정밀 마감에 사용되는 숫돌
초정밀 마감에는 지립이 미세하고 부드러운 숫돌을 사용합니다. 주요 종류를 소개합니다.
WA 숫돌
WA 숫돌은 경도와 내열성이 안정적입니다. 재질은 백색 산화 알루미나입니다. 주로 철강을 초정밀 마감할 때 사용됩니다.
GC 숫돌
GC 숫돌은 비철 금속에 사용하는 숫돌입니다. 재질은 녹색 탄화 규소입니다. 주로 알루미늄 합금이나 동 합금 등에 사용되는 경우가 많습니다.
CBN 미크론 파우더
CBN 미크론 파우더는 다이아몬드 결정에 가까운 인공물에 의해 만들어진 지립으로 다이아몬드 다음으로 단단합니다. 깔끔한 경면 마감이 가능하여 내마모성이 높은 표면성을 실현할 수 있습니다.
초정밀 마감의 도입 사례
엔진의 크랭크 축이나 캠 샤프트
크랭크 축이나 캠 샤프트는 접동이 많으므로 소음과 진동에 주의해야 합니다. 초정밀 마감은 표면을 매끄럽게 해서 마찰로 인한 부하를 줄이고 소음과 진동을 억제하는 효과가 있습니다.
베어링 전반의 레이스 면
베어링의 레이스 면은 볼이 빠지는 면입니다. 레이스 면의 표면성은 베어링의 부하와 마모, 수 명 등에 중요합니다. 초정밀 마감 가공을 하여 면을 매끄럽게 하고 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 레이스 면의 면상도가 높아져 내마모성이 높아집니다.
경면 마감이란?
경면 마감도 마감 가공의 일종으로 거울과 같은 아름다움을 가진 표면을 얻으려는 경우에 실시합니다.
경면 마감의 특징
경면 마감은 금속 표면에 광택을 내기 위한 가공 방법입니다. 거울과 같은 광택이 날뿐만 아니라 실제 감촉도 매끄러워 평활성을 높일 수 있습니다. 주로 스테인리스 표면에 대한 마감으로 폭넓게 사용되고 있습니다. 그러나 스테인리스의 종류에 따라 적절한 작업 방법이나 연마제를 선택해야 하므로 간단한 가공이 아닙니다. 또한 스테인리스 이외의 금속은 철, 티타늄, 알루미늄, 놋쇠 등도 경면 마감할 수 있습니다.
경면 마감의 종류
경면 마감은 완성된 표면 상태나 마감 방법에 따라 몇 가지 연마제가 있습니다. 주요 종류를 소개합니다.
| 명칭 | 사용하는 버프 | 외관 | 용도 |
|---|---|---|---|
| ＃400 | 400번 | 경면에 가까운 광택이 있지만 완전한 경면이 아니고 약간 줄이 남는다 | 의료기기, 식품기기, 차량 부품 |
| No.7 | 600번 | #400보다 경면에 가깝지만 완전한 경면은 아니다 | 건축 내장, 외장, 장식품 |
| No.8 | 800번 | 표면 처리 가공 중 가장 경면에 가깝고 연마 흔적도 없다 | 거울, 건물의 장식용 자재 |
정리
마감 가공의 특징과 종류에 대하여 해설했습니다. 마감 가공은 한번의 가공으로 가공재의 표면을 최종 마감으로 하는 것이 아니라 거친 가공, 중간 마감 가공, 마감 가공과 같은 공정으로 나뉘어 있습니다. 마감 가공 중에는 초정밀 마감 가공이나 경면 마감이라는 특수한 마감 가공도 있습니다. 각 공정에서 적절한 기계나 공구, 연마제를 사용하면 효율적이고 고품질로 가공할 수 있습니다. 또한 표면 마감에 따라 비용이나 공정 수도 바뀌므로 전문 가공업자와 상담하여 진행하는 것이 좋겠습니다.
