가공과 연삭: 핵심 차이점 완벽 설명

복잡한 형상 제품을 좋은 표면 조도로 주조로 제작하는 것은 항상 실행 가능하거나 경제적이지 않습니다. 주조 제품에 다양한 2차 작업을 수행해 최종 원하는 물체 생산. 그런 작업에는 접합(용접 등), 재료 제거/가공, 열처리/특성 변경, 착색/코팅 등이 포함. 재료 제거 공정은 공작물 표면에서 재료 제거해 의도한 치수와 공차 제공. 다양한 재료를 다양한 방식으로 가공하고 표면을 다른 수준으로 마무리하기 위해 많은 재료 제거 공정 존재. 그중 관행 가공 공정은 역사가 오래되고 신뢰할 수 있으나, 다양한 연마 절삭 공정과 소위 비전통 가공(NTM) 공정도 비슷한 기능 제공.

정의

정의상 가공(머시닝) 또는 금속 절삭은 미리 성형된 블랭크에서 층별로 재료를 칩 형태로 점차 제거해 원하는 형상, 크기, 마감을 얻는 2차 제조 공정 중 하나. 이를 위해 선삭, 나사 가공, 테이퍼링, 챔퍼링, 스피닝, 탭핑, 넥킹, 필렛팅, 단면 가공, 홈 가공, 파팅, 널링, 드릴링, 밀링, 성형, 평삭, 슬로팅, 보링, 호빙, 브로칭 등 다양한 가공 공정 존재. 이런 공정은 높은 재료 제거율(MRR) 제공해 공작물 재료 벌크 제거에 적합, 생산적, 경제적. 단단하고 날카로운 절삭 공구(커터)가 전단에 의한 재료 제거 위해 필수적. 이 커터는 정의된 사양과 호환 재료 가져야 중단 없고 효율적 가공 가능. 대부분 관행 공정은 다양한 재료 가공 가능하나, 특정 공작물 재료는 허용 가공성 제공하지 않아 다른 재료 제거 공정(연마 절삭, NTM) 권장.

연삭(Grinding)은 연마 절삭 공정 한 유형으로 관행 가공의 다양한 한계 극복. 여기선 소위 절삭 공구 대신 연삭 숫돌 사용. 숫돌은 기본적으로 알루미나, 실리카, 다이아몬드 등 작고 더 단단한 연마입자가 적합 매질에 결합된 것. 그런 연마입자는 임의 형상이라 명확한 형상 없음. 숫돌 자체는 특정 구성 가짐. 재료는 칩 형태로 제거되나 여기선 칩이 마이크로 크기. 이 공정은 재료 벌크 제거에 부적합. 대신 미크론 수준(0.5~2.0µm) 표면 마무리에 선호. 경질 강인 재료도 효율적 연삭 가능.

상세 비교표

핵심 차이점 심층 분석

벌크 제거 vs 마무리 공정

재료 제거율(MRR)은 절삭 공정 중 공작물 표면에서 제거된 공작물 재료 부피율. 대부분 관행 가공 공정(널링 등 일부 제외)은 기본 형상과 크기 부여 위해 더 많은 재료 제거에 사용. 높은 MRR 제공해 더 생산적. 작업과 공정 매개변수에 따라 1~50µm 수준으로 제품 표면 반마무리도 가능. 반면 연삭은 표면 마무리를 훨씬 더 나은 수준으로 하는 데 주로 사용. 0.5~2µm 수준 표면 조도 쉽게 달성. 따라서 높은 치수 정밀도와 엄밀한 공차 제공.

절삭 공구: 재질과 형상

모든 관행 가공 공정은 특정 형상과 재료 가진 절삭 공구(커터) 필수 사용. 이 커터는 공작물 표면에서 재료 효율적 전단 제거 위한 하나 이상 날카로운 절삭날 포함. 커터 재질도 가공 성능 결정 중요 요소. 무엇보다 커터 재료 경도는 공작물 재료 경도보다 현저히 높아야 함. 고속도강(HSS), 카바이드, 세라믹부터 요즘 입방정 질화붕소(cBN), 다이아몬드 커터도 쉽게 구함. 연삭은 커터 대신 숫돌 사용, 숫돌 위 연마입자가 실제 재료 제거. 커터와 달리 그런 연마입자 명확한 형상 없음(다양한 각도, 날/코 반경, 절삭날 길이 등 임의적 변동). 단, 연마재 재질은 알루미나, 실리카, 다이아몬드 등으로 고정될 수 있음.

경사각과 여유각

절삭 공구 경사각은 경사면의 기준면으로부터 기울기 표시. 전단 변형, 칩 흐름 방향, 칩 두께, 절삭력, 전단 변형률, 동력 소비 등 영향 핵심 요소. 관행 가공용 커터는 양/음/영 경사각 가능, 값 보통 +15°~–15°. 연삭 숫돌 연마입자 경사각 급격, +60°~–60°, 때론 이 범위 초과. 그런 높은 경사각 보통 바람직하지 않음. 절삭 불균형 유발해 절삭 동력 소비 증가(높은 양) 또는 공구 고장(높은 음) 초래. 경사각과 달리 커터 여유각은 음이나 영 불가, 양수여야 함. 마무리 표면 품질과 공차 이 각에 의존. 커터 여유각 보통 +3°~+15°이나 연마입자는 임의적(0 또는 +90°까지 가능).

전단과 절삭날 참여

커터는 하나 또는 여러 절삭날 가질 수 있으며 그에 따라 단일/다중 절삭날 공구. 개수와 무관하게 각 절삭날이 재료 제거 작업에 동등 참여. 게다가 가공에서 커터가 충분한 압축력 가해 재료 얇은 층 전단으로 재료 제거. 연삭 숫돌에서는 노출된 소수 연마입자(때론 1% 미만만)만 재료 제거 참여. 나머지 연마입자는 공작물 표면 접촉 안 함(이송량 매우 낮음, 10µm 미만도) 또는 전단 대신 긁기, 쟁기질, 문지르기 유발. 하지만 재료 제거는 전단으로만. 나머지는 법선력만 바람직하지 않게 증가.

비에너지 소비

단위 부피 재료 제거 필요 절삭 에너지를 비에너지라 함, 단위 J/mm³. 수학적으로 동력/MRR로 비에너지 산출. 관행 가공은 높은 MRR 제공해 비에너지 상대적 낮음. 반면 연삭은 MRR 낮고 대부분 에너지가 전단 대신 긁기, 쟁기질, 문지르기로 낭비. 따라서 비에너지 급격히 증가. 심지어 5~20배 높을 수 있음.

발열에 의한 표면 손상

관행 가공에서 절삭 열 대부분은 칩과 경사면 간 심한 마찰 일어나는 2차 변형 구역에서 발생. 1차 전단 구역도 일정 부분 기여. 하지만 발생 열 대부분(70~80%) 연속 흐르는 칩이 운반해 가며 극소 부분만 커터나 공작물 내부로. 따라서 적절 절삭유 적용 시 공작물과 커터 열손상 보통 미미. 연삭에서는 열 발생 주로 긁기, 쟁기질, 문지르기로. 그런 열은 연마입자가 열 절연체이고 마이크로 칩 부피 매우 작아 공작물 내에 축적. 극한 열 축적은 표면 화상, 기계적 특성 변화, 열팽창에 의한 치수 부정확 등 마무리 표면 다양한 열손상 유발.

경질 강인 재료 가공

그런 재료는 관행 가공 공정으로 처리 시 높은 공구 마모, 파편 칩 등 문제로 가공성 나빠짐. 연삭은 공작물 강인성과 경도와 무관하게 유리하게 적용 가능.

이상으로 관행 가공과 연삭의 과학적 비교를 마칩니다. 더 깊은 이해를 위해 다음 참고자료를 권장합니다.

• A. B. Chattopadhyay, Machining and Machine Tools (1st ed., Wiley)
• S. Kalpakjian & S. R. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology: SI Edition (7th ed., Pearson Ed Asia)
• difference.minaprem.com, Difference Between Machining and Grinding