CNC 가공 부품의 표면 마감

Surface finishing is part of manufacturing, especially for CNC machined parts. It uses techniques specifically designed to modify the surface characteristics of a component to meet targeted functional, aesthetic, or performance-related needs. Surface finishing beautifies the part and enhances its performance characteristics, such as corrosion resistance, wear resistance, and overall surface finish quality by minimizing surface roughness.

표면 마감이란 무엇인가요?

표면 마감은 가공된 부품의 질감, 외관 및 기능과 관련하여 표면을 변경하는 프로세스입니다. 필요한 부품에 따라 기계적, 화학적 또는 전기 화학적 마감 처리를 할 수 있습니다.

CNC 가공 공작물의 높은 정확도와 반복성을 이끌어냅니다. 그러나 부품의 표면에 형태와 마감에 영향을 미치는 특징이 있을 수 있습니다.

One common issue is tool marks—fine lines or grooves left by the cutting tool—which may affect both aesthetics and functionality. Left untreated, these raw tool marks may not be aesthetically desirable or functionally suitable. Techniques like polishing or secondary finishing can effectively address them.

버, 융기된 가장자리, 입자 또는 피처 경계에 형성된 작은 융기와 같은 가공된 피처는 디버링 작업이 필요합니다.

가공 과정, 취급 또는 운송으로 인해 표면에 긁힌 자국이 생기는 것은 미관상 바람직하지 않습니다. 나중에 기계적인 문제가 발생할 수 있습니다.

CNC 가공을 위한 일반적인 표면 마감 기술

표면 마감은 CNC 가공 부품의 품질과 성능을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 여기에서는 다양한 산업 분야의 표준 마감 공정에 대해 설명합니다.

아노다이징

아노다이징 effectively improves the corrosion protection, mechanical properties, and appearance of products, especially in aluminum CNC machining. This procedure involves forming a robust and rust-proof oxide film on the surface of the metal. Anodizing forms an oxide layer, forming a coating around the metal. Not only does this improve the metal’s characteristics, but it also contributes to the aesthetic value of the final product.

프로세스

1. 표면 준비: 부품 세척은 아노다이징 공정을 적용하기 전에 이루어집니다. 철저한 세척을 통해 오일과 먼지를 제거합니다. 작업자는 연마 또는 에칭과 같은 기계적 또는 화학적 전처리 기술을 사용할 수 있습니다.
2. 전해질 용액에 담그기: After cleaning, technicians put the part in an electrolyte bath, often acidic, sulfuric, or chromic acid. This bath creates an electrolytic process, resulting in the formation of the oxide layer. In this process, the part itself forms the anode of the system. The cathode, typically made of aluminum or lead, is positioned opposite the anode.
3. 전류의 적용: 기술자가 부품과 음극에 직류(DC)를 통과시키면 부품에서 전기 화학 공정이 진행됩니다. 전해질의 이온이 부품 표면의 알루미늄 원자와 반응하여 알루미늄 산화물(Al₂O₃)을 생성합니다. 이 산화물 층은 처음에는 다공성이며 염색과 같은 후속 직물 처리를 용이하게 합니다.
4. 색칠 및 봉인: 양극 산화 처리된 층은 염료가 투과할 수 있도록 하여 부품을 쉽게 염색할 수 있습니다. 유기 또는 무기 염료가 기공을 통해 침투합니다. 실링은 부식 방지 기능을 높이고 색상이 변색되는 것을 방지하는 마지막 공정입니다. 여기에는 부품을 끓는점까지 올려 알루미늄 산화물이 수화되어 모든 기공을 닫는 과정이 포함됩니다. 다른 밀봉 유형에는 표면을 더 보호하기 위해 니켈 아세테이트와 같은 화학 물질이 포함됩니다.

아노다이징의 종류

Chromic Acid Anodizing (Type I )

It uses Chromic acid as the electrolyte and forms a thin and smooth anodic layer. However, it has a lower abrasion resistance than the other coatings. It is most applicable in aerospace parts where the fundamental properties required are fatigue strength and high corrosion resistance.

Sulfuric Acid Anodizing (Type II)

이 방법은 전해질로 황산 용액을 사용하는 데 익숙합니다. 이 공정의 부품은 크롬산 아노다이징의 부품보다 두껍습니다. 유형 II 아노다이징은 표면 염색에 유리하며 미적 용도에 적합합니다. 외관, 적당한 녹에 대한 저항성, 강도가 요구되는 대부분의 소형 가전제품, 자동차 액세서리 및 건물에 널리 사용됩니다.

Hard Anodizing using Sulfuric Acid at Lower Temperatures (Type III )

Comparable to Type II but at cooler temperatures and higher voltages. According to strict industry specifications like ASTM B580 Type A, this hard anodic coating typically ranges from 50 to 100 microns in thickness ^[1]. Furthermore, this dense ceramic layer achieves an exceptional microhardness equivalent to 60 to 70 HRC. This extraordinary hardness provides extreme abrasion resistance for heavily loaded moving parts.

Appropriate for demanding roles such as aerospace goods, military products, and industrial equipment. These applications require maximum durability of the surface or the whole device. Possible applications include pistons, gears, and other moving parts.

비드 블라스팅

비드 블라스팅은 고압의 산화물 기반 유리 구슬을 재료 표면에 충돌시키는 표면 마감의 또 다른 방법입니다. 이 공정을 조정하면 연마재를 사용하여 매끄럽고 거친 표면을 만들 수 있습니다. 미화, 표면 준비 또는 녹이나 페인트와 같은 표면 오염물질을 제거할 때 흔히 사용됩니다.

프로세스

1. 표면 준비: 잔여 오일이나 기타 쉽게 분리되는 오염 물질을 제거하기 위해 세척을 실시하세요.
2. 블라스팅 캐비닛 또는 머신 설정: 기술자는 비드 블라스팅 캐비닛 또는 기계 고정 장치에 부품을 배치합니다. 캐비닛은 블라스팅이 이루어지는 밀폐된 공간으로, 연마재가 날아가지 않습니다.
3. 가압 공기 및 연마재: 작업자는 압축 공기를 사용하여 연마재(주로 유리 비드)를 부품 표면에 분사합니다. 표면 처리 정도는 공기의 압력과 공정에 사용되는 매체의 종류에 따라 달라집니다.
4. Controlled Surface Finishing: 작업자는 압력의 양, 적용되는 표면의 밀착도, 미디어의 적용 각도를 결정할 수 있습니다. 이는 마감을 완벽하게 제어하기 위해 필요합니다. 비드 블라스팅은 필요에 따라 다양한 부품에 다양한 방식으로 작업하는 데 적합합니다.
5. 블라스팅 후 청소: 작업자는 블라스팅 후 부품을 세척하여 부품에 남아 있는 블라스팅 미디어나 먼지를 제거합니다. 이렇게 하면 부품이 코팅 또는 조립과 같은 작업을 수행하기 전에 다른 요소에 의한 오염으로 인한 간섭을 방지할 수 있습니다.

비드 블라스팅의 유형

유리 비드 블라스팅

This specific blasting method employs spherical glass beads to create a uniform matte or satin finish. Unlike highly angular abrasive grit, these spherical particles impact the metal surface to create a microscopic peening effect rather than a cutting action ^[3]. This unique impact mechanism ensures that the precision CNC machined tolerances remain completely unaltered during the surface cleaning process. It is frequently helpful in household appliances, cars’ interiors and externals, furniture, light industry products, and other parts. In these applications, a smooth and beautiful look is essential.

알루미늄 산화물 블라스팅

This method employs highly angular and aggressive aluminum oxide grit. Because this abrasive media is significantly harder and sharper, aluminum oxide significantly removes more material. Due to their hardness, aluminum oxide significantly removes more material from the surface than glass beads. It is useful where a slightly rougher surface or more excellent material removal is necessary.

플라스틱 비드 블라스팅

It employs plastic beads as the abrasive media, thus minimizing the rigorous treatment of the parts. Because plastic media is significantly softer than metal, it safely removes coatings and contaminants without altering or cutting into the underlying base material. The process offers a fine surface finish without adversely affecting the strength of the particular part. Plastic bead blasting is a suitable option for cleaning softer metals or delicate parts, often used in 자동차 부품 제조 및 항공우주 부품 제조.

실리콘 카바이드 블라스팅

One of the most aggressive techniques involves using silicon carbide particles. Silicon carbide ranks among the hardest synthetic abrasive materials available in the manufacturing industry. Possessing a remarkable Mohs hardness ranging from 9.0 to 9.5, it aggressively cuts into extremely rigid metal surfaces ^[4]. Due to this extreme hardness, it rapidly removes deep tool marks and creates a highly textured profile ideal for subsequent heavy-duty coating adhesion. Some applications include cleaning turbine blades, castings, high-intensity parts, and many others that require a robust surface before further treatment.

전기 연마

Electropolishing is a highly precise electrochemical process that dissolves a microscopic layer of material from the surface of metal parts. This technique is the opposite of electroplating and is more akin to dissolving, polishing, and smoothing. Electropolishing has main applications in iron-chromium, aluminum, titanium, and nickel alloys. Therefore, it is helpful for sectors that need high cleanliness and surface purity levels, like the food industry, medical equipment, and pharmaceuticals.

프로세스

1. 표면 준비: 전기 연마 전에 탈지를 위해 금속 부품 세척이 이루어집니다. 세척은 전기 화학 공정을 방해할 수 있는 모든 물질을 제거합니다.
2. 전해조에 담그기: 작업자는 금속 부품을 전해질 욕조에 담급니다. 수조는 산 용액으로 구성되며, 보통 황산과 인산 용액으로 구성됩니다. 시스템의 전기 화학적 부분에서 ‘부품'은 양극 역할을 하고 음극은 스테인리스 스틸이나 납과 같은 불활성 물질입니다.
3. 전류의 적용: 작업자는 부품 양극과 음극 사이에 전류를 인가합니다. 전류는 부품의 산화층을 수용액에 용해시킵니다. 재료 제거는 곡선형 밸리보다는 음극 표면에 국한된 곡선형 피크에 대해 빠르게 증가합니다. 이러한 선택적 제거는 표면을 평평하게 하여 부품을 연마하여 매끄러운 표면을 만드는 데 기여합니다.
4. 재료 용해: The electropolishing process precisely strips off a microscopic layer of base material, typically ranging from 0.0025 mm to 0.025 mm in depth. This electrochemical dissolution preferentially targets microscopic surface peaks over valleys. Consequently, the process can systematically reduce the overall surface roughness average (Ra) by up to 50 percent while simultaneously passivating the metal ^[2]. The final surface finish appears remarkably superior and highly refined compared to standard mechanical polishing.
5. 표면 다듬기 및 연마: 전기 연마는 표면을 원래 상태에 비해 매끄럽고 광택이 나며 ‘밝게’ 만듭니다. 미적인 측면 외에도 미세한 수준의 거칠기를 극적으로 최소화하고 부식 가능성을 줄이는 데 도움이 됩니다.
6. 폴리싱 후 청소 및 검사: 전기 연마 처리 후 표면 마감 부품을 물로 세척하여 전해질 용액을 제거합니다. 표면 마감 부분을 확인하면 적합한 재료가 제거되었는지 확인할 수 있습니다.

표면 마감 방법 비교

The best surface finish for the CNC machined parts depends on features such as the type of material used, the application requirement, and the part’s working conditions. The most crucial decision is selecting the surface finishes as they regulate the performance, endurance, and, finally, the price of the part. All the materials under discussion react differently towards specific finishing procedures, and procedures such as anodizing are usually standard on aluminum. Likewise, it is necessary to consider the function of the part under discussion. For example, if extreme wear resistance is required, aluminum components should undergo hard anodizing (Type III).

On the other hand, electropolishing could benefit parts in incredibly sterile environments. Environmental exposure is also an essential factor, especially for those parts in corrosive environments, high or low temperatures, or chemicals. Aesthetics also affect the choice, mainly where industries such as customer electronics and automotive sectors, among others, use techniques such as polishing and anodizing. Budget considerations are essential in surface finish selection, directly impacting overall CNC 가공 비용, as more protective and visually appealing options often come at a higher cost. In this case, it is highly requisite to consider the performance requirements against the costs to make the right decision.

Tips: If you would like to learn more about the full range of surface finishing processes, click “더 많은 표면 마감 공정” to continue.

결론

Surface finishing is an essential component of overall manufacturing within any professional machine shop when dealing with CNC machined parts, bearing a tight influence over functionality and appearance factors.

아노다이징, 비드 블라스팅 및 전기 연마 공정은 부식, 마모성 및 표면 마감과 같은 특성을 개선하여 부품의 미적 외관을 향상시킵니다.

각 마감 방법은 부품의 소재 및 용도와 관련된 요구 사항이나 우려 사항을 해결합니다. 올바른 표면 마감 기법을 선택하는 것은 CNC 가공 부품의 효율성과 내구성과 관련이 있습니다.

외생적 조건을 포함한 다른 속성은 제품 성능 요구로 인해 이러한 의사 결정 과정에 영향을 미칩니다. 생산 비용도 또 다른 필수 요소입니다.

특정 표면 마감 방법의 특성을 이해하는 것은 특정 제품의 기능, 비용 및 심미성을 기반으로 개별 요구 사항에 맞는 올바른 선택을 하는 데 필수적입니다.

참조

[1] ASTM International. (2019). ASTM B580-79(2019) Standard Specification for Anodic Oxide Coatings on Aluminum. https://doi.org/10.1520/B0580-79R19

[2] ASTM International. (2018). ASTM B912-02(2018) Standard Specification for Passivation of Stainless Steels Using Electropolishing. https://doi.org/10.1520/B0912-02R18

[3] Dong, H. (Ed.). (2010). Surface Engineering of Light Alloys: Aluminium, Magnesium and Titanium Alloys. Woodhead Publishing (Elsevier). https://doi.org/10.1533/9781845699451

[4] Tretyakov, Y. D. (2007). Handbook of Ceramic Hard Materials. Wiley-VCH. https://doi.org/10.1002/9783527618217