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보링
보링(boring)은 일반적으로 공작물을 고정하여 이송운동을 하고 보링공구를 회전시켜 절삭하는 방식으로 이미 뚫려 있는 구멍을, 둥글게 깎아 넓히는 작업을 말한다.
탐층(探層), 탐정(探井), 탐광(探鍵) 등을 위해 지하의 지층 두께, 광물질 등을 조사하는 굴착 작업도 보링이라고 한다.
개요
보링은 드릴로 뚫은 구멍을 크게 하는 과정을 의미한다. 수세식보링, 충격식보링, 회전식보링이 있다. 구멍을 뚫는 기계는 천공기로 부른다.
기계 가공에서 보링은 총구 또는 총신을 보링하는 것과 같이 단일 지점 절삭 공구(또는 이러한 도구가 여러 개 포함된 보링 헤드)를 사용하여 이미 드릴링(또는 주조)된 구멍을 확대하는 공정이다. 보링은 구멍 직경의 정확성을 높이기 위해 사용되며 테이퍼 구멍을 절단하는 데 사용할 수 있다. 보링은 외경을 절삭하는 선삭에 대한 내경 대응으로 볼 수 있다.
보링에는 다양한 유형이 있다. 보링 바는 양쪽 끝에서 지지되거나(기존 구멍이 관통 구멍인 경우에만 작동) 한쪽 끝에서 지지될 수 있다(관통 구멍과 막힌 구멍 모두에서 작동). 라인보링은 전자를 의미한다. 백보링은 기존 구멍을 통과한 다음 공작물의 "뒷면"(기계 주축대를 기준으로)에 보링하는 공정이다.
최초의 보링 공작기계는 1775년 존 윌킨슨(John Wilkinson)에 의해 발명되었다.
보링과 선삭은 내부 및 외부 원통형 연삭에 연마 대응물이 있다. 각 공정은 특정 응용 분야의 요구사항 및 매개변수 값을 기반으로 선택된다.
지반조사의 보링
지중의 토사에 꽂아 토질의 시료를 채취하고, 지하수와 지반의 구성 등을 판단하기 위한 토질 조사법이다.
토질이나 암석 내에 조사 또는 물, 기름의 채취 등의 목적으로 구멍을 뚫는 것. 보링에는 메탈이나 다이아몬드를 장착한 코어 채취용의 로터리식 보링을 비롯하여 석유 굴착의 경우처럼 굴진만의 경우나 구멍 바닥을 해머로 깨부수어 굴착하는 충격식의 경우 및 외관이 보호 역할을 하는 내측을 충격식으로 굴착하는 OD(overburden drilling) 머신 등 여러 종류가 있다. 동력은 엔진이나 전동기이지만 압축 공기가 이용되기도 한다. 운전은 유압식이 대부분이나 얕은 곳에는 수동식이 사용되기도 한다. 또한 시공 장소에 따라 광산, 탄전, 유전, 지열, 토목 등으로 나누어지며 이들 보링공은 구멍 굽음, 온도, 전기 저항, 방사능 등의 검층도 한다.
- 종류
- 오거보링: 나선형으로 된 송곳을 인력으로 지중에 틀어박는 방법으로 가장 간단하며, 깊이 10m 이내의 점토층에 사용된다.
- 수세식 보링: 비교적 연약한 토사에 수압을 이용하여 탐사하는 방식으로 선단에 충격을 주어 이중관을 박고 물을 뿜어내어 파진 흙과 물을 같이 배출(깊이 30m 정도의 연결층에 상용)
- 충격식 보링: 경질층을 깊이 파는 데 이용되는 방식으로 와이어 로프의 끝에 있는 충격날의 상하 작동에 의한 충격으로 토사 암석을 파쇄 천공하여 파쇄된 토사는 배출
- 회전식 보링: 지층의 변화를 연속적으로 비교적 정확히 알고자 할 때 이용하는 방식으로 불교란 시료의 채취가 가능하며, Rod의 선단에 첨부하는 말(Bit)을 회전하여 천공하는 방법이다.
- 토질주상도
- 지질단면을 그림으로 나타낼 경우에 사용하는 도법으로 지층의 층서, 포함된 제물질의 상태, 층두께 등을 축적으로 표시한 것을 말한다.
- 현장에서 보링 시험이나 표준관입 시험을 통해 지반의 경연상태와 지하수위 등을 조사하여, 지하부위의 단면 상태를 예측할 수 있는 예측도이기도 하다.
기계 보링
- 뚫린 구멍을 깎아 넓히는 것이며, 그 원리는 선삭과 같으나 다만 공작물은 상대적인 이송운동을 할뿐이고 보링공구는 보링 바에 고정되어 회전운동을 한다.
- 보링 머신은 공작물을 회전시키는데 복잡한 형상이나 대형공작물, 중량이 많이 나가 편심이 우려될 때 이용한다.
- 보링머신은 보링 이외의 드릴링, 정면절삭, 나사가공 등을 할 수 있고 정면밀링커터를 사용하면 평면절삭도 할 수 있다.
- 종류
- 수평식 보링 머신: 주축이 수평으로 배치된 보링 머신
- 정밀 보링 머신: 다이아몬드 바이트나 초경합금 바이트로 원통 내면을 작은 절삭 깊이와 이송량으로 높은 정밀도, 고속으로 보링하는 기계
- 지그 보링 머신: 지그 등으로 다수의 구멍을 매우 정확한 위치에 정밀하게 구멍 뚫기 또는 보링가공을 하는 보링 머신으로 주축에 대해 공작물을 높은 정밀도로 위치 결정할 수 있는 장치를 비치하고 있다.
- 공구
- 보링 바: 보링 바이트를 고정하고 주축에 끼워져 회전하여 공작물의 멍을 다듬질하는데 사용하는 봉
- 보링 바이트: 날끝은 선반용 바이트와 같으며, 각형, 원형이다. (다이아몬드, 초경합금)
- 외날바이트 : 거친 공작물 절삭
- 양날바이트 : 다듬질 절삭
- 보링 헤드: 지름이 큰 구멍을 보링할 때 직접 보링 바에 바이트를 고정하면 작업이 곤란하므로 보링 헤드를 보링 바에 고정하고 여기에 바이트를 고정해서 공작물을 깎는다.
엔진 보링
엔진 블록의 보어 손상을 수리하기 위해 블록이나 라이너을 깎아내고 보어의 내주면을 가다듬는 작업이다.
엔진은 기본적으로 실린더와 피스톤으로 이루어져 있다. 실린더 내부에서 폭발을하며 피스톤이 움직이면서 크랭크 축을 돌려서 운행하게 되어있다. 실린더와 크랭크 내부를 엔진오일이 윤활작용을 하면서 마모되는 것을 방지한다.
정상적인 엔진의 실린더는 표면에 빗살무늬 형태의 일정하게 호닝되어 있다. 이는 스크래치가 아니며, 호닝을 하면서 발생하기에 호닝 자국이라고 하는데, 호닝된 내주면에 엔진오일이 고이면서 윤활과 기밀 유지를 해준다. 오히려 무늬가 없이 매끈한 실린더가 비정상으로 이미 호닝 자국이 안보일만큼 닳았다는 의미다.
보어 면이 손상되면 압축 압력이 떨어지며, 또한 호닝 자국 말고 피스톤의 운동방향으로 발생한 스크래치는 압축 압력 손실과 오일의 연소실 침투를 유발시키므로 반드시 보어 면을 정리해야 하며, 이를 위해서는 어쩔 수 없이 블록을 깎아내게 된다. 깎아내고 보통 라이너를 삽입한다, 오버사이즈 피스톤을 장착시키는 것은 보어 업이다.
흔히 엔진을 오버홀한다는 의미로 '엔진을 보링한다'고 말하기도 하나, 피스톤 등의 부품 교체정도로 끝내는 것은 연소실 표면의 가공을 하지 않으므로 보링이 아니다.
국외산 불문하고 알루미늄 합금 블록 엔진일지라도 대다수 캐스트-인[3] 주철 라이너 타입이다. 따라서 그 라이너를 깎아내고, 새 라이너를 압입 후 치수에 맞게 보링하는 것이, 보링업체의 주된 수입원이다. 상태에 따라 크랭크 등의 추가 교체가 들어간다.
경우에 따라, 보링 아닌 신품 쇼트 블록을 그냥 사다가 갈아버리는게 속 편하다. 이 경우에도 대부분 실린더 헤드의 오버홀은 불가피하다.
그렇기 때문에 '몇십만킬로 무보링(無 Boring) 주행가능한 엔진'이라는 뜻은 블록의 내구도과 가공 정밀도가 높다는 방증일 수 있다. 과거 메르세데스-벤츠와 이를 라이선스 생산한 쌍용자동차 엔진들이 100만km 무보링으로 달려내는 경우가 많았다.
현대기아 GDi 엔진은 보링 작업이 여전히 많이 시행되고 있다. 특히 세타/감마 자연흡기 GDi 엔진의 결함으로 차량의 잔존가치가 아직 많이 남은 시점에서 엔진이 일찍 퍼지는 일이 잦기 때문이다. 신품 엔진 교환은 450만원 정도 드는데 보링으로 재생한 엔진은 150~200만원 정도면 되기 때문.
그 외에도 포르쉐의 수평대향 박서엔진들 중에 설계결함으로 실린더 스크래치가 발생하는 엔진이 꽤 있다. 포르쉐라는 브랜드 답게 신품엔진 가격이 살인적이기도 하지만, 신품 블록으로 조립한들 애초에 엔진의 설계결함으로 발생한 문제이기 때문에 재발할 수 있다. 그래서 블록을 미국에 있는 보링 전문 업체에 보내 라이너를 새로 박아서 수리하기도 한다. 하는김에 IMS 베어링 윤활장치도 붙이고...
- 엔진보링을 고려해볼만한 차량
자동차의 심장인 엔진이 노후화되거나 문제가 생기면 소음, 연비저하, 출력저하, 오일소모, 불완전연소등 다양한 증상이 나타나게 된다. 보통 10만km ~ 20만km 주행한 다음과 같은 차량은 엔진보링을 고려해볼 수 있다.
- 엔진소음이 너무 큰 차량
- 연비가 급격하게 저하된 차량
- 출력이 현저하게 저하된 차량
- 오일이 과다하게 소모되는 차량
- 불완전 연소의 배기가스가 심하게 나오는 차량
- 시동이 잘 걸리지 않는 차량
한가지 증상만으로는 엔진보링을 무조건 하라는 것은 아니다. 보통 엔진에 문제가 있는 차량은 위의 문제들이 복합적으로 나타나게 된다. 엔진보링은 상당히 큰 비용이 드는 작업이기 때문에 전문가와 충분한 상담 이후에 받기 바란다.
- 엔진보링 과정
엔진보링을 하게되면 우선 특수한 엔진 보링 기계를 사용하여 변형이 일어난 엔진 실린더 내벽을 깎아낸다. 깎아낸 만큼의 주철합금인 라이너 슬리브를 똑같은 크기만큼을 압착시켜서 박아 넣는다. 그 이후에 피스톤 헤드와 압축링과 오일링, 저널베이링을 교환하여 조립해준다.
만약에 주행시 고열로 인해서 헤드가 뒤틀리었다면 헤드의 면을 경미하게 깎아낸다. 너무 많이 깎아내게 되면 연소실의 높이가 낮아지기 때문에 압축비가 높아져서 노킹이 생길 수 있으니 주의해야 한다.
내차량 엔진을 보링하는 방법도 있지만 이미 보링된 재생 엔진이나 중고 엔진을 교환 해주는 방식으로 작업하는 경우도 있다. 정상적인 다른 엔진으로 교체하는 것이기 때문에 수리기간이 짧아진다.
보링의 경우에는 일주일 이상 걸려야 하지만, 교환시에는 3~4일정도만 걸린다. 시간이 짧아지는 만큼 공임이 적게 드니 가격이 더 싸질 수도 있다.
참고자료
- 〈보링〉, 《기계공학용어사전》
- 〈보링〉, 《자동차용어사전》
- 〈보링〉, 《위키백과》
- 〈엔진 보링〉, 《나무위키》
- proovy, 〈보링(boring) vs 리밍(reaming)〉, 《네이버 블로그》, 2019-04-13
- 분양보호자, 〈지하탐사법, 보링의 종류(지반조사 방법)〉, 《네이버 블로그》, 2019-06-27
같이 보기
