금속 표면의 거칠기는 가공 방법에 따라 어떻게 달라지나요?

Question

같은 금속이라도 절삭이나 연마 같은 가공 방법에 따라 표면 상태가 달라질 수 있는데, 가공 조건과 공구의 특성이 최종적인 표면 거칠기에 어떤 영향을 미치는지 의견 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

금속 표면의 거칠기는 공구가 재료를 얼마나 고르게 제거하느냐에 달려있습니다.

절삭에서는 이송 속도가 빠르거나 절삭 깊이가 크면 공구 자국이 커지기 때문에 표면이 거칠어지는 경우가 많습니다. 반대로 날카로운 공구를 사용하고 적절한 절삭 속도와 작은 이송량을 적용한다면 비교적 매끄러운 표면을 얻을 수 있습니다.

공구가 마모되거나 진동이 발생하면 표면에 불규칙한 자국이 생기기 때문에 거칠기가 크게 나빠질 수 있습니다. 연마나 폴리싱은 더 작은 연마 입자로 표면의 돌출부를 조금씩 제거하기 때문에 절삭보다는 훨씬 낮은 거칠기를 만들 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

금속 표면의 거칠기는 공구의 형태와 가공 속도 이송 속도 등 물리적 조건에 따른 물리적 흔적과 마찰 특성에 의해 결정됩니다 선반이나 밀링 같은 절삭 가공은 공구 날의 형태와 이송 속도에 따라 바이트가 지나간 빗살 모양의 바이트 자국과 미세 미세 균열이 남아 상대적으로 거친 표면을 형성합니다. 반면 입자를 사용하는 연마나 래핑 가공은 불규칙한 미세 입자가 표면을 매우 미세하게 긁어내며 볼록한 요철을 평평하게 다듬어 돋보이는 평활도와 미려한 표면을 만들어냅니다 따라서 가공 공구의 경도와 날 상태 절삭유 사용 여부 및 적절한 절삭 속도 조합을 최적화해야 원하는 수준의 정밀한 표면 거칠기와 부품 정밀도를 달성할 수 있습니다

Answer 3

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

선반이나 밀링처럼 날이 정해진 절삭에서는 공구가 지나간 자국이 그대로 표면에 남아요. 한 바퀴 돌 때 공구가 옆으로 얼마나 이동하는지와 날 끝의 둥근 반지름이 골의 깊이를 정하는데, 이송을 절반으로 줄이면 거칠기가 네 배 가까이 좋아질 만큼 영향이 커요. 날 끝을 크게 둥글린 공구를 쓰면 같은 이송에서도 골이 얕아지고요.

절삭 속도가 너무 느리면 칼날 앞에 재료가 눌어붙는 구성인선이 생겨서, 이게 떨어져 나갈 때마다 표면을 쥐어뜯어 놔요. 알루미늄이나 연강처럼 무른 금속에서 특히 잘 생기고, 속도를 올리거나 절삭유를 충분히 주면 줄어들어요. 공구가 마모되거나 기계에 떨림이 있으면 조건을 아무리 맞춰도 물결 자국이 남고요.

연마와 래핑은 원리가 달라요. 불규칙한 방향의 미세한 입자 수천 개가 조금씩 깎아내니 특정 방향의 줄무늬가 사라지고 훨씬 평탄해져요. 광학 부품 쪽은 이걸 더 밀어붙여 나노미터 단위까지 다듬는데, 제가 측정해보면 같은 연마 공정이라도 마지막에 쓴 입자 크기에 따라 결과가 크게 달라지더라고요 :)