연 삭 의 일 반 자동차부품진흥재단 ( 절삭부문 )

목 차 1.연삭가공의 역사 2.연삭이란 3. 숫돌의 이해 및 선정방법 4. 숫돌 바란스 수정 5. 드레싱 (Dressing) 6. 연삭조건의 결정 7. 연삭액 8.연삭의 실례

1.연삭가공의 역사 1) 인류의 가장 오래된 가공기술 돌도구 : 타제석기—돌을 알맞게 깨어서 사용(구석기) ↓ 돌도구 : 타제석기—돌을 알맞게 깨어서 사용(구석기) ↓ 마제석기 –돌을 갈아서 사용 (신석기) 연삭기 : 1846년 미국에서 제작 사용 1875년 만능연삭기 제작(브라운 샤프사) 인공숫돌입자 발명 1) 카보런덤 : SiC(탄화규소) 2) A숫돌입자 : AlO₃(알루미나) 3) 다이야몬드입자 3) CBN 입자—다이야몬드 다음으로 단단하나 드레싱이 어럽다

2.연삭이란 1) 숫돌을 회전시켜 숫돌면 입자의 예리한 모서리가 가공물의 표면을 작은 Chip으로 고속절삭 작업 임 -숫돌 구조: 숫돌의 3요소 단단한 입자 - -- 피삭재의 절삭 (팁) 결합재---- 입자의 결합 (홀더) 氣孔 ---- 절삭chip의 Relif 역할 (칩 포켓)

2) 연삭가공의 특성 Rake각이 음수---절삭 Chip이 크게 변형됨( 발열이 많음) 이는( 레이크각이 음수) 연삭저항의 배분력이 주분력 보다 큼을 의미함 배분력은 가공물이나 숫돌을 밀어올리는 방향으로 작동하여 치수나 정밀도에 영향 줌 여기서

3). 절삭가공과 연삭가공의 차이점 항목 절 삭 연 삭 날끝의 모양 (Rake각:경사각) 절 삭 연 삭 날끝의 모양 (Rake각:경사각) Chip이 나오기쉬운 양(+)의 각 성형날형 Chip이 잘 나오지않는 “-”각의 불규칙 각 속도 수 m/분 1500~3000m/분 연삭저항 접선저항 큼 법선저항 큼 에너지효율 200~1000 mm³/s/kw 5~30 mm³/s/kw 발생열량 Chip 1g당 약 100 Cal Chip 1g당 약 1000 Cal 발생열 분포 발생열량이 chip에 들어감 (가공물10%, 절삭chip 80%) (가공물84%, 절삭chip 16%)

① 自生작용 — wheel 입자의 둔해진 날이 새로운 예리한 날로 바꾸어저 감 4). 연삭의 현상 ① 自生작용 — wheel 입자의 둔해진 날이 새로운 예리한 날로 바꾸어저 감 ② 세딩 (shedding) – 숫돌 결합도가 약해서 공작물 깍는 량에 비해 숫돌 소모가 클 때 현상 ③글레이징(Glazing)-숫돌결합도 강할때(단단함) 무뎌진 입자가 탈락 않아 연삭 안됨 공작물 표면을 고속으로 마찰하여 표면 열발생 및 변질됨 ④ 로딩(loading)—숫돌의 기공이 너무 작거나 연질의 공작물 연삭시 발생 숫돌 기공에 chip이 박혀서 열 발생 / 용착, 흠이 발생 합

3. 숫돌의 이해 및 선정방법 1) 숫돌의 3요소 --- 입자,결합제, 기공 2) 입자 4. 숫돌의 이해 및 선정방법 - 입자 : 절삭날의 기능 - 결합제 : 숫돌 입자를 고정시키는 역할 - 기공(氣孔): 연삭 chip을 배출 2) 입자 ① 종류 * 산화알루미나계: 강을 연삭시 사용 일반강제: A, 담금질경화강(합금강):WA, PA, 스텐레스강 :HA * 탄화규소계 :주철 혹은 비철연삭시 사용 ② 입도(크기) ---절삭날의 크기, 절삭날의 밀도와 Chip포켓의 크기와 관계됨 밀도 높으면 (연속 연삭날 간격 짧음) → 숫돌절삭 깊이가 감소 → 하나의 입자에 작용힘이 작게됨 → 입자 탈락이 잘 안됨 → 마모량 적음 → 전체적인 연삭저항은 증가(절삭날 밀도에 비례) → 가공물의 변형,열적(burn)손상 발생 가능성 큼 4. 숫돌의 이해 및 선정방법

- 숫돌 입자 크기 예) #46 이란?----1인치(25.4mm) 사방에 가로세로 46칸의 그물에 걸리는 크기임 * 방법: #47과 #45체를 포개어 중간에 걸리는 입자임 * 25.4 / 46 =0.55mm 이나 철망굵기 0.1mm 뻰 0.45mm 정도 임 입자가 큰것 즉 숫자가 적은것이 큰것 임 -사용 입도 * 중연삭 : 번호가 작은것(입자가 큼) 사용 * 중간/ 경연삭 : 번호 입도가 큰것(입자 적음) 사용 * 원통연삭: 선접촉이므로 중간입도 * 접촉면적 넓운연삭(컵연삭) : 입도가 작은것(큰입자)

3) 결합도 (1) 숫돌의 입자와 입자를 결합하고 있는 강도 ( 결합재의 강약 정도 ) - 결합도 강함 --- 닳지 않아 연삭날이 나오기 어러운 숫돌 입자 탈락 않음, 로딩형 연삭, 번이나 체터링 발생 가능 - 결합도 낮음(약함) -- 연삭날이 나오기 쉬운 부드러운 숫돌, Shedding형 연삭, 마모량 큼

(2) 결합도의 표시—알파벳 순임 ( A ~ Z 강함 ) (3) 선정 : ① 연삭 저항(연삭깊이)에 의거 선정 함 예) 연강,일반강재 ---결합도 M, 입도 #46 담금질강 ----- 결합도 K ( 2단계 낮음 ), 입도 #60 - Wheel 원주속도 빨라질 때 --- 연속 연삭 chip은 얇아 짐 즉 원주속도 빨라지면 부드러운 숫돌사용 가능

② 접촉호가 클수록 낮은 Wheel 선정 ※ 접촉호: Wheel이 소재와 접촉(연삭) 되는 길이 - 접촉호의 크기 외경연삭 < 평면연삭 <내경연삭 ( 높음 ← 결합도 → 낮음 ) 단, 내면연삭은 제외 wheel의 절삭 날수가적어 Dulling(무뎌짐)현상되지만 외경연삭수준의 결합도 수준 사용 - 외경연삭 – 가공물의 지름이 클수록 결합도 낮은 wheel 사용

4) 공기 (氣孔) - 절삭날로부터 다음 절삭날 사이에 공기만 있는 부분 ( 숫돌체적의 40~45%) - 기공의 기능 - 절삭날로부터 다음 절삭날 사이에 공기만 있는 부분 ( 숫돌체적의 40~45%) - 기공의 기능 있을시 : 공간에 냉각액 이 고여 열발생 방지 깍여 나간 Chip이 고여서 (Chip 포켓기능) 회전시 원심력에 의거 탈거 됨 없을시(작을시) : Chip이 표면을 상하게 함 연성이나 전성금속에서는 loading이 쉽게 발생 → 절삭날이 마모된 숫돌 사용하는 격임 이는 가공물의 변형, 연삭 Temper, Chartering 발생 가능 - 조직기호 : No 6,7,8,9,10,11,12 등으로 나타냄 예) No12 ( 기공수 많음-다공성숫돌) : 열발생 쉬운 소재연삭에 사용 ※ 숫돌의 크기 내경용 : 소재지름의 70% wheel 사용 70%보다 크면---가공중 열 발생 70%보다 작으면 –chattering 혹은 glazing발생함

5).숫돌의 분류 (1) 성분 산화 알루미늄계 :(누프경도 약 2000) (1) 성분 산화 알루미늄계 :(누프경도 약 2000) 탄화규소계 : 단단하나 (누프경도 2700 정도) 부서지기쉽다 파쇄성이 높은것은 정밀연삭용이고 나뿐것은 거친 연삭용임 ※ 파쇄성이 높은것은 정밀 연삭용이고 나뿐 것은 거친 연삭용 임 다듬질에 사용은 일반적으로 A, WA,PA, HA가 많이 사용함

표)숫돌입자의종류와 용도

4. 숫돌 바란스 수정 1) 정적 동적 바란스(balance) 필요함 2) 정적 Balance요령 -숫돌을 아답터에 설치( 이때 바란스피스3개는 제거상태)하여 기계에 설치 - 트루임(Trueing) 한다 - 아답터와 함께 탈거후 멘드릴을 끼워 바란스수정대위에 놓음 - 바란스 잡음 - 탈거후 기계에 장착 하여 드레싱한다 이때 단속적인 소리나면 재바란싱잡는다 - 하루정도 작업 후 아답타 고정볼트 다시 조여준다 3) 일반적으로 외경 및 평면 wheel은 2~3회정도 하는경우 많음 4) 내경연삭wheel은 경이 작아서 Balance수정 의미가 적음 - 퀼(quill)의 굵기와 길이에 영향 있음 * 너무 굵거나 가는 퀼: 체터링 발생 * 구멍가공깊이 : 내경의 5배 이하 적당

5. 드레싱 (Dressing) 1) 새로운 절삭날이 표면에 나오게(날 세우기) 하여 로딩이나 글레이징을 방지함 - 로딩 (loading) : 숫돌기공에 칩이박혀서 열,용착 흠이 발생현상 -그레이징(Glazing) : 숫돌에 너무 강한 입자가 있어 열발생 현상 ※트루잉(truing)---숫돌의 모양을고치는것(balance위하여) 2) 드레싱 이송 속도 - 드레서가 숫돌입자를 한번이상 거처갈수 있게 해야함 - 이송 속도(드레서) v = P x d 여기서 v : 드레싱이송속도( mm/분) P : 숫돌회전수( rpm) d : 숫돌입자크기( mm) 즉 v 는 숫돌축이 1분간 회전시 드레서가 이송해야할 초대값 임 예) P=1500, d=0.45, 라면 이송속도는 0.45 x 1500 = 675 mm/분 임(테이블 이송) 실제는 입자가 0.45mm보다 적은것도 있어서 600mm정도 Table이송해야 함 3) 다듬질(사상) 드레싱은 거친 연삭보다 2/3 ~ 1/2 정도 한다 너무 잘게 (v를 작게)하면 숫돌 눈을 메꾸어서 효과떨어딤 (이때는 입자크기 작은것 선택 필요) 4) 드레싱 피치 표준 거친연삭용 : 숫돌입자지름의 1/2 ~ 1 담듬질용 : 1/5~ 1/3 정밀연삭 용 :1/10~ 1/15 연삭 깊이: 3/100~ 5/100 mm 5) 드레서 다이야몬드가 새것(날카로움) 시는 속도 줄임, 마모시는 돌러쓰든가 교체 필요

6. 연삭조건의 결정 1) 연삭에 필요한 기계의 소요 마력 2) 트레버서 –한번 왕복시 먹이는 량 N = (Ft ·V ) / (η x 75 x 60) 여기서 N : 필요소요마력 V : 숫돌 원주속도 (m/분) F : 접선 연삭저항 (Kg) η : 기계효율 예) 기계효율 80 %, 접선연삭저항 10 kg, 숫돌원주속도 1800 m/분 시의 마력? N = (10 x 1800)/(0.8 x 75x60) = 5 HP 즉 5 마력시엔 접선 연삭저항이 10 Kg까지 연삭 가능함 ※ 연삭저항 :연삭재의 연삭깊이 및 속도에 비례함 (많은 동력 필요) 2) 트레버서 –한번 왕복시 먹이는 량 - 원통연삭 : 0.02mm - 평면연삭 : 0.01mm 이 이상 먹일 시는 Burn, 휨,드레싱회수 많아짐 3) 연삭 열적손상 (burn)관련 - 연삭을 빨리할러고 절삭깊이를 크게 할때 * 가공물과 숫돌사이의 접촉호가 커짐 → 접촉면적 커지며 절삭날도 많아짐 : 연삭 Burn이 발생함 * 이때는 가공물의 속도를 높인다

- 숫돌입자의 절삭깊이가 매우 작고 연삭속도는 크다 4) 숫돌입자의 절삭깊이 - 숫돌입자의 절삭깊이가 매우 작고 연삭속도는 크다 숫돌입자의 절삭깊이 t max는 t max = 2 μ ν / V √ t D 여기서 V : Wheel 원주속도 v : 가공물 속도 t : 절삭깊이 D :숫돌지름 μ : 연속 절삭날 간격 예) 숫돌원주속도 1600mm/분, 가공물속도 10m/분, 숫돌지름 200mm, 절삭깊이 0.01mm, 날간격 2mm시의 최대 절삭깊이는 숫돌의 최대절삭깊이 : 0.18 μ 됨 ※ 초경바이트쓰는 절삭경우 절삭속도 80~2000mm/분 임 즉 연삭의경우는 속도가 1500~3600mm/분 으로서 높으며 절삭깊이는 매우 작다 ( 절삭에 비해) 이것이 고정밀도와 좋은 조도를 얻는 Point가 됨

5) 원주속도와 연삭(절삭)깊이 -음수(-)경사각(rake각) 연삭은 빠른원주속도 필요 - 원주속도 종래) 숫돌 : 원통연삭 1500m/분, 수직평면연삭 1200m/분 가공물 : 숫돌원주속도의 1/100 ~ 1/200 개선) 숫돌원주속도 증가 2700m/분 가공물은 1/80 ~ 1/40 정도로 적용 이때 연삭전 온도저하,연삭변형 줄일수 있음

7. 연삭액 1) 연삭액농도에 따라 표면조도 달라짐 낮은농도(물많이 섞음) ----거칠어짐, 발청(여름엔 진하게사용함) 높은 농도(물 적게 섞음 )----Loading 발생 2) 연삭액 위치—연삭점에 오게 조정함 3) Wheel이 회전시 표면엔 1기압정도 높음 -- 연삭액이 도달키 어럽다(열발생) 기류층 날러보내는 카바 고려 4) 연삭액 속도---빠르고 많은 량 필요(기본) ※ 속도 : 자연 낙하상태로 함 (연삭액이 높은 기류층 밀어냄 )

8.연삭의 실례 1) 가늘고 긴축의 연삭 (1) 길이가 소재지름의 15배 아상시는 방진구 필요 함 (2) Foot stock부근 (소재끝)엔 숫돌폭이 1/3~1/4벗어나게 조정 (3) Table이송 속도 거친연삭) 소재 1회전시 테이블은 숫돌폭의 1/3~1/2 정도 다듬질 연삭) 숫돌 폭의 1/3~1/4 정도 2) 주축연삭—지름이 굵어서 방진구 필요없는제품 (1) 센터를 잘닦아 척킹하고 중앙부에서 양끝으로 연삭함 (한쪽 끝부터 연삭시는 축이 휘게됨) 3) 평면연삭---기계와 척(자기량, 받침)의 문제를 관리해야 함 4) 내면연삭—기계의 정밀도에 영향 - 척킹방법 : 센터레스,특수지그,콜렉척 4폴/3폴척 등 특히 척의경우는 척킹압력이 중요

9.연삭 트러블(Trouble) 및 대책 연삭 체터링(charing) (1) 가공물과 숫돌사이에 두둘김 현상으로서 조도,진원도, 연삭면이 요철로 나타나는 것 (2) 원인 및 대책 ① 가공물의 형상이 불안정시 발생 - 가늘고 긴 샤프트 연삭시 -----→ 방진구 사용 - 설비능력이상의 가공물(외경) 연삭시 ( 접촉 면적증대로 절삭저항 크게 됨 ) -------→회전속도 줄여 연삭저항 작게한다 - 단속 연속연삭시도 발생가능 1)연삭 체터링(charing)

②난삭제 가공연삭 (스테인레스강,고속도강 합금공구강 등) -숫돌로딩이 빠르고 연삭저항 급속증가---체터링 발생가능성 높음 -예방) 숫돌 바끔 (WA→ GC입자형 , 혹은 다이야몬드숫돌) ③숫돌에서 체터링 발생가능성은 - 결합도 높은것 - 조밀한 입도 숫 - 숫돌 귀퉁이 마모로 입자탈락하고 요철발생시 높다 ④드레싱과 체터 -단한번의 드레싱으로 완료함이 가장좋다 (깊이 이송않았는데도 드레사가 숫돌에 닿는다면 비정상적임) - 드레사의 끝이 둥글고 평탄하면 체터링 가능 (항상 날카로워야함) -드레싱시는 로딩발생않게 충분한 연삭액 공급 필요

⑤ 연삭속도와 체터 -숫돌원주속도 는 가공물의 재질 형상에따라 다르나 일반적으로 다음과 같음 원통연삭 1800m/분, 평면 1600m/분 , 내경 1000m/분 전후임 -원주속도 빠르면 단단하게작용, 느릴수록 연하게 작용 원주속도 변속아 바람직하나진동의 공진점 변화로 가능하면 그냥두는것도 좋다 ⑥ 숫돌의 회전 정밀도 - 숫돌 불균형(숫돌)---정적, 동적 바란스 - 원주 및 축방향 진동이 체터 발생(베어링조정) ⑦ 진동대책 -숫돌의 불균형 -구동모타,구동벨트의 진동

2) 조도가 나쁘다 ①숫돌 입도가 거칠다----입도를 곱게 한다 - 입자수가 적으면 1개의 입자가 깍는 흠이 크면서 깊어짐 - 입자수가 적으면 1개의 입자가 깍는 흠이 크면서 깊어짐 - 이때 드레싱 리드 적게하고 스파크 아웃을 길게 한다 ② 드레싱 조건 나쁘다 - 드레싱 리드를 작게(속도 느리게, 숫돌회전수 많게) , 여러번 드레싱한다 - 드레서의 마모 ③연삭조건 나쁨 - 절삭깊이 얕게한다 (정삭속도 느리게한다) - 스파크아웃을 길게한다 ( 차츰 숫돌입자의 절삭깊이를 얕게함) - 숫돌회전수 빠르게한다 (연삭침 작게) - 가공물회전수 빠르게한다 (연삭침 작게) ④ 연삭액 주입 방법 - 가공부위에 충분히 뿌려지게한다 (가공연삭날의 윤활 좋게) ( 깨끗하고 뜯어먹거나 용착방지 ) 2)조도가 나쁘다