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가공법
가공법(加工法, a processing method)은 물품을 가공하는 방법을 말한다.[1]
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목차
기계 가공법 종류
주조
만들고자 하는 제품과 거의 같은 모양으로 목재 원형을 만들고 그 원형을 모래 속에 묻고 모래를 다져서 굳힌 후 빼낸다. 그렇게 하면 원형과 같은 모양의 공간이 모래 속에 만들어지는데, 이것을 주형(鑄型)이라고 한다. 이 주형에 용해한 금속을 부어 냉각시켜 굳은 후 형(型)을 부수고 꺼내어, 적당한 기계가공을 해서 제품으로 한다. 이 제품을 주물이라고 한다. 주조는 단조에 비해 모양이 복잡한 것이나 또는 큰 제품을 만드는 데 적합하다. 주조용 금속은 주철·강·구리합금·경합금 등이 사용된다.
용접
용접법은 접합부에 금속재료를 가열. 용융시켜 서로 다른 두 재료의 원자 결합을 재배열하여 결합시키는 방법으로 아크용접, 가스용접, 테르밋용접 등이 있다. 압접법은 접합부에 외부의 강한 물리적 압력을 가해 접합하는 방법으로 가스압접이나 단접(鍛接)처럼 압력을 가하는 동시에 가열하는 방법을 특히 가열 압접 또는 고온 압접이라고 한다. 일반적으로 압접을 사용하는 재료에는 알루미늄, 구리 등과 같이 연성(延性)이 높은 재료를 사용하며 상온에서 가압하는 것만으로도 용접이 가능하여 냉간 압접(冷間壓接)이라고 한다.[2]
소성가공
주로 금속가공에 사용되어 발전되었으나 근년에는 고분자 재료에도 응용되고 있다. 금속의 소성가공은 열간가공(熱間加工)과 냉간가공(冷間加工)으로 대별된다. 열간가공은 금속을 가열하여 부드럽게 해서 가공하는 방법인데, 작은 힘으로도 금속을 변형시킬 수 있고, 같은 힘으로 한 번에 큰 변형을 줄 수가 있다. 즉 적은 공정으로 제품을 만들 수가 있어 경제적이다. 그러나 표면 다듬질이 아름답지 못하고 치수 정밀도 역시 좋지 않으므로, 냉간가공의 소재(素材)로 하는 경우가 많다. 냉간가공은 상온에서 실시되어 정확한 치수의 것을 만들 수 있고, 표면이 아름다운 것이 된다는 점, 매우 얇은 박(箔)이나 가느다란 선도 만들 수 있다는 장점이 있다. 가공경화를 이용해서 강력한 피아노선(線)을 만들 수도 있다. 또 냉간가공한 후 풀림(annealing)을 하여 결정입자의 방향을 가지런하게 하여 탄성률을 높일 수도 있다.
소성가공 분류
- 단조(鍛造):재료를 가열하고 두들겨서 하는 가공. 가장 간단한 것은 모루와 해머에 의한 작업이다. 큰 것은 증기력을 이용한 스팀해머, 압축공기를 이용한 에어해머 등에 의해 이루어진다.
- 압출(壓出):재료를 거푸집 속에 밀어 넣고, 거푸집에 뚫린 구멍으로부터 밀어내어 그 구멍의 모양과 같은 막대나 관을 만든다. 주로 열간가공이지만 납 ·주석 등으로는 냉간 압출가공도 이루어진다.
- 압연(壓延):회전하는 2개의 롤 사이로 재료를 통과시켜 단면을 압연하여 판재(板材) 등을 만드는 가공법. 또 홈 붙여 롤을 사용해서 형재(形材)나 선재(線材)를 만드는 열간 ·냉간의 두 가지 방법이 있다.
- 신선(伸線):다이스 틀(dies)에 재료를 통과시켜 잡아당겨서 단면의 감소를 꾀하는 방법. 선이나 관(管)을 만드는 데 사용된다.
- 판금(板金):판(양철판 ·함석판 등)을 굽히거나, 판의 표면에 요철(凹凸)의 무늬를 내는 압인가공(壓印加工), 용기의 측면 벽의 살 두께를 얇게 하는 가공 등이다.
- 전조(轉造):나사나 기어 등을 만드는 데 사용된다. 소재를 회전하는 나사 등의 거푸집 속을 통과시켜 압력을 가해서 성형한다.
절삭
각종 재료를 바이트 등의 절삭공구를 사용해서 가공하여 소정의 치수로 깎는 일을 말한다. 기계가공법의 하나이다. 절삭의 특징은 재료를 깎을 때 필요 없는 부분을 칩(chip)으로서 잘라내는 것인데 가공할 때 칩, 즉 파쇄(破碎) 조각이 생긴다. 절삭가공의 방법은 여러 가지가 있으며, 톱으로 목재나 금속을 절단하는 것도 일종의 절삭이며, 기계를 제작하는 데 있어 매우 중요한 위치를 차지하는 공작기계에 의한 가공의 대부분도 절삭이다. 선반에 의한 절삭가공을 비롯하여 그 밖의 공작기계에 의한 절삭, 즉 평삭(平削)·셰이핑(形削)·슬로팅(slotting)·보링·드릴링·브로치(broach)가공·밀링(milling)가공·호브(hob)절삭·리머다듬질·줄다듬질·태핑(tapping) 등 모두 절삭가공이다.
소결
고체의 가루를 틀 속에 넣고 프레스로 적당히 눌러 단단하게 만든 다음 그 물질의 녹는점에 가까운 온도로 가열했을 때 가루가 서로 접한 면에서 접합이 이루어지거나 일부가 증착(蒸着) 하여 서로 연결되어 한 덩어리로 된다. 이와 같은 방법으로 금속 제품을 만드는데, 원래 녹는점이 높아서 녹이기 어려운 텅스텐에 처음 사용되었다. 적당히 구멍이 있는 고체를 만들거나, 녹였을 때 혼합되지 않는 두 물질의 복합재료(예를 들면 금속과 세라믹스)를 만드는 데 사용된다.[3]
공작기계 가공법
공작기계에서 절삭 또는 연삭 가공을 하기 위해서는 바이트와 공작물이 서로 접촉하는 상태에서 얼마간의 상대적인 운동을 시키지 않으면 안 된다. 그 운동 중 기본적인 것에는 ①주(主) 운동(절삭. 연삭) ②이송 운동 ③위치 결정 운동의 세가지가 있다.
선삭 가공
선삭 가공은 바이트(선삭 용 공구)에 의한 가공 중 [그림]처럼 회전 절삭 운동과 직선 이송 운동이 조합된 것으로 직선 이송 운동이 회전중심과 평행한 경우에는 [그림]의 (a)와 같이 원통형 형상을 깎을 수 있다. 또한 이송 운동의 방향을 기울이면 (b)처럼 끝이 가늘어지는 테이퍼(TAPER)를 깎을 수 있다. 주로 이러한 종류의 운동을 하는 것이 선반이다. 이송 운동 방향이 회전 중심에 대해 직각인 경우에는 (c)와 같이 공작물의 측면을 깎을 수 있다. 이 방법을 단면 절삭, 또는 정면 절삭이라 하고, 정면선반이나 수직선반이 이용된다. 같은 원리로 (d)와 같이 원통형의 내면을 깎을 수도 있다. 이것은 미리 드릴 등으로 뚫은 구멍을 더 크게 하는 가공으로 척 또는 면판에 공작물을 부착하여 가공한다. 폭이 좁은 절단 바이트에 수직 방향의 이송을 주어 공작물을 절단하는 것이 (e)의 절단 가공이다. 또 복잡한 형상을 다수 가공할 때 선반에 단 모방 장치, 또는 모방선반에서 가공품과 같은 형상의 형틀에 따라 바이트를 자동적으로 이송하여 필요한 형상을 가공하는 것이 (f)의 모방(윤곽) 절삭이다.
평삭가공
바이트를 이용한 가공으로 직선 절삭 운동과 직선 이송 운동이 조합된 평면 절삭가공이다. [그림]의 경우, 직선 절삭 운동은 당연히 왕복운동이 된다. 비교적 소형 공작물에는 바이트를 직선 절삭 이송을 시키는 형 삭기(슬로터), 또한 큰 형상의 공작물인 경우에는 공작물에 직접 절삭 이송을 주는 평삭기(플레이너)가 이용된다.
드릴링 가공
공작물을 고정하고 드릴, 리이머, 탭 등의 공구에 회전 절삭 운동과 회전축 방향의 직선 이송 운동을 시키면서, 공작물의 원형 구멍 뚫기, 자리 내기, 나사 가공 등을 하는 가공법이다. 이 작업을 하는 기계에는 드릴링 기와 탭핑기외에 머시닝센터도 많이 이용되고 있다. 드릴 지름의 4배 이상의 깊은 구멍을 낼 경우에는 칩 배출이 문제이기 때문에 드릴을 반복하여 전진 후진하는(스텝 피드) 방식을 취하고 있다. 또한 깊은 구멍을 내는 전용 건드릴을 사용한 건 드릴 머신이 사용되고 있다.
밀링 가공
밀링커터에 회전 절삭 운동을 주고, 공작물에 이송 운동을 주어 평면이나 홈 등, 여러 종류의 형상을 깎아내는 방식으로 기본적으로는 밀링기가 이용되지만 최근에는 머시닝센터나 터닝센터가 많이 이용되고 있다. 기본적으로 평면 밀링커터에 의한 밀링 가공(평밀링가공)과 페이스 밀링커터에 의한 밀링 가공(정면 밀링 가공)의 두 가지 방식으로 나뉜다. 홈 등의 총형 형상을 절삭하는 경우에는 평면 밀링커터에 의한 평 밀링 가공이 유리하며 평면을 절삭하는 경우에는 평면 밀링 커터로도 가능하지만, 페이스 밀링커터 쪽이 보다 효율적이다. [그림]은 그 기본 방식이다. 특히 밀링 가공의 평면 밀링커터에 의한 가공 시 문제가 되는 것이 상향 절삭과 하향 절삭이다. 상향 절삭은 밀링커터의 회전 방향과 절삭의 방향이 가공물의 이송 방향과 반대 방향인 경우를 말하고, 밀링커터 회전과 공작물의 이송이 같은 방향인 경우를 하향 절삭이라고 한다. 이전에는 상향 절삭이 일반적이었지만, 현재는 밀링머신이 테이블 이송 기구에 백러시 제거장치가 붙어 있으므로, 기계 수명, 공작물 고정 등에서 유리한 하향 절삭이 대부분이다. 게다가 많은 절삭날을 가진 페이스 밀링 커터에서는 한 절삭날이 하향 절삭 공정에 들어갔을 때 다른 절삭날이 상향 절삭의 위치에 있어, 서로 영향을 상쇄시키므로 상향 절삭, 하향 절삭의 문제는 일어나지 않는다.
연삭가공
연삭가공은 가공물의 표면을 조금씩 깎아내어 가공하는 방식이다. 주로 정도를 필요로 하는 마무리 가공에 이용된다. 숫돌에 고속의 회전운동을 주어 절삭을 하고 숫돌과 공작물의 사이에 적당한 이송 운동을 하게 한다. 이송 운동과 가공물의 형상에 의해 기본적인 연삭가공 방식으로는 (a)의 원통 연삭, (b)의 내면 연삭, (c)의 평면 연삭이 있고, 각각의 방식별로 연삭기가 만들어져 있다.
전기 광에너지를 응용한 가공
단단한 금속이나 광물 대신 전기 에너지와 광에너지를 절삭공구로 활용하고, 이것을 NC 장치로 제어하는 자동 가공법이다. 그 예로 [그림]의 방전가공과 레이저가공 등이 있다. 방전가공은 등유나 물 등의 절연액 속에 전극과 공작물을 몇 미크론에서 수십 미크론의 간격을 두고 방전시켜 전류를 흘린 아크방전을 반복함으로써 금속을 가공하는 방식이다. 레이저 가공은 파장과 위상이 동일한 폐구광속이기 때문에 집광 성능이 높다는 레이저의 특색을 응용한 가공법이다. 광에너지의 정도는 1㎠ 당 108W 이상의 고 파워 밀도를 쉽게 얻을 수 있으므로 비틀림 없는 고속 가공이 가능해지고, 또한 비접촉 가공이기 때문에 원격조작이나 자동화에도 적당하다. 탄소가스 레이저가공과 YAG(Yttrium Aluminium Garnet) 레이저 가공이 있고, 스폿 가공이나 미세가공 등 응용 범위가 넓다. 이외에 전기적 가공법에는 전자 빔 가공 등도 있다.
적층 가공(additive manufacturing)
레이저/전자빔 등의 에너지를 이용하여 금속 분말을 한 층씩 쌓아서 제조 메탈 적층 제조기술은 레이저/전자빔 등의 에너지를 이용하여 입자 상태의 메탈 분말을 일부 또는 전부 녹이거나, 저융점 결합제를 녹여 결합하는 방식으로 한 층씩 쌓아 3차원의 복잡 형상 제품을 제조하는 기술이다 이러한 메탈 적층 제조 기술의 특징은 제품의 내부 설계와 복합소재 적용이 가능하여 열교환기와 금형 냉각 채널과 같은 복잡한 형상의 제품 제작이 가능하며, 기존 메탈 제품의 추가적인 기능 부가 및 보수 등이 가능한 제조기술이다 메탈 적층기술은 메탈을 한 층씩 쌓아서 복잡한 형상의 정밀부품을 제작하는 적층 제조기술(Additive Manufacturing)과, 기존의 재료를 절단(cutting)이나 천공(drilling)을 통해 부품을 제거하면서 가공하는 기술(Subtractive Manufacturing)이 병행되어야 하는 공정의 특징이 있다. 현재 자동차, 금형, 의료 및 항공부품 등 많은 제조 분야에 적용되고 있으며, 기존의 RP 공정과 유사하게 시작품 개발에서 시장 진입 기간의 단축 및 수명향상 등 다양한 산업 분야에 큰 영향을 끼치고 있다. 기존 적층 제조공정의 고효율/대형화 및 기계가공 등후공정 연계를 통해 자동차/항공/금형 등 주력 산업분야에 대응한 Ti/W/Mo 등 고부가가치 특수합금 소재의 제품화 기술 및 이를 위한 핵심공정 기술 개발이 요구되고 있다.[4]
자동차 가공법
자동차 생산제조 공정은 프레스 공정 – 차체 조립 공정 – 도장 공정 – 의장 조립 공정– 검사 혹은 검수 공정 등으로 구성되어 있다. 이와는 별도로 파워트레인이라는 엔진과 변속기 등 핵심부품의 공정은 주조→단조→소결→열처리→기계가공→조립공정 등으로 구성된다. 대부분 완성차 공장에는 각 공정 단계 별로 공장이 구성되어 있어 하나의 작업이 끝난 차량은 다음 단계 공장으로 이동, 작업을 이어가게 된다. [5]
동영상
각주
- ↑ 〈가공법〉, 《네이버 사전》
- ↑ 〈용접〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈기계 가공법의 종류〉, 《네이버 블로그》, 2014-07-25
- ↑ 〈한국공작기계산업협회-공작기계란-가공 방법〉, 《한국공작기계산업협회》
- ↑ 한상욱 교수〈자동차 이야기(50) 자동차 제조공정과 생산기술〉, 《글로벌이노코믹》, 2020-07-31
참고자료
- 〈가공법〉, 《네이버 사전》
- 〈용접〉, 《네이버 지식백과》
- 〈기계 가공법의 종류〉, 《네이버 블로그》, 2014-07-25
- 〈한국공작기계산업협회-공작기계란-가공 방법〉, 《한국공작기계산업협회》
- 한상욱 교수〈자동차 이야기(50) 자동차 제조공정과 생산기술〉, 《글로벌이노코믹》, 2020-07-31
같이 보기
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