맨드럴

맨드럴(mandrel)

맨드럴을 이용한 선반작업

맨드럴(mandrel) 사용 예

맨드럴(mandrel)은 선반 또는 이와 유사한 공작기계에서 공작물을 고정하거나 지지하는 데 사용되는 스핀들 또는 차축을 말한다.

개요

선반(旋盤), 밀링 머신, 기어 커터 등에서 중앙에 구멍이 뚫려 있는 공작물을 가공할 때 그 구멍에 끼우는 심봉(心棒)을 말한다.

선반은 가공 작업의 기본 도구이며 금속, 목재 및 플라스틱과 같은 다양한 재료를 성형하고 절단하는데 사용되며 선반 작업에 사용되는 필수 액세서리 중 하나는 맨드럴이다. 맨드럴은 공작물의 속이 빈 보어에 삽입되어 가공 작업 중에 공작물을 안전하게 지지하고 고정하는 원통형 장치로 센터링 및 지원 도구 역할을 하여 드릴링, 리밍 및 터닝과 같은 정밀한 가공 작업을 정확하게 수행할 수 있으며 일반적으로 절삭 공구의 압력으로 인해 변형되거나 손상될 수 있는 벽이 얇거나 섬세한 공작물을 가공하기 위한 선반 기계에 사용된다.

목적

선반 기계에서 맨드럴의 주요 목적은 가공 작업 중에 공작물에 대한 지지와 안정성을 제공하며 사용하는 주요 목적 중 일부는 아래와 같다.

• 센터링 및 정렬: 공작물을 선반 기계에서 정확하게 정렬하고 센터링하여 정확한 가공 작업을 할수 있도록 한다.
• 공작물 변형 방지: 벽이 얇거나 섬세한 공작물을 지원하여 가공 작업 중에 변형되거나 손상되는 것을 방지한다.
• 향상된 가공 정확도: 공작물에 안정성을 제공하여 진동을 줄이고 오류를 최소화하면서 정밀한 가공 작업을 가능하게 한다.
• 다목적성: 공작물 모양과 크기가 광범위하여 선반 기계 작업에서 다재다능한 도구로 사용할 수 있다.

종류

① 표준 맨드릴

가장 일반적인 형식의 심봉으로 공구강을 열처리한 후에 연삭하여 사용한다. 표문 맨드릴은 1/100~1/1000 정도의 테이퍼로 되어있다.

② 갱 맨드릴

두께가 얇은 가공물 여러개를 한번에 너트로 고정하여 가공할 때 편리하다.

③ 팽창 맨드릴

표준 맨드릴은 구멍의 공차가 정밀하지 못하면 사용할 수가 없다. 따라서 가공물의 구멍이 일반공차 정도일 때도 사용할 수 있도록 만든 맨드릴의 외경을 팽창시켜서 가공물을 고정하여 사용할 수 있도록 제작된 맨드릴이다.

④ 나사 맨드릴

가공물의 구멍이 암나사로 되어 있는 경우에 사용하는 맨드릴이다. 맨드릴 외경에 나사를 가공하여 가공물에 고정하고 외경이나 측면을 가공하는 형식의 맨드릴이다.

⑤ 테이퍼 맨드릴

가공물의 구멍이 테이퍼로 되어있을 경우에 맨드릴의 외경을 테이퍼로 가공하여 사용하는 형식의 맨드릴이다.

⑥ 조립식 맨드릴

주축과 심압대에 독립된 형태의 테이퍼로 된 맨드릴을 설치하고, 가공물을 양센터 방식으로 고정하여 가공하는 형식의 맨드릴이다. 지름이 큰 가공물, 구멍의 지름이 여러가지 종류로 다양할 경우에 사용하는 맨드릴이다.

장점

• 향상된 가공 정밀도: 공작물에 안정성과 지지력을 제공하여 오류를 최소화하면서 정밀한 가공 작업을 가능하게 하여 고품질 완제품을 생산한다.
• 다목적성: 다양한 유형과 크기로 제공되므로 다양한 공작물 모양과 크기에 사용할 수 있는 다목적 도구이다.
• 공작물 보호: 벽이 얇거나 섬세한 공작물이 가공 작업 중에 변형되거나 손상되는 것을 방지하여 무결성과 좋은 품질을 제공한다.
• 효율성 향상: 공작물을 정확하게 센터링하고 정렬하여 설정 시간을 줄이고 가공 효율성을 높이는 데 도움이 된다.

단점

• 비용: 맨드럴의 유형과 품질에 따라 다른 워크홀딩 장치에 비해 상대적으로 비쌀 수 있으며, 이로 인해 기계 가공 공정의 전체 비용이 추가될 수 있다.
• 크기 제한: 맨드럴은 보유할 수 있는 작업물의 크기 측면에서 제한이 있기 때문에 매우 크거나 무거운 공작물은 용도에 적합하지 않을 수 있으므로 워크홀딩의 대체 방법이 필요할 수 있다.
• 복잡한 설정: 선반 기계에서 맨드릴을 설정하는 것은 다른 공작물 고정 방법에 비해 더 복잡할 수 있으며 적절한 정렬 및 센터링을 확보하기 위해 추가 조정 및 측정이 필요할 수 있어 설정 시간이 늘어날 수 있다.
• 재료 제한: 일부 맨드릴은 취성 또는 마모성이 높은 재료와 같은 특정 재료에 적합하지 않을 수 있기 때문에 맨드릴이 마모되어 수명과 효율성이 감소할 수 있다.

참고자료

• 〈mandrel 뜻〉, RedKiwi Words
• 〈맨드릴〉, 《기계공학용어사전》
• 메카럽, 〈맨드릴이란? - 개요, 사용 목적, 종류, 장단점〉, 《티스토리》, 2023-04-11
• 대구공돌이, 〈(공작)맨드릴(mandrel)〉, 《네이버 블로그》, 2022-02-03

같이 보기

• 드릴
• 공작기계
• 선반 (기계)
• 밀링머신

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