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연삭
연삭(Grinding)은 고속 회전하는 연삭 휠을 사용하여 공작물의 표면을 제거하고 매끄럽게 다듬는 공정이다. 연삭은 매우 높은 정밀도와 우수한 표면 품질을 요구하는 경우에 사용되며, 다양한 형태와 크기의 공작물을 가공할 수 있다. 연삭 공정에서는 주로 금속, 세라믹, 유리 등의 단단한 재료를 가공한다.
연삭의 특징은 매우 높은 정밀도와 미세한 표면 품질이다. 연삭은 보통 0.1㎛Ra 이하의 표면 거칠기를 가지며, 이는 매우 평활한 표면을 의미한다. 연삭 공정에서는 연마재의 입자 크기, 연삭 속도, 연삭 압력 등을 정밀하게 조절하여 원하는 표면 품질을 얻는다.
연삭은 주로 고정밀 기계 부품, 베어링, 공구, 금형 등의 마무리 단계에서 사용된다. 이 과정은 시간이 오래 걸리지만, 최종 제품의 품질을 결정짓는 중요한 단계이다. 연삭은 제품의 내구성을 향상시키고, 마모를 줄이며, 제품의 수명을 연장하는 데 큰 기여를 한다.
목차
개요[편집]
연삭은 단단하고 미세한 입자를 결합하여 제작한 연삭숫돌을 고속으로 회전시켜, 가공물의 원통이나 평면을 극히 소량씩 가공하는 정밀 가공방법이며 연삭을 하는 기계를 연삭기라 한다.
공구로 사용되는 연삭숫돌은 연삭 입자(Abrasive Grain)를 결합제(Binding Material)로 결합시킨 것으로 수많은 기공(Pore)이 존재하고 결합제의 강도 이상이 되면 입자는 탈락하고 새로운 입자가 생성하는 작용을 반복하면서 각각의 입자들은 작은 절삭날의 작용을 하며 가공물에 미소의 칩이 발생하는 절삭작용을 하게 한다. 이들 연삭 입자는 경도가 매우 크므로 일반 공작기계에서 가공이 어려운 경질의 소재를 가공할 수 있으며 정밀도가 높은 표면의 가공이 가능하다.
연삭가공의 특징[편집]
① 경화된 강과 같이 단단한 재료를 가공할 수 있다.
② 칩이 미세하여 정밀도가 높고 표면 거칠기가 우수하다.
③ 절삭열이 매우 높다. (가공 시 불꽃이 발생)
④ 연삭열에 의해 연삭 결함, 연삭 균열 및 연삭 번(Burn) 등이 발생한다.
⑤ 절삭속도가 대단히 빠르다.
⑥ 자생작용이 있다.
종류[편집]
평면연삭[편집]
평면연삭기로 평면을 고정밀도로 다듬질하는 것이 평면연삭이다. 평면연삭기에는 연삭숫돌축이 수평으로 되어 있고, 각형의 테이블이 왕복하는 연삭기와 테이블이 회전하는 연삭기가 있다. 연삭숫돌축이 수평이며 테이블이 회전하는 연삭기는 한꺼번에 대량의 평면 가공을 할 수 있다.
이밖에도 연삭숫돌이 수직으로 되어 있고, 테이블이 왕복하는 연삭기, 테이블이 회전하는 연삭기를 사용하는 연삭방법도 있다.
연삭가공에 있어서는 공작물에 맞는 연삭숫돌을 선택하지 못하면 다듬질면이 연삭에 의해서 순간적으로 고온으로 가열되어 표면이 산화·변색되는 연삭 과열 현상이 나타나거나 끝면이 거칠게 된다.
- 응용 예시: 금형 제조, 기계 부품의 기초 표면 가공 등.
내면연삭[편집]
내면연삭은 회전하는 연삭숫돌에 의해 원통 형상이나 테이퍼 형상을 한 공작물의 안쪽 표면을 갈아 반들반들하게 만드는 작업이다. 내면연삭에 사용하는 기계를 내면연삭기라고 한다. 내면연삭기는 저속으로 회전하면서 왕복하는 공작물의 내면을 가늘고 긴 숫돌축으로 연마한다. 테이퍼 형상의 내면연삭은 공작물을 올려놓은 테이블에 각도를 주어서 한다.
내면연삭은 숫돌과 공작물과의 접촉 면적이 크기 때문에 입도가 굵고 결합도가 낮은 연삭숫돌을 사용하여야 하며, 가공속도가 빨라 높은 정밀도를 얻을 수 있다.
- 응용 예시: 베어링의 내륜, 소형 기어 내부 가공 등.
원통연삭[편집]
원통연삭은 숫돌바퀴의 회전 운동과 공작물의 회전 이송운동으로 원통의 내면, 정면, 측면 등을 연삭하는 것이다. 공작물은 주축대와 심압대의 양 센터 사이에 고정되어, 주축대의 구동장치에 의해 회전된다.
범용 원통연삭기의 경우 파고들기는 바퀴숫돌축 쪽에서 하고, 축 방향으로의 이송은 테이블을 왕복시켜서 한다. 속이 비어 있는 것(중공)은 맨드릴(굴대, 끼우개)을 꽂아 넣고 연삭한다. 테이퍼 형상의 연삭은 테이블에 각도를 주어서 한다.
원통연삭 방식에는 공작물을 회전시키면서 좌우로 왕복운동을 하는 트레버스 연삭과 작물을 회전시키면서 깊이 방향으로 이송하는 플런지컷(plunge cut) 방식이 있다. 플런지컷 방식은 긴 공작물의 거친 연삭에 아주 능률적인 방법이다. 그러나 이 방식은 트레버스 연삭에 비하여 가공면의 상태가 좋지 않다.
그러므로 연삭 여유가 많을 때는 플런지컷으로 거친 연삭을 하고, 트레버스 연삭으로 다듬질을 한다. 그밖에 원통연삭 방식으로 앵귤러 플런지컷, 총형 연삭 등이 있다.
- 응용 예시: 자동차 엔진의 크랭크샤프트, 기어축 등.
센터리스 연삭[편집]
공작물을 중심 없이 연삭하는 방식으로, 긴 샤프트나 작은 직경의 원통형 부품을 가공할 때 사용된다. 센터리스 연삭은 원통 연삭처럼 원통 바깥쪽을 깎는 방법이다. 그러나 양자는 공작물의 고정 방법이 다르다. 원통 연삭의 경우는 원통형 공작물의 중심을 고정하고 공작물을 회전시킨다. 한편 센터리스 연삭에서는 지지날이라는 받침과 원통형 조정 바퀴로 공작물을 받쳐 놓고 회전하는 숫돌을 공작물에 대고 공작물이 자연스럽게 돌아가도록 조정한다. 손 안에서 경단을 굴리는 듯한 이미지이다. 센터리스 연삭에서는 지지날, 조정 바퀴, 숫돌의 3개로 공작물을 균등하게 지지하므로 공작물 표면을 균일하게 마감할 수 있습니다. 실린더 로드처럼 얇은 원통이나 긴 원통의 가공에 적합하다.
- 응용 예시: 작은 직경의 샤프트, 핀 등 대량 생산에 적합한 부품 가공.
기어연삭[편집]
기어 연삭은 연삭을 사용하여 기어를 만드는 방법이다. 납작한 원반형 숫돌을 사용하여 공작물을 절삭하도록 해서 기어를 깎아낸다. 절삭 가공으로 깎아낸 기어의 마감 가공으로 사용되는 경우도 있다.
거칠기 기준과 정밀도[편집]
연삭 공정에서 표면 거칠기는 매우 낮은 값을 가진다. 일반적으로 0.1㎛Ra 이하로 유지되며, 이는 매우 매끄러운 표면을 의미한다. 연삭 휠의 입자 크기와 재질, 회전 속도, 절삭 속도 등이 표면 품질에 영향을 미친다. 연삭 공정에서는 이러한 조건들을 정밀하게 제어하여 원하는 표면 품질과 정밀도를 달성할 수 있다.
연삭 공정 단계별 분류[편집]
연삭 공정은 크게 다음과 같은 단계로 분류할 수 있다:
- 황삭 연삭 (Rough Grinding): 공작물의 거친 표면을 대략적으로 다듬는 초기 단계입니다. 이 단계에서는 많은 양의 재료를 빠르게 제거하여 대략적인 형태를 잡습니다.
- 거칠기 기준: 약 1㎛Ra 이상.
- 적용 예시: 대형 기계 부품의 초기 가공, 금속 블록의 기본 형태 만들기.
- 정삭 연삭 (Finishing Grinding): 황삭 연삭 후에 공작물의 표면을 더 매끄럽게 다듬고 치수를 정확하게 조정하는 단계이다.
- 거칠기 기준: 약 0.5~0.2㎛Ra.
- 적용 예시: 기어, 베어링 부품의 최종 표면 가공, 정밀 기계 부품 가공.
- 초사상 연삭 (Superfinishing Grinding): 정삭 연삭 후, 매우 높은 정밀도와 매끄러운 표면을 얻기 위해 수행되는 마지막 단계이다.
- 거칠기 기준: 약 0.1㎛Ra 이하.
- 적용 예시: 고정밀 베어링, 항공기 엔진 부품 등.
연삭 가공 시 주의점[편집]
연삭 가공에서는 고속으로 회전하는 숫돌을 사용한다. 여기에서는 가공 중 숫돌에 발생하기 쉬운 3가지 문제를 알아본다.
눈막힘[편집]
눈막힘은 숫돌 표면의 지립 사이에 깎아낸 찌꺼기 등이 쌓인 결과 숫돌의 절삭감이 나빠지는 현상이다. 부드러운 금속(알루미늄이나 동 등)의 가공 시에는 눈막힐 가능성이 높아진다. 눈막힘이 일어나면 자생 작용이 작동하지 않게 되므로 숫돌 표면에 새로운 지립이 나오지 않아 가공 효율이 크게 저하된다. 숫돌과 공작물과의 접촉 위치에 열이 쉽게 차서 공작물의 그을음이나 진동이 발생할 수도 있다. 숫돌의 눈막힘을 방지하려면 공작물의 재질에 따라 적절한 숫돌 선택이 중요하다.
눈손상[편집]
눈손상은 지립의 날 부분만 깎여 숫돌 표면이 평탄해지고 숫돌의 절삭감이 크게 저하되는 현상이다. 숫돌의 자생 작용이 작동하지 않아서 발생한다. 눈손상이 발생하면 마찰면이 넓어지므로 눈막힘과 같이 그을음이나 진동이 생기기 쉬워진다. 눈손상이 일어났을 때는 숫돌의 자생 작용이 적절히 작동하도록 연삭 부하를 조정한다.
눈빠짐[편집]
일반적으로 숫돌 안의 지립은 연마력이 사라진 후 자연스럽게 탈락한다. 그러나 지립끼리 묶어놓았던 결합제가 너무 물러지는 경우 아직 연마력이 있는 지립이 차례차례 탈락할 수 있다. 이것이 눈빠짐이다. 눈빠짐이 일어나면 숫돌의 절삭감이 크게 저하되고 숫돌의 수명도 짧아진다. 연삭 가공 시 눈빠짐을 방지하기 위해 결합제의 연함이나 가공 부하를 적절하게 조정한다. 또한 연삭할 때는 설계 형상에도 주의해야 한다. 단차 있는 형상이나 통 모양의 홀 내부에 연삭을 지시하는 경우 면과 면이 교차하는 부분의 연삭은 아주 어려워 진다. 따라서 연삭의 릴리프 홈을 고려해야 한다.
연마 가공과의 차이[편집]
연마 가공은 연삭 가공처럼 공작물의 표면을 조금씩 제거하는 방법이다. 연삭 가공이나 절삭 가공과 같이 제거 가공으로 분류된다. 연삭 가공과 연마 가공은 매우 유사하지만 둘은 목적이 다르다. 연삭 가공은 「깎아서 형태를 바꾸기」 위한 방법이지만 연마 가공은 「닦아서 다듬는다」는 의도가 강하다. 예를 들어 부품 표면을 거울처럼 다듬는 경우는 연삭 가공이 아닌 연마 가공이 사용된다. 연마 가공에는 연삭 가공과 같이 숫돌을 사용하는 방법 외에 지립(숫돌 속에서 「커터」의 역할을 하는 입자)만을 사용하는 방법 및 전기 분해를 이용하여 금속 표면을 녹이는 방법(전해 연마)이 있다.
참고자료[편집]
- 〈평면연삭〉, 《두산백과》
- 〈내면연삭〉, 《두산백과》
- 〈원통연삭〉, 《두산백과》
- 〈연삭 가공이란? 용도·종류·특징과 연마 가공과의 차이에 대하여〉, 《한국미스미》, 2022-09-01
- Green Tomato, 〈연삭숫돌의 5요소, 자생작용, 무딤, 눈메움, 드레싱, 트루잉〉, 《네이버 블로그》, 2022-11-29
- 〈<제조백과> 황삭, 정삭, 연삭 비교하기〉, 《바로발주》, 2024-06-11
같이 보기[편집]
