챕터 12. 정밀입자 및 특수가공

챕터 12. 정밀입자 및 특수가공

1. 정밀입자가공

 (1) 호닝

  1) 개요

     호닝은 직사각형단면의 긴 숫돌을 지지봉의 끝에 방사방향으로 붙여놓은 혼이라고 부르는 각 봉상의 세립자로 만든 공구를 구멍에

    넣고 회전운동과 동시에 왕복운동을 시켜가며 구멍의 내면을 정밀다듬질하는 가공법이다.

  2) 숫돌재료

     1. 입자

     강, 주악에는 WA, 주철, 비금속재료에는 GC, 초경합금은 다이아몬드, CBN은 고경도의 경화강에 적합

     2. 결합제

     다이아몬드 숫돌에는 레지노이드, CBN 숫돌에는 레지노이드 또는 비트리파이드가 사용

     3. 입도

     거친호닝 No.80~120, 보통호닝 No.220~280, 정밀호닝 No. 400~500

     4. 결합도

     숫돌의 결합도는 공작물의 표면 전체를 균일하게 접촉하고 새로운 날이 나타나기 쉽도록 비교적 경도가 작은 숫돌을 사용하는데

    일반적으로 열처리경화강에는 J~M, 연강에는 K~N, 주철이나 황동에는 J~N 범위를 사용

 (2) 액체호닝

  1) 개요

     1. 액체호닝은 연마제를 가공액과 혼합한 다음 압축공기와 함께 노즐로 고속 분사시켜 고운 다듬면을 얻는 습식정밀가공법이다.

     2. 액체호닝의 특징

      - 가공시간을 짧게 할 수 있지만 광택이 적다.

      - 피닝효과로 공작물의 피로한도를 향상

      - 복잡한 모양의 가공물도 다듬질 가능

      - 가공물의 표면의 산화막이나 도료를 제거

      - 미세한 방향성이 있는 연삭자국을 제거 가능

  2) 액체호닝 조건

     - 다듬질표면은 연마제의 농도, 공기압력, 분사기간, 노즐과 가공물과의 거리, 분사각에 따라 다르다.

     - 공기압력은 보통 3.5~7kg/cm^2이고, 압력이 높을수록 가공능률이 좋다.

     - 연마제와 가공액과의 혼합비는 1:2 정도일 때 능률이 가장 좋다.

     - 노즐과 가공물과의 거리는 보통 60~80mm 이나 얇은판을 가공 시에는 200mm 이상이 좋다.

     - 다듬질면은 분사각이 클수록 거칠어지는데 철강의 경우 가공액의 분사각은 40~50º 정도가 능률적이다.

 (3) 슈퍼피니싱

  1) 개요

     - 슈퍼피니싱은 미세하고 비교적 연한 숫돌입자를 공작물의 표면에 낮은 압력으로 가압하면서 공작물에 이송을 주고 또한 숫돌을

     좌우로 진동시키면서 매끈하고 고정밀도의 표면으로 공작물을 다듬는 가공방법이다.

     - 가공면이 매끄럽고 방향성이 없으며 가공에 의한 표면의 변질부가 극히 적다.

     - 원통의 외면은 물론 내면, 평면까지도 다듬질 가능

     - 숫돌의 폭은 공작물지름보다 약간 작고, 숫돌의 길이는 공작물의 길이와 같게 하는 것이 일반적

     - 고정밀도의 표면을 얻는 것이 주목적

  2) 숫돌재료

     - 입자 : 순수한 알루미나와 탄화규소를 사용하며 입도의 크기는 거울과 같이 고운면을 필요로 할 때에는 No. 1000~4000,

               보통은 No. 400~1000의 범위로 한다.

     - 결합제 : 주로 비트리파이드가 사용되며, 실리케이트, 고무 등을 사용할 때도 있다.

     - 결합도 : 슈퍼피니싱숫돌은 연삭숫돌보다 결합도가 약한 것을 사용한다.

  3) 숫돌의 진폭과 진동수

     숫돌의 진폭은 보통 1.5~5mm 범위에서 작업을 하는데 진동수는 진폭이 1.5mm 경우에는 매초 500회 5mm의 경우에는 100회 정도

     공작물이 클 때에는 매분 500~600회, 작을 때에는 1000~1200회

 (4) 래핑

  1) 개요

      - 래핑은 랩이라고하는 공구와 다듬질하려고 하는 공작물 사이에 미세한 분말상태의 랩제와 윤활유를 넣고 공작물을 누르며

        상대운동을 시키므로서 매끈한 다듬면을 얻는 정밀가공법.

      - 절삭량이 매우 적고, 다듬면이 고우며 광택이 있는 매끈한 면을 얻을 수 있어 블록게이지를 비롯한 각종 측정기의 측정면

        다듬질에 쓰임.

  2) 래핑방식

     1. 습식법 : 랩제와 래핑액을 혼합하여 공작물에 주입하면서 가공하는 방법

     2. 건식법 : 랩표면에 랩제를 넣고 건조상태에서 래핑하는 방법

  3) 랩제

     랩제는 래핑작업 능률에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 경도, 입자모서리의 예리함, 인성을 갖추어야 하며, 다이아몬드, 탄화붕소,

     탄화규소, 산화알루미늄, 산화크롬, 산화철 등이 있다.

  4) 랩

     랩은 재질이 공작물보다 연하다. 주철이 많이 사용되며 주철이 적합하지 않을 때에는 강, 황동, 구리, 납, 알루미늄, 배빗메탈,

     주석이 사용

  5) 래핑조건

     1. 래핑작업 : 손으로하는 손래핑, 래핑머신을 사용하는 기계래핑이 있다.

     2. 래핑속도 : 래핑입자가 비산하지 않을 정도로 한다.

     3. 래핑압력 : 습식래핑에서는 0.5kg/cm^2 인데 너무 높으면 래핑액이 밀려나가 건식래핑이 된다.

                      건식래핑할 때에는 1.0~1.5kg/cm^2이고 주철은 이보다 더 낮게 한다.

 (5) 폴리싱과 버핑

  1) 폴리싱

     목재, 가죽, 직물을 여러장 겹쳐 만든 적당한 두께의 원판 표면에 연삭입자를 붙이고 이것을 회전시켜 공작물 표면을 연마하는 가공

  2) 버핑

     모, 면, 직물 등을 여러장 겹쳐서 적당한 두께의 원판을 만든 다음 이것을 회전시키고 여기에 미세한 연삭입자가 혼합된 윤활제를

   사용하여 공작물의 표면을 매끈하고 광택나게 하는 작업으로 폴리싱 후 작업한다.

 

2. 특수가공

 (1) 방전가공

  1) 개요

    - 방전가공은 공작물을 가공액이 들어있는 탱크속에 가공할 형상의 전극과 공작물 사이에 전압을 주면서 가까운 거리로 접근시키면

    아크방전에 의한 열작용과 가공액의 기화폭발작용으로 공작물을 미소량씩 용해하여 용융소모시켜 가공용전극의 형상에 따라

    가공하는 방법.

    - 음극보다 양극이 침식이 많으므로 공작물을 양극으로 하고 공구를 음극으로 한다.

  2) 방전가공시 전극

     1. 전극재질 : 청동, 황동, 구리, 흑연, 텅스텐

     2. 전극 : 공작물(양극), 공구(음극)

     3. 전극에 요구되는 조건

      - 전기전도도가 높아야한다.

      - 내열성이 높고 방전시의 소모가 적어야 한다.

      - 융점이 높아야 한다.

      - 기계가공이 용이해야 한다.

  3) 방전회로

     RC회로(콘덴서 방전회로), TR회로(트렌지스터 방전회로), TR을 부착한 RC회로

 (2) 와이어컷 방전가공

     구리, 황동 텅스텐 와이어를 전극으로 하여 일정한 장력과 이송속도를 주면서 60~300V 정도의 전압을 걸면 공작물과 와이어

    사이에 발생되는 방전현상을 이용하여 2차원형태의 윤곽가공한다. 

 (3) 초음파가공

  1) 개요

      물이나 경유에 연삭입자를 혼합한 가공액을 공구의 진동면과 일감사이에 주입시켜가며 초음파에 의한 상하진동으로 표면을

      다듬는 가공법이다. 초음파가공은 전기에너지를 기계적 진동에너지로 변화시켜 가공

  2) 특징

     공작물에 가공변형이 남지 않으며 공구 이외에는 부품의 마모가 거의 없다.

 (4) 전자빔가공

  1) 개요

     10^-6mmHg 정도의 진공실내의 전자총에서 높은 전압으로 높은 에너지를 가진 열전자를 렌즈를 통해 가는 빔으로 만들어 공작물에 집중 투사시키면 고열에 의해 용해분출 또는 증발현상을 이용하여 가공하는 방법.

  2) 특징

      - 용접을 이용하면 용융폭이 좁고 깊은 용입을 얻을 수 있다.

      - 전자빔의 굵기를 조절 가능

      - 단시간에 국소부분 가열 가능

      - 전자가 고체내부에 침입해 가공에너지를 내부에 주어짐.

 (5) 이온빔 가공

  1) 개요

     전자빔 가공과 같은 목적을 가지고 이온흐름을 매우 가는 빔으로 만들어 가공하고자 하는 부분에 투사해 스퍼터링하거나 용융하여

    증발제거해서 요구하는 형상으로 가공하는 방법   

  2) 특징

     - 이온빔의 투과깊이는 매우 작지만 이온빔은 산란됨이 없이 적은 범위에서 일시에 에너지를 방출하기 때문에 재료는 급격히

      용융 증방하여 제거된다.

     - 공작물이 금속, 비금속에 제한이 없고 가공에 소요되는 파워밀도가 작다.

 (6) 플라스마 가공

  1) 개요

     기체에서 온도를 더 올리면 전리하여 플라스마가 된다. 이처럼 전리된 기체를 플라스마라 하며 전리도의 크기에 따라

    약전리 플라스마와 강전리 플라스마로 나뉜다. 플라스마 가공에는 약전리 플라스마가 이용되며 강전리 플라스마는 핵융합에 이용된다.

  2) 특징

     - 모든 금속에 적용할 수 있고 절단속도가 빠르다

     - 절단 후 재료의 변형이 작고 형상절단이 용이하다.

     - 가스절단으로는 곤란한 알루미늄이나 스테인리스강도 절단 가능

     - 절단면이 수직이 아니고 절단가능 두께가 가스절단에 비해 매우 적음

     - 가스절단보다 절단폭이 크고 초기 시설비가 크다.

 (7) 레이저가공

  1) 개요

     렌즈나 반사경을 통해 집적하여 공작물에 빛을 쐬면 전자빔가공과 같이 순간적으로 국부에 가열되어 용해 또는 증발된다.

    이 원리를 이용하여 대기중에서 비접촉으로 가공하는 것.

  2) 특징

     - 레이저는 광학렌즈로 접속할 수 있기 때문에 매우 미세한 가공이 가능

     - 전자빔 가공과 같이 파워밀도를 크게 가능

     - 공구접촉에 의한 변형 없음

     - 장치가 간단하고 취급 용이

     - 에너지효율이 낮다.

 (8) 전해가공

  1) 개요

     가공형상의 전극을 음극에, 공작물을 양극으로 해 가까운 거리에 놓고 그 사이에 전해액을 분출시키며 전기를 통하면 양극에서

    용해 용출현상이 일어가 가공.

  2) 특징

     - 공구의 소모가 거의 ㅇ벗어 1개의 공구로 여러개의 가공이 가능

     - 방전가공보다 가공속도가 빠르다.

     - 가공경화층이나 가공면에 크랙이 생기지 않음

     - 경도가 크고 인성이 큰 재질에 대해서 가공량이 크다.

     - 공구자국이나 버가 없이 가공

  3) 전해액

     - 공작물에 고전류로 전해용출을 계속 되게 한다.

     - 가공전극에 생긴 전해 생성물과 가공중에 생긴 열을 제거

     - 점도는 낮게하고 전도도가 높아야함

     - 부식성이 작고 유독성이 없어야함

 (9) 전해연마

     전기도금과는 반대로 연마하려는 공작물을 양극으로 한 다음 전해액 속에 매달아 놓고 전류를 보내 전기에 의한 화학적 용해작용을

    일으켜 원하는 모양 치수 그리고 표면상태로 가공하는 방법

 (10) 전해연삭

     전해가공과 같은 방식이고 전해가공은 비접촉방식인데 비해 전해 연삭은 숫돌의 입자가 공작물에 접촉하여 숫돌의 연삭작업에

    의한 가공보다는 전해작용으로 가공하는 방법이다 즉, 전해작용과 기계의 연삭잡업을 복합시킨 가공방법

 (11) 숏피닝

     금속으로 만든 작은 구를 고속도로 가공물 표면에 투사하여 피로강도, 표면경화 기계적 성질 등을 향상시키기 위한 일종의

     냉간가공법을 숏피닝이라하고 그 효과를 피닝효과라고 한다.

 (12) 화학연마

     산으로 씻는 것과 유사한 조작으로 약물 중에 침지시키고 열에너지를 주어 화학반응을 촉진시켜 매끈하고

    광택있는 표면을 만드는 작업.

 (13) 배럴가공

    상자내부용적의 약 1/2정도의 공작물과 미디어, 공작액, 콤파운드를 상자속에 넣고 회전 또는 진동시키면 공작물과 연삭입자와

   충돌하여 공작물표면의 요철을 없애고 평활한 다듬질 면을 얻는 가공방법.

 (14) 버니싱

     이미 가공되어 있는 원통의 내면 및 외면을 강구나 롤러로 거칠게 나온 부분을 눌러 매끈한 면으로 다듬질하는 일종의 소성가공

 (15) 벨트연마

     연삭입자, 벨트포, 접착제의 3가지 요소로 구성되어 있는 연마벨트로 제품표면을 연마하고 평활하게 다듬질하는 가공

 (16) 분사가공

     공작물의 표면에 그릿이나 숏 등의 연삭입자를 고속으로 분사하여 다듬질하거나 표면의 기계적 성질을 개선하는 가공법

     - 샌드블라스팅 : 모래를 고압의 공기로 공작물을 향해 분사시켜 공작물 표면 다듬질

     - 숏피닝 : 모래대신에 작은 강재 구 사용

     - 그릿블라스팅 : 숏을 파쇄한 그릿을 사용