브로칭은 날카롭고 경화된 이빨 모양의 공구(브로치)를 사용하여 공작물에서 일관되고 연속적이며 정확하게 재료를 제거하는 가공 공정입니다. 크기가 다른 돌출 이빨이 공구에 배열되어 있어, 공작물 위를 통과할 때마다 정해진 양의 재료를 정밀하게 깎아냅니다.
브로칭에서는 다중 절삭 공구가 움직이고 공작물이 정지해 있거나, 그 반대의 경우가 있으며, 공구와 공작물 간 상대 회전이 발생하기도 합니다. 브로칭 공정은 공작물 중심부를 관통하는 내부 브로칭과 공작물 표면을 가공하는 외부 브로칭으로 나뉩니다.
브로칭은 톱니 모양 공구인 브로치(broach)를 사용하여 재료를 제거하는 가공법으로, 리니어 브로칭(Linear Broaching)과 로터리 브로칭(Rotary Broaching) 두 가지 주요 방식이 있습니다. 더 일반적인 리니어 브로칭에서는 브로치를 공작물 표면에 직선으로 이동시켜 절삭합니다.
리니어 브로치는 브로칭 머신(줄여서 브로치라고도 함)에서 사용합니다. 로터리 브로칭에서는 브로치를 회전시키며 공작물에 압입하여 축대칭 형상을 깎습니다. 로터리 브로치는 선반이나 스크류 머신에서 사용하며, 두 공정 모두 브로치의 한 번 통과로 절삭이 완료되어 매우 효율적입니다.
브로칭은 특히 복잡한 형상에 정밀 가공이 필요할 때 사용합니다. 일반적으로 원형/비원형 구멍, 스플라인, 키웨이, 평면 가공에 쓰입니다.
대표적인 공작물로는 중소형 주조품, 단조품, 스크류 머신 부품, 프레스 부품 등이 있습니다. 브로치 가격이 비싸더라도 대량 생산 시에는 다른 공정보다 브로칭이 선호됩니다.
브로치는 톱과 비슷하지만 공구 길이를 따라 이빨 높이가 점차 커지는 구조입니다. 또한 브로치에는 황삭(roughing), 반정삭(semi-finishing), 정삭(finishing) 세 구역이 명확히 구분되어 있습니다.
브로칭은 공구에 이송(feed)이 내장되어 있다는 점에서 독특한 가공법입니다. 가공면의 형상은 항상 브로치 프로파일의 역상(inverse)입니다. 이빨당 상승량(RPT, rise per tooth) 또는 스텝/이빨당 이송량이 제거 재료량과 칩 크기를 결정합니다.
브로치를 공작물에 대해 이동시키거나 그 반대의 경우도 가능합니다. 모든 형상이 브로치에 내장되어 있어 복잡한 움직임이나 숙련 노동이 필요 없습니다. 브로치는 순서대로 배열된 단일 절삭 공구들의 집합체로, 셰이퍼(shaper)의 다중 패스와 유사한 절삭 작용을 합니다.
브로칭 공정은 표면 브로칭인지 내부 브로칭인지에 따라 달라집니다. 표면 브로칭은 한 면이 다른 면에 작용하는 가장 단순한 조작입니다.
예를 들어 브로칭 공구를 고정하고 공작물을 이동시키거나, 공작물을 고정하고 브로치를 이동시키는 방식입니다.
내부 브로칭은 더 복잡합니다. 내부 브로치 사용 시 공작물을 워크 홀더(work holder)에 고정하는데, 이는 브로칭 머신의 마운트 역할도 합니다. 머신의 엘리베이터로 브로치를 공작물 안으로 내립니다.
머신의 풀러(puller)가 브로치 파일럿을 잡고, 엘리베이터가 팔로워를 놓으면 풀러가 브로치를 공작물 전체를 관통하여 당깁니다. 마지막으로 공작물을 제거하고 브로치를 엘리베이터에 다시 결합합니다.
브로치의 용도는 매우 다양합니다. 수공구, 가전제품, 배관, 자동차 설계, 농기계, 각종 군수/산업 용품에서 브로칭 가공품을 쉽게 찾아볼 수 있습니다.
하지만 브로칭의 주용도는 정확하고 반복적이며 복잡한 절삭이 요구되는 대량 생산 부품 제작입니다. 브로칭 공정은 다양한 용도에 적용 가능하지만, 최적의 피삭재 경도는 26~28 HRC(Rockwell C) 사이입니다. 많은 업체에서 32 HRC까지 성공적으로 가공한 사례도 있습니다.
새 브로치는 최소 8,000회 절삭이 가능합니다. 하지만 적절히 관리하고 정기적으로 재연마하면 60,000회 이상까지 수명을 늘릴 수 있습니다.
브로치는 고가 부품으로 개당 2,000달러 이상인 경우도 많습니다. 8,000회 수명이 소규모 작업장에는 충분할 수 있지만, 자주 교체하기 부담스러운 기업도 많습니다.
따라서 3,000개 가공 후 브로치를 보내 재연마 및 재정비하면 수명 연장과 생산비 절감에 도움이 됩니다. 절삭 저항이 증가했다고 느껴지면 재연마 시기입니다.
수평 브로칭 머신은 풀 타입(pull-type) 방식으로 공작물을 브로칭하며 내부/외부 브로칭 모두 가능합니다. 베드, 브로치 파일럿, 구동 메커니즘으로 구성됩니다.
주로 키웨이, 스플라인, 슬롯, 원형 구멍, 내부 형상 가공에 쓰입니다. 수평 머신은 바닥 면적을 차지하지만 긴 브로치와 무거운 공작물 가공에 최적입니다.
수직 브로칭 머신은 브로칭 공구를 밀거나 당기며, 푸시 브로칭이 가장 일반적입니다. 수직 머신의 설계 덕분에 공작물을 한 머신에서 다른 머신으로 쉽게 이송하여 다중 조작이 가능합니다.
푸시 다운(push down), 풀 업(pull up), 풀 다운(pull down) 세 종류가 있으며 풀 업이 가장 대중적입니다. 유압식이나 전자기계식 구동이 가능하며 유압식이 가장 일반적이고 경제적입니다.
표면 브로칭 머신은 공작물 표면에서 재료를 제거하여 평면이나 윤곽면을 만듭니다. 절삭 공구가 공작물 위를 지나가며 가공합니다. 특징은 절삭 공구가 램(ram)에 부착되어 공작물 옆을 강제로 통과시킨다는 점입니다.
램은 머신 설계에 따라 수평 또는 수직으로 이동합니다. 램이 두 개인 듀플렉스 브로칭(duplex broaching) 머신도 있습니다.
연속 브로칭에서는 공작물이 지속적으로 이동하고 브로치는 고정됩니다. 이동은 직선, 수평, 원운동 모두 가능합니다.
수평 연속 브로칭에서는 공작물을 체인에 장착된 지그에 싣습니다. 동일 부품을 동시에 여러 개 가공할 때 사용합니다.
로터리 브로칭은 다른 브로칭 형태와 달리 '워블 브로칭(wobble broaching)'이라고도 합니다. 내부 또는 외부 다각형 형상을 정밀하게 만드는 공법입니다. 절삭 공구를 공작물 중심선에 대해 1° 기울여 배치함으로써 끌이나 스캘로핑 효과로 절삭합니다.
자유 회전하는 스핀들을 가진 수평/수직 스핀들 머신인 선반이나 밀링 머신에서 수행할 수 있습니다. 육각형, 사각형, 세레이션, 키웨이, 인벌류트, 스플라인, 스퍼 기어, 숫자, 문자 등 다양한 형상 가공이 가능합니다.
턴 브로칭 머신은 원형, 직선, 나선 절삭이 필요하고 높은 표면 조도가 요구될 때 사용합니다. 공구에 다중 인서트가 있어 크랭크샤프트를 센터 사이에서 회전시키며 재료를 제거합니다. 턴 브로칭 머신의 구성품은 정삭용 또는 황삭용으로 나뉩니다. 머신 유형이 공구를 결정합니다.
황삭 인서트와 세그먼트는 재료 제거율 요구사항에 따라 달라집니다. 정삭 세그먼트는 조절 가능한 카트리지를 갖추어 엄격한 공차 달성에 적합합니다.
최근 기술 발전으로 CNC(컴퓨터 수치 제어) 머신에서도 브로칭 공정이 가능해졌습니다. 로터리 또는 리니어 공정으로 부품을 한 번에 브로칭할 수 있습니다. 브로칭 업체들이 CNC 공정에 포함될 수 있는 공구, 공구 본체, 홀더를 개발했습니다.
CNC 브로칭에는 인덱서블 인서트 브로칭 공구와 홀더가 사용됩니다. 특수 홀더로 여러 전용 인서트 장착이 가능합니다. CNC 브로치에는 로터리/워블, 펀치, 키웨이, 스플라인, 다각형, 세레이션 등이 있습니다.
산업기술
지그 보링 머신(Jig Boring Machine)이란? 지그 보어러(Jig Borer)는 제1차 세계대전 말기, 홀 센터 위치를 빠르고 정밀하게 가공하기 위해 스위스와 미국에서 독립적으로 발명된 공작기계입니다. 외관은 밀링 머신과 유사하지만, 일반 공작기계보다 월등히 높은 위치 결정 정밀도(반복도)와 정확도를 제공해 툴·다이 메이커의 필수 장비입니다. 경밀링도 가능하지만, 퀼이나 헤드스톡에 횡하중이 걸리는 밀링 작업보다는 고정밀 드릴링, 보링, 리밍에 특화되어 있습니다. 즉, 중절삭보다는 위치 정확도에 초점을 맞춘 기계입니다. 일
단조(Forging)란 무엇인가? 단조는 해머, 프레스, 롤링 등으로 금속에 압축력을 가해 형상을 만드는 제조 공정입니다. 이 압축력은 해머나 다이(Die)를 통해 전달됩니다. 가공 온도에 따라 냉간 단조, 온간 단조, 열간 단조로 나뉩니다. 탄소강, 합금강, 스테인리스강 등 다양한 금속이 단조 가능하며, 알루미늄, 황동, 구리 같은 연질 금속도 단조할 수 있습니다. 단조는 최소한의 소재 손실로 우수한 기계적 물성(높은 피로 강도, 강도)을 가진 부품을 생산하며, 양산성과 특정 물성 구현에 경제적입니다. 대장장이들이 수천 년간 주방
