[CP]1.2 절삭가공의 대표적 응용 예

  1.1장의 Table 1.6 에서 언급했듯이, 절삭가공은 비교적 범용성이 높고, 낮은 생산비용과 높은 가공능률로의 부품가공이 가능한 면에서, 기계산업을 중심으로 생산수단으로써 널리 채택되어 왔다. 주위의 각종 공업제품 및 기기, 나아가 산업용 설비 및 장치에 이르기까지, 절삭가공 없이 제조되는 것은 거의 없다라고도 할 수 있다. 대표적인 공업제품으로써, 자동차, 항공기, 공작기계, 금형의 예를 들어 간단히 소개하고자 한다.

1.2.1 자동차

  자동차의 핵심부품 (예를들어 엔진, 구동장치 등) 은 많은 경우 절삭가공에 의해 제작된다. 승용차는 대표적인 대량생산제품이기에, 예를 들어 엔진 (Fig. 1-4) 은 주조에 의해 제조된 소재가 Tranfer Line이라 불리는 자동가공라인을 지나가면서, 프라이스 가공, 드릴 가공, 보링 가공 등의 절삭가공에 의해 마무리 가공 된다.  또한, 구동장치의 핵심인 변속장치 (Fig. 1-5) 의 기어류 부품은 기본적으로 절삭가공에 의해 만들어지며, 필요에 의해 Shaving 및 연삭 등의 마무리 가공이 실시된다. 차대 및 차체 (도어와 같은 판금 부품)은 프레스가공에 의해 만들어지나, 프레스 금형은 뒤에서도 설명하듯, 절삭가공에 의해 제작된다. 또한, 크랭크축 및 Connecting rod 등은 단조에 의해서 소재가 성형된 후, 절삭가공에 의해　semi-finishing 가공이 이루어지고, 최종적으로 연삭으로 마무리 가공 된다. 또한 단조금형 역시 절삭가공에 의해 제작된다. 이외에도 터보차저에 이용되는 컴프레셔의 알루미늄제의 임펠러는 절삭가공에 의해 가공된다 (Fig. 1-6). 

Fig. 1-4 자동차용 엔진 (도요타자동차) 

Fig. 1-5 자동차 변속기 (아이신)

Fig. 1-6 터보차져용 컴프레셔 임펠러 (IHI)

1.2.2 항공기

   Fig. 1-7 와 같은 제트엔진의 디스크 및  블리스크에는, 연소가스의 고온에 견디기 위해 니켈기 합금 등의 내열합금이 사용된다. 또한 케이스, 팬블레이드, 팬축 등의 부품은 경량에 고강도임에 더하여 일정의 내열성이 요구됨으로 티타늄 합금이 사용된다. 이러한 재료는 난삭재로 불리며, 절삭가공이 어려운 재료로 알려져있다. 제트엔진은 신뢰성의 관점에서 재료 내부의 결함은 허용되지 않기 때문에, 큰 덩어리 상태의 소재에서 기본적으로 출발하여 절삭가공에 의해 부품의 형태가 만들어 지게 된다. 가공으로 제거되는 소재의 체적 비율이 90%에 달하기도 하여, 절삭가공이 제트엔진 생산에서의 주요 생산공정이라 할수 있다. Fig. 1-8 은 블리스크의 예를 보여준다. 

   항공기의 기체는 보강재의 사용되는 알루미늄 합금 역시 같은 방식으로 큰 덩어리상태의 소재에서 절삭하여 형태를 만든다. 알루미늄 합금은 절삭이 어렵지는 않으나, 가능한 효율 좋게 절삭해야하기 때문에, 고속/고능률 절삭의 대상이 된다. 알루미늄합금의 고속절삭에서는 가공중에 발생하는 채터 (Chatter) 라 불리는 진동이 문제가 되어, 생산성 향상에 방해가 되는 경우가 많다. 최근, 항공기의 기체에 많이 이용되는 CFRP 등의 복합재료 역시 부분적으로는 절삭가공 및 드릴링이 필요되어진다. 이러한 재료 역시 내열합금과는 다른 의미에서 난삭재라 할 수 있다. Fig. 1-9 에 절삭가공된 항공기용  알루미늄부품 및 티타늄합금부품의 예를 보여준다.

Fig. 1-7 제트엔진 (Rolls-Royce)

Fig. 1-8 큰 덩어리 소재에서 절삭가공한 블리스크

 

1.2.3 공작기계

   공작기계 역시 공작기계로 제작된다. 공작기계는 기본적으로 Fig. 1-10 에 나타내는 것과 같이 본체 구조 (컬럼, 베드, 베이스 등) 에 주축 및 이송계테이블 등의 핵심부품을 조립하여 만들게 된다. 본체구조는 대다수의 경우 주조를 통하여 소재가 만들어지고, 절삭가공과 연삭가공을 통하여 마무리 가공이 행해진다. 본체구조는 강판을 용첩하여 제작하는 경우도 있지만, 이러한 경우에도 절삭가공과 연삭가공을 통한 마무리가공이 필요시 된다. 공작기계의 주축은 가장 중요한 부품으로써, 섬세한 가공이 행해진다. 주축본체는 기본적으로 단조강으로 만들어지고, 절삭가공, 연삭가공에 의해 마무리 된다. 베어링 및 모터 부품을 조립하는 작업은, 이물질이 혼입하는 것을 방지하기 위해, 통상적으로 클린룸안에서 행해진다.

Fig. 1-10 공작기계구조의 예

1.2.4 금형

   금형에는 프레스가공 및 단조 등의 금속의 소성가공에 이용되는 금형, 플라스틱의 사출성형 등에 사용되는 성형금형 등 여러 종류가 있고, 또한 요구되는 형상정도, 표면조도도 다양하다. 금형은 기계부품의 대량생산에는 절대적인 도구이며, 금형의 가공기술은 그 국가의 생산기술의 지표가 된다고 알려져있다.

   많은 금형은, 합금강을 절삭가공 혹은 방전가공 하는 방식으로 제작되고 있다. 그 후에는 연삭가공에 의한 마무리 가공이 행해지고, 경우에 따라서는 표면을 연마가공이 추가되기도 한다. 금형에는 높은 압력이 작용되기 때문에  내마모성이 요구되는 경우가 많다. 경우에 따라서는 초경합금으로 만들어 지는 경우도 있다. 초경합금은 극도록 경도가 높기 때문에, 통상적인 절삭가공은 적절하지않다. 하지만, 글래스렌즈의 열간프레스가공용 초정밀 금형등은 다이아몬드 공구를 사용하여 절삭가공이 되어지기도 한다. 대표적인 금형의 예시를 Figs. 1-11, 12에 나타낸다.

Fig. 1-11 가공중인 자동차용 프레스금형

Fig. 1-12 초정밀렌즈금형과 성형된 렌즈의 예