거친 것에서 세련된 것까지: 엔지니어를 위한 연삭의 과학

엔지니어에게 연삭은 단순히 매끄럽게 만드는 것이 아니라 더 나은 제품을 만드는 것입니다. 스마트폰의 매끈한 마감부터 자동차 엔진 부품의 정밀한 맞춤에 이르기까지, 연삭은 수많은 제품의 주인공입니다. 이 세심한 공정은 제품이 최고 수준의 품질, 마감 및 정밀도를 충족하는 데 중요한 역할을 합니다. 연삭은 연마 도구를 사용하여 공작물에서 재료를 제거하여 특정 사양을 충족하는 매끄럽고 정확한 모양의 표면을 만드는 작업입니다.

역동적인 엔지니어링 세계에서 연삭은 마무리 작업 그 이상입니다. 연삭은 생산 공정에서 요구 사항을 충족해야 하는 필수적인 단계입니다. 사출 성형 산업에서 연삭은 표면이 우수한 부품을 생산하는 데 매우 유용합니다. 자동차 및 공구 산업과 같은 많은 산업은 엄격한 공차와 우수한 표면 마감을 달성하는 데 의존합니다.

이 기사에서는 연삭 원리, 연삭 공정의 유형, 적용 분야, 원료를 정밀 제품으로 전환하는 데 있어 연삭이 갖는 전반적인 중요성에 대해 살펴봅니다. 이 글을 마치면 현대 엔지니어링에서 연삭을 중요하게 만드는 요소에 대한 확실한 지식을 갖추게 될 것입니다. 따라서 더 우수하고 신뢰할 수 있는 부품을 만드는 데 도움이 될 것입니다.

그라인딩이란 무엇인가요?

연삭은 연마재를 사용하여 공작물 표면에서 작은 재료 조각을 제거하는 가공 공정입니다. 공작물을 세심하게 다듬는 것과 같습니다. 목표는 정확한 엔지니어링 사양을 충족하는 특정 치수, 모양 또는 마감을 달성하는 것입니다.

선삭이나 밀링과 같은 다른 가공 공정과 달리 연삭은 표면 마감과 정밀도가 최대 10배까지 향상될 수 있습니다. 최신 연삭기는 매우 정확한 자동화된 CNC 시스템과 같은 기술의 발전으로 계속 진화하고 있습니다.

역사 개요

연삭 기술은 수년에 걸쳐 크게 발전해 왔습니다. 19년대에^th 세기에는 간단한 초보적인 도구와 돌을 사용하여 물체를 갈고 모양을 만드는 수작업 공정이 필요했습니다. 원하는 결과를 얻으려면 많은 수작업과 상당한 기술이 필요했습니다. 그 결과 이 공정은 노동 집약적이었습니다. 이러한 기계에는 금속을 갈고 모양을 만드는 회전하는 돌이 사용되었습니다. 이후 동력 구동 기계가 도입되면서 보다 정교한 기계를 사용하는 기계화 공정이 등장했습니다.

연삭기의 작동 원리

연삭의 핵심에는 일반적으로 연마 휠 또는 벨트가 작업 표면과 제어된 접촉을 하면서 회전하는 연마 휠 또는 벨트가 포함됩니다. 대부분의 연마 휠은 산화알루미늄 또는 다이아몬드로 만들어집니다. 이 연마 휠에는 연마 입자가 바인더에 함께 고정되어 있습니다. 이러한 연마 입자는 작은 절삭 공구처럼 작동하여 공작물에서 작은 재료 조각을 깎아냅니다. 이 과정에서 공구의 연삭 표면이 공작물과 접촉하게 됩니다. 압력을 받는 상태에서 서로 상대적인 움직임이 발생하면 공구의 날카로운 모서리가 절단 동작을 생성합니다(소성 변형). 이러한 입자 중 일부는 이러한 표면 사이에서 굴러가거나 미끄러져 미끄러짐(탄성 변형)이 발생할 수 있습니다.

이러한 입자는 소량의 절삭 작용을 일으키지만 표면에서 금속의 얇은 층을 고르게 제거합니다. 마찬가지로 연삭 압력으로 인해 공작물은 낮은 표면 거칠기로 점차적으로 높은 치수 정확도를 달성합니다. 이는 부동태화된 연마 입자가 가공된 표면의 피크 포인트를 압박하기 때문에 발생합니다.

스테아르산 및 산화크롬과 같은 연마제를 사용할 경우 화학 반응이 일어날 수 있습니다. 가공된 표면에 얇은 산화막이 형성됩니다. 그러나 연삭 공정 중에 쉽게 마모됩니다. 산화물 코팅은 연삭 공정 내내 지속적으로 생성 및 제거되어 수많은 반복 주기를 통해 처리된 표면을 매끄럽게 합니다.

마찰로 인해 이러한 연마 알갱이는 자주 마모되고 재료에서 제거되는 양이 줄어듭니다. 연마 알갱이는 드레싱 절차를 통해 표면에서 제거되어 휠의 절단 능력을 회복합니다. 그런 다음 결합 물질을 유리화하여 강화 및 경화시키고 휠을 리컨디셔닝합니다.

자료

연삭에는 일반적으로 여러 가지 재료, 특히 단단하거나 미세한 마감이 필요한 재료가 포함됩니다. 이러한 재료에는 강철, 알루미늄, 세라믹 및 복합 재료와 같은 금속이 포함됩니다. 연삭은 정밀도가 중요한 유리나 실리콘과 같은 섬세한 소재에도 선호도가 높습니다.

이 프로세스는 원통형, 원형, 평면 등 다양한 표면을 제작하는 데 적합합니다.

연마재 선택 및 사용 시 주요 고려 사항

연삭 연마 도구를 최대한 활용하려면 적절한 휠을 선택하는 것 외에도 더 많은 것이 필요합니다. 초보자의 경우 작업하기에 적합한 연마재를 선택해야 합니다.

연마제 사용 조건은 다음에 따라 달라집니다;

• 작업 중인 자료 유형입니다.
• 사용 중인 연마재 유형입니다.
• 연마 속도입니다.
• 얼마나 많은 압력이 가해지고 있나요?

다음 일반 지침은 각 용도에 적합한 연마 상태를 제공합니다.

1. 연마는 공작물의 재질보다 단단한 연마재를 사용하여 연마해야 합니다. 연마재 연마재는 공작물의 연마재보다 부드럽습니다.
2. 더 빠른 속도와 더 낮은 압력은 더 거친 연마재와 관련이 있습니다.
3. 더 낮은 속도와 더 높은 압력은 더 미세한 연마재와 관련이 있습니다.
4. 연삭에는 저마모성 연마재를, 연마에는 고마모성 연마재를 사용합니다.
5. 래핑은 모스 경도가 9 또는 10인 연마재를 위한 것입니다.

연마 조건을 잘못 설정하면 품질이 나빠지고 연마재가 마모되며 피하고 싶은 열이 많이 발생할 수 있습니다.

연삭 기술 사양

모든 연삭 작업의 성공 여부는 연삭 시 최상의 결과를 얻기 위한 적절한 기술 요구 사항에 따라 크게 좌우됩니다.

연마재

연삭 휠의 선택은 연삭 작업에 영향을 미칩니다.

제조업체는 고유한 특성에 따라 특정 목적에 따라 다양한 소재를 선택합니다.

• 다이아몬드 휠유리, 세라믹 및 카바이드와 같은 매우 단단한 재료와 함께 사용됩니다.
• 알루미늄 산화물 휠절단 능력과 인성이 균형을 이루기 때문에 강철 및 금속 합금에 선호됩니다.
• 세라믹 알루미늄 산화물 휠고강도 강철 및 합금 연삭 : 고강도 강철 및 합금 연삭
• 실리콘 카바이드 휠주철, 비금속 및 비철금속에 이상적입니다.
• 입방정 질화 붕소(CBN) 휠공구강, 특정 합금강 및 고속강에 사용됩니다.

속도 및 이송 속도

연삭 휠의 회전 속도는 공정에서 매우 효과적입니다. 속도가 빠르면 공정이 빨라지지만 온도가 높아져 공작물의 열 변형이 발생할 수 있습니다. 최적의 결과를 얻으려면 공작물이 휠을 기준으로 동기화된 방식으로 움직여야 합니다. 연삭 휠에 공급되는 공작물 이송 속도는 정밀도와 표면 마감에 영향을 미칩니다.

휠 등급 및 구조

연마재 입자의 간격(구조)은 소재가 공작물에서 제거되는 속도와 마감 품질에 영향을 줍니다. 입자 사이의 결합 강도인 경도(등급)는 연마되는 재료의 유형에 따라 달라집니다. 더 단단한 휠은 더 부드러운 재료용이고, 더 부드러운 휠은 더 단단한 재료용입니다.

연삭 압력

공정 중에 가해지는 압력은 연삭 정확도에 영향을 미칩니다. 또한 휠 마모와 재료 제거 속도에도 영향을 미칩니다.

냉각수 적용

올바른 냉각수를 사용하고 올바르게 도포하면 열 발생을 줄일 수 있습니다. 또한 표면을 윤활합니다. 또한 연삭 먼지와 부스러기를 씻어내고 연삭 휠의 수명을 연장합니다.

본딩 재료

연마 입자는 휠의 성능에 영향을 미치는 재료로 묶여 있습니다. 이러한 재료는 레진, 유리화 또는 금속일 수 있습니다.

기계 매개 변수

마력, 스핀들 속도, 기계 강성(하중 하에서 휨에 저항하는 능력)과 같은 요소는 정밀도와 품질 수준에 큰 영향을 미칩니다.

연삭 공정의 유형

표면 연삭

이는 연마 휠이 공작물의 평평한 표면에 닿을 때 발생하여 매끄러운 마무리가 이루어집니다. 이 공정은 표면 그라인더에서 수행됩니다. 작업자가 테이블 위에 공작물을 놓으면 회전하는 연삭 휠 아래로 공작물이 수평으로 이동합니다. 이 공정은 평평한 표면을 마무리하고, 공구를 날카롭게 하고, 최적의 평탄도를 얻는 데 이상적입니다.

표면 연삭기의 속도 범위는 연마재와 공작물 경도에 따라 5,500-6,500fpm(28-33m/s.)이며 재료 제거율은 초당 약 1in³입니다.

원통형 연삭

원통 연삭은 원형 부품을 만드는 데 이상적입니다. 공작물이 연삭 휠에 가까워질수록 회전하므로 원통형 표면의 높은 정밀도를 구현할 수 있습니다. 이 공정은 액슬, 샤프트 및 기타 원통형 디자인을 만드는 데 특히 유용합니다. 원통형 그라인더의 작동 속도는 5000~6500fpm(25~33m/s)이며, 제거 속도는 초당 1in³입니다.

센터리스 연삭

센터리스 연삭에서는 공작물을 기계적으로 제자리에 고정하는 것이 아니라 연삭 휠과 조절 휠 사이에서 지지합니다.

이 방법을 사용하면 휴식 지지대 없이도 원통형 부품을 고속으로 안정적으로 연삭할 수 있습니다. 일반적으로 다음이 필요하지 않은 원통형 부품 연삭에 사용됩니다. 고정 장치 또는 센터가 없어 원통형 물체의 대량 생산에 이상적입니다. 센터리스 연삭은 초당 약 1in³의 재료 제거율로 약 4500-6000fpm(23-30m/s)의 속도로 작동할 수 있습니다.

내부 연삭

이름에서 알 수 있듯이 제조업체는 이 방법을 사용하여 내부 표면을 마감합니다. 작은 연삭 휠이 회전하면서 원통형이든 원뿔형이든 공작물의 내부 부품을 연삭하여 원하는 부드러움을 얻습니다. 이 방법은 실린더, 보어 마감 및 정밀한 내부 형상을 제작하는 데 이상적입니다. 초당 약 0.5~1in³의 재료 제거율로 약 6500-9500fpm(33-48m/s)의 고속으로 작동합니다.

크립 피드 연삭

크립 피드 연삭은 일반적인 연삭 공정과 달리 깊은 절삭과 복잡한 형상에 이상적입니다. 이 공정에서는 휠이 공작물 전체에서 천천히 이동하여 한 번에 많은 양의 재료를 제거하므로 추가 가공의 필요성이 줄어듭니다. 이송 속도가 매우 느리고 절삭 깊이가 깊기 때문에 특수 공구 생산 및 절삭 공구 연마에 적합합니다. 그라인더는 일반적으로 약 4000~600fpm(20~30m/s)의 속도로 작동하며 약 20~30초 동안 1in³의 재료 제거율을 제공합니다.

지그 연삭

지그 연삭은 금형, 금형, 지그 및 픽스처를 완벽하게 만듭니다. 이 방법은 극도의 정밀도가 요구되는 상황에서 최상의 결과를 제공합니다. 특히 복잡한 모양과 구멍을 매우 정확하게 연삭하고 깔끔하게 마무리하는 데 탁월합니다.

기어 연삭

기어 연삭 기술은 매끄러운 표면을 가진 매우 정밀한 기어를 생산합니다. 일반적으로 정확한 정확도 요구 사항을 충족하고 고품질 표면을 자랑해야 하는 기어에 적합합니다. 항공우주 및 자동차 산업에서 저소음과 고효율 작동이 요구되는 기어 제조에 주로 사용됩니다. 작동 속도는 약 3,500~4,500fpm(18~23m/s)이며, 30초당 약 1in³의 재료 제거율을 보입니다.

스레드 연삭

스레드 연삭은 다음을 생산하는 데 사용됩니다. 스레드 너트, 나사 및 다양한 패스너에 사용됩니다. 균일하고 정밀한 나사산을 만드는 데 탁월합니다. 패스너의 매우 정확한 나사산에 이상적이며 엄격한 공차와 매끄러운 나사산 마감이 필요한 곳에 적합합니다. 작동 속도는 2000~2500fpm(10~13m/)이며, 제거 속도는 30~40초당 1in³입니다.

플 런지 그라인딩

플런지 연삭은 원통형 표면 정삭에 특화되어 있으며 원통형 연삭의 하위 유형으로 작동합니다. 이 공정에서는 연삭 휠이 공작물 안으로 방사형으로 돌진하여 전체 길이를 따라 한 번에 연삭을 완료합니다. 그라인더는 약 6500fpm(33m/s)의 속도로 20초당 1in³의 재료 제거율로 작동합니다. 이 방법은 일반적으로 자동차 부품, 원통형 롤러 및 베어링 레이스 연삭에 사용되며 고정밀 원통형 정삭에 이상적입니다.

양식 연삭

폼 연삭은 성형 연삭 휠을 사용하여 복잡한 형상을 생성하기 때문에 정밀한 윤곽이나 프로파일이 필요한 부품에 이상적입니다. 기어 호브 및 터빈 블레이드와 같이 독특한 형태의 제품을 제조하는 데 사용됩니다. 약 3,500-4,500fpm(18-23m/s)의 작동 속도와 30~40초당 1in³의 재료 제거 속도를 제공합니다.

프로파일 연삭

프로파일 연삭은 윤곽이 있는 표면의 고정밀 가공을 수행합니다. 복잡한 공작물 모양과 특징에 특히 효과적입니다. 공구에서 복잡한 형상과 정교한 프로파일을 만드는 데 중요하며 금형 및 금형 제작에 사용됩니다.

초연마 가공

초연마 가공은 경도와 절삭력이 높은 다이아몬드 또는 입방정 질화 붕소(CBN) 연삭 휠을 사용합니다. 작동 속도는 6,500fpm(33m/s)을 초과하며 제거 속도는 10~15초당 1in³입니다.

이 기술은 탄화물, 세라믹, 경화강과 같은 매우 거친 소재를 연삭하는 데 탁월합니다. 자동차 및 항공우주 산업의 정밀 부품 생산에 광범위하게 사용됩니다.

앞서 설명한 다양한 유형 외에도 재료의 종류, 정밀도, 필요한 표면 연마 정도에 따라 특정 요구 사항에 적합한 다양한 연마 기술이 있습니다.

연삭 공정의 장점과 단점

결론

연삭은 제조 부문에서 사용되는 필수적이고 유연한 공정입니다. 연삭 공정에 대한 미묘한 이해는 엔지니어와 제조업체의 운영 개선에 있어 핵심입니다. 앞으로는 기술이 발전함에 따라 더 나은 연삭 도구와 절차가 제공될 것이므로 제조업계는 더 많은 선택권을 갖게 될 것입니다.