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표면연마
표면연마(Surface Polishing)는 형태 성형이 완료된 금속의 표면을 고르는 과정으로, 흠집을 제거하고 형태의 면이나 선을 반듯하게 하여 균일한 표면과 정확한 형태를 만드는 과정이다. 이 과정은 제품의 완성도를 높이기 위한 기초 작업으로 광내기, 질감 내기, 표면 처리의 바탕 작업이 라고도 할 수 있다. 줄질, 사포질 등 수공으로 하는 연마와 핸드피스, 버퍼 등을 이용한 기계연마로 크게 나뉠 수 있다.
목차
개요
표면연마는 재료의 표면을 매끄럽게 만들기 위해 사용되는 공정이다. 이 공정은 주로 금속, 유리, 세라믹 등의 재료에 적용되며, 표면의 거칠기를 줄이고 광택을 내는 데 목적이 있다.
표면연마는 물리적, 화학적 방법을 통해 표면을 평탄하게 하고, 불순물이나 결함을 제거하여 고도의 정밀도를 요구하는 응용 분야에서 필수적인 과정이다.
연마 방법
- 기계적 연마: 연마재를 사용하여 표면을 물리적으로 갈아내는 방법입니다. 주로 연마지, 연마석, 연마 휠 등을 사용한다.
- 화학적 연마: 화학 약품을 사용하여 표면을 부식시켜 매끄럽게 만드는 방법입니다. 주로 반도체 제조 공정에서 사용된다.
- 전해 연마: 전기 화학적 반응을 이용하여 표면을 연마하는 방법입니다. 금속 표면의 미세한 결함을 제거하는 데 효과적이다.
연마 도구와 사용법
줄질
톱질을 마친 후 금속판의 형태에 따라 줄을 선택하여 금속판의 평을 고르게 한다. 줄의 사용방법에 따라 직진법, 사진법, 병진법으로 나뉜다. 직진법은 줄을 세로 방향으로 하여 직선이 되도록 하여 줄질하는 법으로 최종 다듬질을 할 때 사용된다. 사진법은 줄을 45도 정도 방향으로 잡고 우측 방향으로 줄질하는 방법으로 금속이 깎이는 양이 많아 거친 줄질에 주로 사용한다. 병진법은 줄을 앞뒤로 움직이면서 금속을 깎아내는 방법으로 일감의 평면 여부를 검사하며 절삭하는 방법이다. 줄의 날 눈의 거칠기에 따라 대공줄, 세공줄 등으로 구분하여 용도에 맞게 사용한다. 직선의 줄질은 줄과 깎는 금속면이 평행이 되도록 하여 작업을 하고, 원형은 일감의 곡선에 맞춰 줄질을 한다.
사포
줄질을 마친 금속의 표면은 사포를 이용하여 고운 면을 만든다. 이때 사포의 거칠기는 줄질의 마감 거칠기에 따라 결정된다. 사포의 뒷면에 있는 번호가 클수록 고운 사포이다. 80번부터 2200번까지 다양한 거칠기가 있다. 줄질의 스크래치가 완전히 없어질 수 있도록 해야 한다. 금속의 형태에 따라 나무 막대, 아크릴 봉, 사포 전용 스틱 등을 사용하거나 스펀지형 사포를 이용하여 금속의 평이 유지될 수 있도록 한다.
같은 거칠기의 사포로 한 면의 가공이 완료되면 그 다음 단계의 고운 사포로 작업할 때는 사포질의 방향을 단계별로 바꿔 표면 마감을 진행한다.
사포질로 금속의 결이 보이지 않게 마감한 후, 광약을 천에 바르고 금속 면에 광이 날때까지 문지른다. 무광이나 사포의 질감을 이용하여 마무리하고자 할 때는 작업자가 원하는 정도에서 마무리하되 전체적으로 고르게 표면이 마감되어야 한다. 금속의 형태에 따라 사포를 나무나 천에 감싸 일감의 표면에 닿을 수 있도록 제작하여 세부 면을 마무리한다.
갈기
갈기는 칼날형과 삼각형으로 되어 있어 각 면에 날이 매우 날카롭게 세워져 있는 도구로 줄이 닿지 않는 곳을 연마할 때 미세한 부분은 갈기를 이용해 금속을 매끈하게 깎는 용도로 사용한다. 금이나 은과 같은 귀금속은 연마 시 발생하는 금속의 손실을 최소화하기 위해 갈기를 이용해 깎는 방법을 사용하기도 한다. 갈기를 사용할 때는 흔들리지 않도록 손가락 사이에 확실히 고정하여 사용한다. 갈기질을 할 때는 요철의 방향과 평행을 유지하며 깎아내야 하는데, 방향이 맞지 않으면 오히려 금속의 표현에 깊은 흠집을 만드는 요인이 되기 때문에 여분의 금속을 이용해 연습을 하여 사용방법을 확실하게 숙지하고 일감에 사용한다.
광쇠
광쇠는 금속을 강하게 누르는 힘을 이용하여 광을 내는 도구이다. 광쇠의 표면은 흠집이 없이 매끄럽게 광택이 나는 상태를 유지하지 않으면 오히려 일감의 표면에 흠집을 내기 때문에 사용 전에 반드시 광쇠의 상태를 확인하고 사용해야 한다. 광쇠를 사용한 일감은 반복해서 눌러서 미는 힘에 의해 표면이 단단해지기 때문에 금속에 강도를 주기 위해서도 사용할 수 있다. 예를 들어 브로치의 핀을 마무리할 때 강한 텐션을 주기 위해 광쇠로 문지르면 핀의 텐션이 높아진다. 갈기와 마찬가지로 사용할 때 손가락 사이에 완전히 고정시켜 흔들리지 않도록 한다.
핸드 피스
핸드 피스는 모터의 회전력을 이용하여 다양한 형태의 바를 이용해 금속의 표면을 연마하는 기계이다. 핸드 피스는 작은 형태나 장신구에 사용되고, 버퍼의 경우는 큰 기물을 연마하는 데 주로 사용된다. 핸드 피스는 회전 방향과 속력을 조절하는 버튼을 이용해 다양한 용도로 사용할 수 있다.
연마에 주로 쓰이는 것은 사포 바, 고무 바, 양모 바 등이 있다. 기물의 크기, 형태, 굴곡의 정도에 따라 금속 표면에 닿을 수 있는 바의 형태를 이용하여 사포 연마에서부터 광택 내기까지 모든 작업이 가능하다. 사포 바는 회전의 속도를 너무 세지 않게 하고 광내기 작업을 할 때는 세기를 높여 사용하는 것이 고광택을 내는 데 효율적이다.
핸드 피스는 장신구와 같은 작은 기물에 사용되기 때문에 회전력에 의해 기물에 열이 발생하는 속도가 빠르다. 그러므로 핸드 피스 작업 시 옆에 물을 담은 용기를 준비하여 열이 발생할 때 찬물로 급랭시키면서 작업하는 것이 효율적이다. 핸드 피스를 사용할 때는 분진이 많이 발생하기 때문에 앞면에 투명한 비닐을 씌운 상자를 준비하여 양쪽에 손이 들어갈 수 있도록 상자를 제작하여 그 안에서 작업을 진행하면 분진이 날리지 않게 작업을 할 수 있다. 작업을 진행한 후 상자 안의 분진은 바로 제거한다.
버퍼
버퍼는 원형 회전하는 기계 힘에 의해 금속 표면을 연마하는 도구이다. 주로 크기가 큰 기물에 사용하고 버프의 종류는 기본적으로 핸드 피스 바와 동일하다.
버프의 다양한 거칠기와 모양에 따라 금속 표면이 깎이는 정도와 나타나는 재질이 다르기 때문에 금속의 종류와 표면의 거칠기에 따라 알맞은 버프를 선택해야 한다. 크기와 회전력에 의해 분진 발생이 많기 때문에 버프가 설치된 곳에는 집진기가 꼭 설치되어 있는지 확인한다. 광택기 사용 시 버프의 아래쪽에 금속을 맞대고, 버프가 돌아가는 반대 방향으로 일감을 끌어당기듯이 몸 쪽으로 사용한다. 버프의 회전력이 세기때문에 일감이 튕겨 나가지 않도록 손으로 단단히 잡아야 한다. 열 발생의 강도도 높기 때문에 이중으로 장갑을 착용하는 것이 좋다. 장갑은 손에 딱 맞는 사이즈를 사용하여야 안전사고를 예방할 수 있다. 버프는 핸드 피스 바와 마찬가지로 교체하여 사용할 수 있으므로 원하는 연마 상태에 따라 버프를 교체하여 사용한다.
광택을 내는 경우에는 광택기 전용 광약 바를 회전하는 버프에 살짝 바르고 난 후, 금속을 버퍼의 아래쪽에 대고 연마한다. 고체 광약 바는 초벌용, 마무리용이 있으므로 용도에 따라 구분하여 사용한다. 기물의 형태에 따라 버퍼의 측면이나 모서리 면을 이용해서 연마할 수 있다. 광약을 자주 바르면 연마 작업이 제대로 이뤄지지 않으며 일감에 광약이 과다하게 묻어 오히려 연마 작업에 방해가 될 수 있기 때문에 적당량을 사용해야 한다. 광택 작업 후 세척 작업을 하는데, 기물의 크기가 커서 초음파 세척기를 사용할 수 없는 경우에는 온수와 세제를 이용해 금속 표면에 흠집이 나지 않을 정도의 부드러운 솔을 이용하여 제거하면 깨끗하게 제거할 수 있다. 솔이 들어가지 않는 부분은 실이나 얇은 천을 말아서 이용하면 좁은 틈의 이물질도 손쉽게 제거할 수 있다.
그라인더
그라인더는 손으로 기계를 직접 잡고 연마하는 도구로 버퍼로 연마하기 힘든 부위를 연마할 때 효과적이다. 핸드 피스보다 회전력이 강하며 고정된 손으로 기구를 직접 움직이기 때문에 기구를 놓치면 큰 안전사고가 발생하므로 두 손을 이용하여 강하게 잡고 연마 작업을 실시한다. 그라인더를 사용하기 전에 반드시 사용 방법을 정확하게 숙지하여야 하고 숙련자와 함께 시험 가동을 해본 후, 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 날을 교환하는 경우 잠금장치의 확인 가동을 해본 다음 본 작업을 실시하도록 한다.
스위치를 켜고 회전이 시작되면 스핀들 잠금단추로 고정시켜 그라인더의 몸통 부분과 옆 손잡이를 강하게 잡고 작업을 실시한다. 일감의 형태에 따라 바퀴 덮개를 제거하고 사용하는 경우도 있지만, 그라인더 날이 튕기는 경우 위험도가 높기 때문에 특수한 경우를 제외하고 반드시 바퀴 덮개를 장착하여 사용한다. 그라인더 날도 핸드 피스 바와 마찬가지로 절삭용에서부터 광택 작업용까지 다양한 종류가 있으므로 기물의 형태와 연마 정도에 따라 선택하여 사용한다. 그라인더의 날을 고정할 때 걸림쇠에 정확히 걸렸는지 반드시 확인 작업을 실시하여 작업 중 날이 분리되는 사고를 방지한다. 작업을 할 때는 몸에 붙는 작업복을 착용하고 보호안경을 꼭 착용한다.
벨트 샌더
평면의 대를 둘러싼 원형의 사포가 회전하면서 금속을 연마할 수 있는 도구이다. 금속의 평을 맞추거나 각을 맞출 때 사용한다. 사용 시 벨트 샌더의 좌측에 몸이 위치하도록 하여 작업을 진행하고 일감은 벨트 샌더의 우측에 위치하도록 하여 일감이 튕겨나 갔을 때 안전사고가 발생하지 않도록 한다. 사포가 마모되면 교체하여 작업을 진행한다. 회전력이 매우 강하기 때문에 일감을 확실하게 고정하여 작업해야 한다. 또한 너무 작은 크기의 일감은 집게 등을 이용해 손이 다치지 않도록 조심하여 사용한다.
바렐기/텀블러
바렐기와 텀블러는 기계의 내부에 있는 스테인리스 볼과 철심의 회전운동에서 발생하는 마찰력을 이용해 연마하고자 하는 표면을 가격하는 방식으로 광택을 내는 방법으로 사용된다. 바렐기는 몸통이 되는 통 자체가 수평으로 회전하면서 그 안의 스테인리스 볼의 낙차를 이용해 금속을 때리는 역할을 한다면, 텀블러는 몸통 자체는 움직이지 않고 그 안의 철심이 자력에 의해 회전하면서 금속의 표면을 연마하는 방식이다.
바렐기와 텀블러 안에 스테인리스 볼과 철심을 적당량 넣어 통 안에 3분의 1 정도 물을 넣고 연마하고자 하는 기물을 넣는다. 이때 한 번에 작업량이 과하면 표면 연마가 잘 이뤄지지 않기 때문에, 작업을 진행하면서 연마의 정도를 체크하고 연마할 금속의 크기와 수량을 조절한다.
초음파 세척기
초음파 세척기는 초음파를 이용하여 금속 표면과 일감의 내부 등 세척이 어려운 부분을 깨끗하게 세척할 수 있는 도구이다. 암모니아 혼합액을 사용하여 세척하면 기름때 까지 제거할 수 있다. 사용 전에 히팅 버튼으로 용액을 따뜻하게 한 후 세척 작업을 진행해야 효과적으로 세척할 수 있다. 초음파 세척기는 세척통이 분리되지 않기 때문에 용액을 교체할 때 기계 전체를 들어 올려야 한다. 불순물이 바닥에 있으면 금속 표면에 흠집을 유발할 수 있기 때문에 항상 깨끗한 용액을 사용하도록 한다.
광택제의 종류
금속의 표면에 광택을 내는 광택제는 여러 가지 종류가 있다. 공구를 사용하여 광택을 낼 때 사용하는 광약과 공구를 사용하지 않고 표면에 문지르는 것으로 크게 나눠볼 수 있다.
- (1) 고체 바
핸드 피스나 버퍼를 사용할 때 광을 내기 위해 사용하는 광약이다. 천 종류나 양모 종류의 바를 이용하여 회전하는 상태에서 광약을 묻혀 금속의 표면을 연마하는 것이다. 초벌용, 마무리용이 있고 생산 국가, 제조사별로 색과 모양이 다르기 때문에 구매 시 용도에 맞는 광약의 기능을 확인하고 선택한다. 과도한 양의 광약을 사용하면 일감의 틈새에 끼어 추후에 제거하는 것이 힘들기 때문에 버퍼가 회전할 때 살짝 대는 느낌으로 바른다. 고체 바를 버퍼에 사용할 때 분진이 많이 발생하여 호흡기에 질병을 유발할 수 있으므로 사용 시에는 꼭 마스크와 보호안경을 착용해야 한다. 일체형 작업복을 착용하면 분진에 의한 오염을 최소화할 수 있다.
- (2) 크림형 광약
크림, 로션, 그리고 구두약과 같은 종류로, 이 광약은 기계를 사용하지 않고 천에 광약을 발라 금속의 표면을 닦아 광을 내는 타입이다. 부드러운 천을 이용하고, 틈새나 내부는 실타래를 이용해 닦으면 효과적으로 광을 낼 수 있다. 광약을 바르면 처음에는 검은 색으로 변하고, 표면이 불투명하게 보이지만 계속해서 문지르면 광이 나기 시작한다.
- (3) 가루 광약 / 물 광약
텀블러나 바렐기에 사용하는 것으로 물에 타서 사용한다.
- (4) 광 수건
약품 처리가 되어 있는 광택용 천으로 따로 광약을 바르지 않고 그대로 금속 표면에 사용한다. 사용한 부분은 색이 검게 변하지만 세탁을 하지 않고 그대로 사용한다. 광수건은 금에 사용하는 것과 은에 사용하는 것이 다르다. 주로 작은 일감에 사용한다.
참고자료
- 킨시, 〈금속 표면 마감하기 - 표면 연마와 광내기〉, 《티스토리》, 2022-04-27
같이 보기
