기계 설계 편람 1편

기계 공학을 전공하는 공학도 및 제조업에 종사 중인 기계설계 분야 엔지니어들이라면 꼭 알아야 하는 내용들만  정리하였다.

 

기계공작법의 종류                                    

- 절삭가공(chip 발생)

  1.금속의 절삭성 : 절삭, 연삭, 연마, 다듬질

- 비절삭가공(chip 발생 없음)

  1. 금속의 가용성(용해) : 주조, 용접

  2.금속의 전성(넓어짐), 연성(길어짐) : 소성가공

 

 인장시험                                              

  : 항복강도, 인장강도, 파단 강도,연신율, 단면 수축률,탄성계수, 내력 시험

- 연성 : 재료의 시험 편이 부하 하중에 의해 파괴될 때의 연신율 또는 단면 수축률

- 인성 : 재료가 시험 편이 파단될 때까지 재료가 에너지를 흡수할 수 있는 능력

 

경도 시험

  : 외력에 대한 저항의 크기를 나타내는 척도, 압입시헝(압입 자국 크기), 긋기 시험(흠집 폭), 반발 시험(반발 높이)

- 브리넬 경도 : 일정 지름의 고탄소강 강구

- 로크웰 경도 : 시험하중과 처음 하중의 깊이 차

  측정방법이 간단하여 널리 이용(속도, 시간, 모양 오차 및 지시계의 오차 영향에 유의)

- 비커스 경도 : 136  ̊ 사각뿔 다이아몬드 자국 대각선 길이

  매우 단단한 재료의 경도측정에 유리

- 쇼어 경도 : 반발 경도, 다이아몬드 구를 붙인 추를 일정 높이에서 낙하, 튀어 오른 높이 평균치, 흠집 적음

- 마텐스 경도 : 긋기 시험

 

충격시험                                              

  : 충격 저항 실험, 인성/취성

  “아외 사양해”- 아이조드 외팔, 샤르피 양단

- 아이조드(외팔보)

- 샤르피(양단지지보)

 

기타 재료시험                                         

- 피로 : 피로강도, 피로균열 진전속도 등 피로특성시험

  반복 굽힘, 반복 인장/압축, 반복 비틀림, 조합 응력 피로

  피로 한도 : 재료가 영구히 파괴되지 않는 한계응력

    (Al합금처럼 피로 한도가 나타나지 않는 경우 10^6~10^7 회를 피로 한도로 정함)

  S-N 곡선 : 응력-반복 횟수 그래프

- 크리프 : 고온에서 시간과 변형률 관계

- 마멸 시험 : 내마멸성

- 에릭센 실험 : 디프드로잉 성질

- 암슬러 만능재료시험기 : 인장, 압축, 전단, 굽힘

 

매크로 조직검사                                       

  : 재료를 직접 육안 검사하거나 10배 현미경 확대 조사

    파단면 검사법, 설퍼프린트법, 매크로부식법

  1. 재료에 포함된 함유 원소의 편석에 의한 불균일 조직

  2. 슬래그, 황화물, 산화물 같은 비금속물질의 개체

  3. 결정입자의 크기와 결정 성장의 방향 파악

  4. 압연 및 단조 등의 기계가공에 의한 재료 상태

  5. 균열, 기공, 편석 등의 금속 결함

 6. 수지상 조직, 침탄층, 질화층, 표면처리층, 용접부 조직

- 매크로 조직시험 : 염산 수용액 부식 후, 알칼리 중화

- 설퍼프린트법 : 황의 편석이나 분포상태

  황산 수용액에 담근 브로마이드 인화지를 시험 편에 붙여 갈색 반점의 명암도 조사

 

현미경 조직검사                                       

  : 표면 연마 -> 부식 -> 금속현미경 검사

- 금속 결정입자의 모양과 배열

  열처리, 가공 및 기타 처리에 의한 금속조직 변화

  (고온 결정립 성장, 고온 상변화, 고온 소성 변화 및 파단)

  금속조직과 기타 처리에 의한 금속조직의 변화

  (금속 용해, 응고, 과냉도, 수지 상정)

  금속조직과 기계적 성질과의 관계

 비금속 재료(세라믹, 고분자 재료, 복합재료) 미세구조

재료	부식재
강철	질산알콜(나이탈), 피클린산(피크랄)
Cu, Cu 합금	그리드씨(염화제이철용액)
Al, Al 합금	수산화나트륨 용액
Ni, Ni 합금	질산 및 초산(아세트산) 용액
Sn 합금, Pb 합금	질산 용액
Zn 합금	염산 용액

균열의 형성과 성장 거동,파단면 모양

 “강철이라더니 피 흘리고 질알이네, 구리는 구리드씨

   알 수 없는~, 니질초, 주납질, 아염

 

비파괴검사                                             

  :　타진, 방사선, 초음파, 음향방출(AE), 침투탐상, 자분탐상

- 방사선 탐상 : X선, 감마선

- 초음파 탐상 : 직접 접촉,수침, 비접촉(매질 없음), 영상법

- 침투 탐상 : 표면세척 -> 침투제 -> 현상제(MgO, BaCO3)

 

주물의 결함                                           

치수결함	- 목형불량, 수축여유, 코어이동, 주물상자 조립불량
표면결함	- 목형변형, 주물사입도, 배합불량, 쇳물온도 부적당, 가스/공기 제거 불완전
수축구멍	- 최후 응고부 쇳물 부족 - 피더 설치, 쇳물 아궁이를 크게
기공	- 용융금속중 가스 미배출 - 주입온도개선, 통기성 강화, 쇳물 아궁이를 크게, 주형내 수분제거
균열	- 각 부분의 불균일 응고로 생긴 내부응력 - 두께차를 적게, 온도차를 적게, 각진부분은 둥글게, 주물은 서냉
편석	- 불순물 집중 혹은   초기/후기 결정간 배합이 달라짐
기타	- 주입속도가 빠르면 열응력 발생, 주물 이용률 저하, 주형파손, 공기혼입 - 속도가 느리면 취성재질이 됨.

 

용해로                                                

- 재료에 따른 용해로의 선정

주철	- 큐폴라(용선로), 전기로
주강	- 전기로, 전로, 평로, 반사로
비철합금	- 전기로, 도가니로

- 용해로에 사용하는 송풍기

  원심형, 터보형(큐폴라), 루트 송풍기

- 고온의 측정 : 열전 온도계, 광학 온도계

 

큐폴라(용선로)                                        

용량	- 매시간당 용해가능 중량을 ton으로 표시
특징	- 선철은 코크스의 10배   석회석은 선철의 5%
장점	- 주철을 경제적으로 용해

 

평로 제강법                                           

용량	-  1회 생산되는 용강의 무게(25~300톤)
특징	- 바닥이 넓은 반사로인 평로를 사용 - 연료 : 가스발생로에서 발생한 가스 또는 중유사용 - 탄소, 규소, 망간 : 1700 ℃ 고온 산화 - 황 : 슬래그 - 산소, 질소 : 페로망간 (Fe-Mn), 페로실리콘 (Fe-Si) 첨가 탈산작용
분류	- 분류(내화벽돌 종류) - 염기성평로(주로사용), 산성평로
장점	- 대량 생산 가능

 

전로 제강법(= converter 제강법, 가장 많이 사용)       

용량	- 1회 제강할 수 있는 무게 - 60~100톤, 대형 200~300톤
특징	- 경사식 노에 쇳물을 붓고 1.5~2기압의 산소나 공기를 불어넣어 불순물 산화, 연소 정련 - LD 전로법(산소전로) : 제강능률 평로의 6~8배, 품질동일
분류	- 분류(내화재) - 염기성법(토마스법) - 고 인(P), 저 규소(Si) - 산성법(비세머법)- 규석 같은 산화재 라이닝   탈인이나 탈황되지 않음
장점	- 정련시간이 짧아 대량생산에 유리하다. - 건설비가 저렴하다(평로의 60~70%)
단점	- 원료선의 규격이 엄격하다. - 산소, 질소 등 가스를 흡수하기 쉽다. - 강질 조정이 곤란하다. - 용선사용 - 고로 설비가 있는 공장에서만 가능

 

전기로 제강법                                                                

특수 주철과 주강

용량	- 1회 생산되는 용강의 무게(0.3~0.5톤)
특징	- 전열을 이용하여 제강원료 용해
분류	- 분류(전열발생방법) - 아크식, 전기저항식, 전기유도식
장점	- 온도 조절이 쉬워 탈산, 탈황 정련이 용이 - 정확한 합금 가능 - 용해소요시간이 짧다(1~3 Hr) - 산소, 유해가스 흡수적음(특수강, 내식강, 내열강, 공구강) - 값싼 고철 사용 가능 - 슬래그의 성질 조정가능(산화성, 환원성) - 고온정련 가능
단점	- 전력비 과다

 

도가니로                                               

용량	- 용해시킬수 있는 구리의 중량(N kg)->#N
특징	- 특수강, 황동, 청동, 경합금, 금, 은, 니켈, 양은 - 품질은 우수하나 열효율이 나쁨

 

반사로                                                

용량	- 장입 가능한 쇳물의 총 무게
특징	- 연소가스의 반사열을 이용 - 변질은 적으나 연료비가 과다함 - Al 탈산(Na, Mg), Cu 탈산(P, Mn, Si)

 

특수 주철과 주강

보통주철	- 10~20
고급주철	- 25~35  , Si 접종
합금주철	- 강도, 내마멸성, 내열성
칠드주철	- 칠드층 20~40 mm, 시멘타이트화(백선화) - 압연기 롤러, 기어, 기차바퀴
가단주철	- 백주철 풀림처리(연성부여) - 관이음, 자동차, 철도, 기계
구상흑연	- 40~70 , HB 150~280, Mg 첨가 - 피스톤, 실린더
주강	- 2.5~3.5% C 주철을 2% 이하로 가공 - 유동성이 나쁘고, 수축이 크며, 표면이 거칠다. 대형제품에 사용

 

반응형

 

 

특수 주조법

- 원심 주조법 : 주형을 회전시키며 주입

1. 코어 불필요, 재질이 치밀(우수), 쇳물 절약(코어, 라이저, 피더 필요 없음), 대량생산

2. 수도관, 실린더, 라이너

 

- 다이캐스팅 : 압력을 가해 제품 생산(알루미늄, 동합금)

1. 장점 : 정밀, 표면이 아름다움, 조직치밀, 대량/고속 생산,얇고 복잡한 형상 가공

2. 단점 : 설치가 복잡하고 용융점 높은 금속에 부적당

3. 전기기구, 사진기, 타자기, 계산기 부품

 

- 셸 몰드법(크로닝법)

1.규사 + 석탄산 수지 주형

2. 장점 : 치수 정밀, 표면이 매끈함, 주물 결함이 적음, 대량생산 가능, 경량, 신속한 주형 제작(경제적)

3. 단점 : 금형비가 비싸고 대형에 부적합

4. 자동차, 계측기 부품

 

 - 폴 몰딩법 : 폴리스티렌

 

- 인베스트먼트 주조(로스트 왁스 법)

1. 모형을 왁스로 제작하여 주형 제작

2. 복잡한 형상 가능, 치수 정확

 

- 이산화탄소 법

1.규사에 규산나트륨 용액 배합 후 이산화 탄소 주입하여 견고한 주형 생산(산화나트륨 -> 탄산나트륨)

2. 변형이 적고, 가스가 적다

3. 코어 제작용

 

- 진공주조 : 유해가스 흡수 방지(산소, 수소, 질소)

 

판금가공                                              

- 얇은 판재를 절단하거나 굽혀 원하는 형상을 만드는 것

 

- 판금가공 특징

  1. 외관이 깨끗하고 제품의 손실이 적다

  2. 제품이 가볍고 내구력이 강하다

  3. 수리, 개조가 쉽고, 조립, 분해가 가능하다.

  4. 제조원가가 싸고, 대량생산이 가능하다.

 

- 종류

전단가공	- 펀칭, 블랭킹, 전단, 트리밍
성형가공	- 플랜징, 엠보싱, 비딩

 

판금 재료

강판	박강판	3mm이하, 저탄소강, 규소강, 특수합금강, 열간/냉간 압연 강판
강판	도금강판	주석도금(양철), 아연도금(함석) “양주 함아”
강판	기타	스테인리스강판
구리	구리판	유연성, 내식성, 색상이 아름다움 열간압연 800℃ 수중 급냉시 풀림(400~450℃)
구리	7.3황동	드로잉 - 방향성 고려
구리	6.4황동	굽힘가공 - 방향성 고려
Al	Al판	유연, 색상미려, 풀림 350℃
Al	Al 합금	고력합금, 내식성 합금 -> 두랄루민, 고력합금은 알루미나 피막
비금속	피혁, 경질고무, 셀룰로이드, 파이버, 베이클라이트

두께 × 폭 × 길이로 표시

 

판금용 공구                                           

가위	- 크기 : 전체길이 - 직선가위, 곡선가위, 허크빌가위(구멍, 작은 곡선), 항공가위(절단, 1mm 까지, 날각 60~65°, 전단각 20°)
쇠톱	- 크기 : 톱날 두 구멍 사이 길이
정	- 보통(60°) - 탄소공구강, 납/구리(25~30°), 주철(55~60°), 청동(45~50°), 연강(44~55°), 경강(60~70°), 날끝만 담금질
해머	굽힘용해머	크기 : 머리무게 나무, 플라스틱, 고무 해머
	리베팅해머	리벳용
	레이징해머	판을 두드려 성형
	세팅해머	모서리 구부리기
	그루브해머	이음부를 견고하게 하는데 사용
	버핑해머	판을 평평하게 펼때
	받침쇠	판을 받치고 펴거나 성형

 

판금용 굽힘 기계                                       

비딩머신	- 판에 적당한 홈가공(모양, 강도) - 폭 : 판두께 2배 이상, 반경 : 두께이상
크리핑머신	- 판에 주름잡는 기계
포밍머신	- 원통형 공작물(파이프), 3개의 롤러
프레스 브레이크	- 판을 각 또는 원으로 구부릴때 사용 - 3개의 날 사이에 판을 끼워 구부림
탄젠트벤더	- 원통형 제품에 플랜지 가공
더블시밍머신	- 대량생산되는 원통형 물체(깡통) 더블seam에 사용
바 폴더	- 얇은판(0.794, 22게이지)이하 얇은 판의 가장자리를 여러모양으로 접음
롤러정직기	- 구부러진 판을 펴는 기계
그루빙머신	- 원통을 말아서 seam하는 기계(직선)
세팅다운머신	- 원통형 소재 하단에 seam하는 기계(곡선)

 

판금용 전단 기계                                       

직선전단기	- 윗날 아랫날 틈은 두께의 1/20~1/30 - 전단각은 5~10°
회전전단기	- 회전하는 2 날사이에서 직/곡선 절단
갱슬리터	- 폭이 넓은 소재에서 폭좁은 여러 조각 동시 절단
레버시어	- 래크와 피니언을 이용하여 가는 쇠막대나 공작물 모서리 절단선이 짧은 것 - 6mm이하, 전단각 12°이하
로터리 전단기	- 상하 롤러형 커터 - 직선, 원형, 곡선, 구멍가공
기타	- 고속 숫돌 전단기, 금속 띠톱

 

판금용 압축 가공기계                                   

인력	- 나사프레스, 편심프레스, 아버(피니언)프레스, 발판프레스
동력	- 크랭크프레스, 토글프레스, 마찰프레스(마찰차), 액압(수압, 유압)프레스

 

굽힘 가공

굽힘가공

- 치수 결정 : 판두께 중앙 부분의 중심선 기준

- 스프링백 방지

  1. 강도가 낮은 재질 사용

  2. 두께가 큰 재료를 사용

  3. 펀치의 각도를 소요 각도보다 작게

  4. 굽힘 반경을 작게

 

전단 가공                                     

전단	판재를 소요 형상으로 자름
펀칭	피어싱, 판재에 구멍을 만듦 절단된 원은 스크랩이 됨
블랭킹	넓은 판재에서 소요형상을 잘라냄
셰이빙	블랭킹한 제품의 거친 전단면 가공
트리밍	드로잉 가공한 판재의 둘레를 알맞게 가공
노칭	노치형상 가공

 

드로잉 가공                                             

- 이음매 없는 용기 성형

커핑	디프드로잉의 과정
재드로잉	2공정이상 드로잉
마폼	고무다이 사용
하이드로 폼	고무막 + 액체 사용
스피닝	회전하면서 눌러서 성형

 

압축 가공

스탬핑	- 충격력으로 요철형상 가공 - 코이닝(압인, 화폐) - 엠보싱(부각, 요철)
스웨이징	- 전체 면적에 비해 압축면적이 작음
벌징	- 고무, 기름, 물, 모래 등으로 압축

 

제관                                                  

- 분류

심리스파이프	- 맨세스먼 압연천공, 합출, 엘할트천공 - 커핑방법
용접관	- 버트용접, 랩용접 - 전기저항 및 고주파 용접

 - 천공 제관 : 맨네스먼 천공법이 널리 사용(700℃)

  천공 압연기 -> 플러그 압연기 -> 재가열로

  -> 마관기(흠집제거) -> 정경 압연기(규정 치수)

- 스티펠 천공기 : 지름 확대,얇게 천공

- 엘할트제관 : 외경 축소

- 가열 단접 법 : 터널식 가열로 통과, 1200~1300℃로 가열

    단접롤로로 단접

- 가스용접 : 성형 롤러, 아세틸렌 가스용접

- 공기저항 및 고주파 용접 : 여러 개의 수평, 수직 롤러

    버트 및 심 용접

     (슬리팅 -> 성형 -> 용접 -> 정경 -> 절단 -> 완성)

 소성가공                                               

- 소성가공의 장점

주물에 비해 치수정확 대량생산에 적합 수리가 용이

재료의 조직 치밀 재료의 성질이 강해짐 재료의 경제적 사용

단, 복잡한 형상의 가공이 어렵다.

 

- 소성가공의 성질

연성	길이방향 신장, 금,은, 동
전성	가단성, 얇은 판으로 가공,
소탄성	소성과 탄성이 동시에 나타남, 연성 금속
열소성	비닐과 같이 열을 가하면 소성을 나타냄
탄성여효	소성변형된 변형량이 시간경과로 줄어듦
가공경화	금속가공으로 더 단단해짐
시효경화	가공 및 열처리로 불안정상태가 된 조직이 시간이 지남에 따라 복구되어 단단해짐
신장	재료가 늘어남
풀림	가공경화된 재료를 가열하여 연화, 응력제거
재결정	가공경화된 재료 열처리시 새로운 결정형성

 

- 열간 가공과 냉간 가공

열간가공	냉간가공
가공이 쉽다 가공도가 크다 재질의 균질화 표면산화 정밀가공 어렵고 거칠다	기계적 성질 우수 제품의 치수 정확 가공경화(경도 증가, 연신율 감소) 섬유조직(방향성)

 

전조(Form Rolling)                                   

  : 압력을 가하면서 회전하여 절삭층이 없는 강도 높은 나사, 기어 제조(다이스와 롤러 사용)

- 칩이 없다, 동력이 적게 든다, 강도가 크다

- 차동식 전조기(유성기어장치) - 두 개 다이 동일 방향

  로터리 플랜트 전조기 - 대량생산

 

 인발(Drawing)                                          

  : 테이퍼 구멍의 다이를 통과시켜 봉, 관, 선재 생산

- 다이 : 강, 텅스텐, 다이아몬드, 칠드 주철

- 인발 저항에 영향을 주는 인자 : 단면 감소율,다이각, 윤활, 속도, 인발력

- 인발기, 신선기(연속)

건식법	비누등으로 윤활
습식법	물 섞은 콤파운드로 윤활
기타	석회, 흑연, Pb/Zn 도금(경질)

 

압연(Rolling)                                         

  : 롤러 사이에 재료를 통과시켜 판, 봉, 레일, 형강 생

- 재료 : 강철, 구리합금, 알루미늄 합금,연강

롤러회전속도를 낮춤 지름이 큰 롤러 사용 축에 평행한 홈 가공

압연재를 뒤에서 밀어줌 압연재 온도를 높임

 - 롤의 재질

분괴압연	소형열간압연	박판압연
단강	주철	칠드주철

 - 냉간압연 : 표면이 아름답고, 치수 정밀(황동,인청동)

    황산, 초산 + 윤활유

- 분괴 압연 : ingot(잉곳)에서 제품 중간재 생성

슬랩	두꺼운 판
시트바	슬랩보다 폭이 작은 두꺼운 판
스트립	코일상태 - 폭이 450 이상
빌릿	사각 또는 원형 단면
블룸	정사각형
스켈프	사각단면 압연한 띠모양
팩	최종치수까지 압연하지않은 강판
라운드	직경 200이상
로드	직경 12이하
섹션	각종 형상 단면재

 

제관(Pipe making)                                     

  : 심리스 파이프(맨네스맨법/인발법/압출법으로 가공 후 -> 압연/인발 하여 필요한 치수로 가공)

 

압출(Extruding)                                       

  : 컨테이너(Ni-Cr) 속에 고온열된 소재를 넣고 램으로 압력을 가해 다이 구멍 통과시켜 성형(소형이지만 정밀)

  맨드렐(심봉, Ni-W)

빌릿압출	- 관재, 이형단면재, 기어형상 - 직접압출(전방압출) : 램진행방향으로 소재 압출(철금속, 철합금 봉, 관) - 간접압출(후방압출) : 소비동력은 적으나 스케일 부착가능(비철금속류)
충격압출	치약, 튜브, 건전지케이스 - 크랭크 프레스
관재압출	Pb, Zn, Sn, Al, Cu, Mg 등 열간압연 곤란재

 

- 윤활

냉간	에멀전 수용액
열간	등유 + 흑연
Pb,Zn,Sn	미사용

 

단조(Foring)                                          

- 단조 온도

  1. 재결정 온도 이상이어야 가공 경화를 방지할 수 있다.

  2. 가열 온도가 높으면 산화, 질화, 탈탄 되어 취약

  3. 단조 종료 온도가 높으면 결정입자 성장으로 기계적 성질이 불량해진다.

600℃	650	800	900	1000	1100	1200	1300
암갈	갈적	휘적	황적	황	휘황	백	휘백

- 단조설비 : 코크스로, 중유로, 화덕

- 단조 기계(크기 : 해머를 포함한 낙하 무게)

스프링해머	- 탄력이용 연속타격, 1.4톤 이하 - 상형은 깊게, 하형은 평면
공기해머	- 압축공기 이용 - 증기해머보다 저렴, 조작간편
증기해머	- 타격속도가 크고, 두꺼운 공작물 적합
드롭해머	- 0.1~0.5톤, 1~2m 높이
수압프레스	- 균열이 없음, 큰 물품 단조, 크기 : 수압 - 프레스단조 : 소재중심부까지 단련효과

- 자유단조와 형단조

자유단조	-  엔빌(받침), 스웨이지블록(이형공대, 엔빌+정반+탭), 캘리퍼스, 집게, 세트해머, 탭(성형, 단면축소), 정, 펀치, 세팅다운(단짓기) 등을 이용 - 연신, 천공, 절단, 세팅다운, 벤딩, 단접
형단조	- 같은모양 다량제작 - 장점 : 대량 균일 제작, 재질균일, 고강도, 고정밀도, 비숙련자 가능, 제작시간 단축 - 순서 : 금형검사 -> 금형장치 -> 시제품(납) -> 성형 -> 검사 - 업셋단조 : 형단조의 일종으로 한기계로 한제품을 여러공정 제작

 - 사용재료 : 탄소강, 특수강, 동합금, 경합금

                     주철은 사용불가

- 냉간단조 : 코이닝, 콜드헤딩(나사머리), 스웨이징(관의 지름 축소)

 - 로타리스웨이징 : 주축과 다이가 회전하면서 타격

- 세팅다운 : 한쪽을 단을 지어 넓힘

  업세팅 : 전체의 높이를 낮추면서 폭이 넓어짐

- 황 : 적열취성(고온취성)

  인 : 냉간 취성(저온취성)

  청열취성(200~300℃)

 

절삭가공의 종류                                       

선삭	- 공작물회전, 바이트 직선이송 - 외경, 내경, 정면, 나사 가공
평삭	- 바이트나 공작물의 직선 이송운동(급속귀환) - 셰이퍼, 플래너, 슬로터
밀링	- 원주형에 많은 절삭날가진 공구의 회전절삭과 공작물의 직선운동 - 평면, 측면, 기어, 모방절삭
드릴링	- 드릴공구의 상하 직선운동
보링	- 보링바로 드릴구멍 확대, 정밀가공
태핑	- 구멍에 나사가공
연삭	- 연삭숫돌의 고속회전, 입자에 의한 가공
래핑	- 랩을 사용한 초정밀가공, 습식/건식
기타	- 기어가공, 브로치 가공, 호닝

 

 

공작기계의 3대 기본 운동                              

절삭 운동

일감만 운동	선반, 플래너
공구만 운동	드릴링, 밀링, 브로칭 머신
공구, 일감 운동	연삭기, 호빙머신, 래핑머신

- 이송 운동 : 공구 또는 일감을 이동시켜 절삭 위치를 바꿈

- 조정 운동 : 위치 결정 운동, 공구 보정, 일감 설치/제거

 

공구의 수명                                           

  : 새로 연마한 공구를 사용하여 동일한 가공물을 일정한 조건으로 절삭하기 시작하여 더 이상 깎이지 않을 때까지 절삭한 시간(드릴의 경우 총 가공 길이, 개수로도 표시)

공구 수명과 절삭 온도 : 마찰열이 증가하면 공구 수명이 감소하므로 공구 재료는 내열성과 열전도도가 좋아야 한다.

  고속도강 : 600℃에서 급격하게 경도 저하, 공구 수명저하

  저온절삭 : -20 ~ -150℃

 

 공구 수명 판정

  1. 날 끝 마모가 일정량이 달 했을 때

  2. 가공 표면에 광택 있는 색조나 반점이 생길 때

  3. 완성품 치수 변화가 일정 허용범위에 있을 때

  4. 주 분력에 변화 없이 배분력, 횡 분력 급격 증가

 

 절삭공구 재료                                         

- 구비조건

  1. 일감보다 굳고 인성이 있어야 한다.

  2. 온도 상승에 따른 경도 저하가 적어야 한다.

  3. 내 마멸 성이 높아야 한다.

  4. 성형이 쉽고, 가격이 저렴해야 한다.

 - 공구 재료

탄소공구강(STC)	- 0.6~1.5% C, 열처리쉽고 가격 저렴 - 바이트, 줄, 펀치, 정
합금공구강(STS)	- W, Cr 등 첨가, 내절삭성, 내마멸성 - 700~850℃ 담금질, 200℃뜨임(취성방지) - 바이트, 냉간, 인발, 다이스, 띠톱, 탭
고속도강 (SKH)	- 표준고속도강(HSS), 18W-4Cr-1V - 공구수명이 탄소공구강의 2배 - 600℃까지 경도 유지 - 강력 절삭 바이트, 밀링커터, 드릴
주조 경질합금	= 스텔라이트(C-Co-Cr-W) - 800℃까지 경도 유지 - Al합금, 청동, 황동, 주철, 주강 절삭
초경합금	- W, Ti, Ta, Mo, Co - 고온 경도저하 없음, 고속도강 4배속도 - 스로웨이 타입 초경바이트(교체형)   1. 재연삭 불필요, 공구비 고가   2. 공구관리 용이, 절삭성 향상   3. 취급 간단, 가동률 향상
세라믹	- 무기질 비금속 재료를 고온 소결 - 1200℃까지 경도 유지(초경합금의 2~3배) - 내마모성, 구성인선없음(절삭면 양호) - 다량생산가능(재료 풍부) - 단점 : 취성, 땜질 곤란, 열전도율 불량(내열충격에 약함), 냉각제 사용시 파손
다이아몬드	- 내마모성, 경도 우수, 정밀/경금속 절삭 - 내열성, 구성인선없음(절삭면 양호) - 잔류응력이 작고, 절삭면에 녹이 없음 - 단점 : 고가, 취성, 진동에 약함, 연마에 전문성 요구

 

절삭 칩의 생성                                         

  : 공구의 모양, 일감 재질, 절삭속도/깊이, 절삭 유제

유동형	- 칩이 바이트 경사면에 연속으로 흐름 - 연강, Al등 점성이 있고 연한재질 - 절삭제 공급, 큰 경사각, 고속, 얕게 절삭
전단형	- 칩이 거칠게 전단됨, 절삭력 변동 - 경강 또는 동합금 - 작은 경사각, 깊이 절삭
열단형	- 경작형, 바이트가 재료를 뜯는 형태 - 극연강, Al합금, 동합금등 점성 큰 재료 - 작은 경사각, 저속, 깊게 절삭
균열형	- 날 절입시 순간균열, 비정상 절삭 - 메진재료(주철) - 작은 경사각, 저속, 깊게 절삭

 

구성 인선(Built up edge)                                

- 연강, 스테인리스강, Al처럼 바이트 재료와 친화성이 강한 재료의 절삭 시 칩 일부가 날 끝에 부착하여 단단하게 굳은 퇴적물이 되어 절삭날 구실을 하는 것

- 발생 -> 성장 -> 분열 -> 탈락 주기 1/10~1/200 초

- 영향

  1. 치수 불량, 다듬질면 불량, 표면 변질층이 깊어짐

  2. 날 끝의 마모가 커서 공구 수명 단축

  3. 공구 진동, 결손, 미소 파괴(초경공구)

 - 방지책

  1. 윤활제를 사용

  2. 절삭속도를 빠르게 한다(임계 속도 120 m/min)

  3. 절삭깊이를 줄인다, 느린 이송

  4. 큰 경사각(30˚이상)

- 실버 화이트 커팅(호시노) : 구성 인선이 날 끝을 보호하며, 경사각을 크게 하여 절삭 열을 감소시키는 장점을 이용

 

절삭 저항

: 동력 결정요인, 공구 수명, 다듬질면 거칠기, 피 절삭성, 절삭 조건 적부여부 판단기준, 스트레인 게이지로측정

주분력(10)	- 절삭방향, 속도가크면 주분력감소 - 공구수명과 연관
배분력(2 ~ 4)	- 깊이방향, 바이트파손시 급증
이송분력(1 ~ 2)	- 공구이송방향, 횡분력

 

공구의 수명             

절삭 온도가 상승하면 수명 단축, 가공 치수 변화

고온절삭	일감 200~800℃, 경도저하로 저항감소
저온절삭	일감 -20~-150℃, 마멸적고, 절삭성능 향상

 - 수명 판정 : 날 끝 마모, 완성품 치수 허용범위, 색조, 반점, 배분력, 횡 분력의 급격 증가

 

절삭 운동에 의한 공작기계 분류                         

공구가 절삭운동	드릴링, 밀링, 브로칭머신
일감이 절삭운동	선반, 플래너
공구/일감 동시	연삭기, 호빙머신, 래핑머신

 

사용목적에 의한 공작기계 분류                         

일반	선반, 수평밀링, 레이디얼 드릴링머신(소량생산)
단능	바이트연삭기, 센터링머신, 밀링머신(간단한공정)
전용	모방선반, 자동선반, 생산형밀링머신(특정모양, 치수)
만능	선반, 드릴, 멀링머신기능 1대로 가능

 

절삭유                                                 

  : 냉각, 방청, 윤활, 세척 작용

- 절삭유의 조건 : 유동성, 칩 분리 용이, 고 인화점, 인체에 무해, 가격이 저렴

- 종류

알칼리성  수용액	- 냉각+방청, 연삭작업 - 에멀전, 솔류블, 솔류션 - 수용성은 비열이 큼
불용성 수용액	- 경절삭 - 광물유(머신유, 스핀들유, 경유) : 냉각효과 적음 - 동식물유(라드유, 고래유, 어유, 올리브유, 면실유, 콩기름)
기타	- 극압유, 유화유(광유+비눗물), 염화유, 유화염화유

혼합유(광유+지방유) - 비철금속에 사용

 

윤활제                                                

  : 윤활, 냉각, 밀폐, 청정

- 완전 윤활(액체 윤활, 유체 윤활)

  불완전윤활(경계윤활)

  고체윤활

- 구비조건 : 카본 생성이 적을 것, 부식성이 적을 것, 열전도 양호, 열이나 산에 강할 것, 적당한 점성,

경제성

- 종류

액체	- 동식물유 : 유동성, 점도, 인화점 양호 - 광물유 : 고온변질, 부식성 양호
고체	- 흑연, 활석, 비누돌, 운모, 그리스(반고체)
특수	- 극압윤활유(S,P), 부동성기계유(-35~-50℃) - 실리콘유, 절삭유

 수지 베어링에는 물이 좋다.

 

급유 법

적하급유	저속축
오일링	고속축
베스오일링/스플래시오일링	베어링, 기어
강제급유	고속베어링, 공작기계
분무급유	압축공기 이용, 냉각우수
튀김급유	커넥팅로드
패드급유	모세관 현상 이용
담금급유	피벗베어링

 

 

 

 

 

기계 설계 편람 2편