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디버링(Deburring) 가공의 현황과 과제
 
「다듬질 기술」의 최신 동향
 
월간 기계기술기자 | 2004.10.01 | 2004년 10월호
 
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가공에 있어 디버링 등의 다듬질 작업에 관련해서 많은 관계자들이 고민하고 있다. 그리고 공작물에 따라서는 고효율화나 고정밀도화에 대한 요구도 높아 지고 있다. 그래서 이번에는 이러한 문제해결의 힌트가 될 수 있는 다듬질 기술의 최신 사례를 몇 가지 모아 보았다. 또한 다듬질 기술뿐만 아니라 다듬질 공정 자체를 적극 줄이는 가공기술에 대해서도 기술(記述)한다.
디버링(Deburring) 가공의 현황과 과제- 「가공 현장」에서 보는 사례 -

 삭가공 현장을 취재하면서 「휨·디버링 작업은 영원한 과제」라는 말이 자주 나왔다. 다품종 소량화, 고정밀도·고품위화, 미세화가 진전됨에 따라 가공 현장에서는 “디버링 가공법, 버(Burr) 허용 량의 평가·판정”에 대한 곤란함이 증폭되고 있다.
  항공·우주기기 부품, 의료기기 부품, 분석기기 부품 등을 가공하고 있는 기업에서는 버의 발생을 강력히 억제하는 가공, 잡기 쉬운 방향으로 버를 발생시키는 가공 등을 연구하고 있으나 최종적으 로는 도구·지그에 대해 연구하여 수작업으로 디버링을 실시함과 동시에 육안으로 판정하고 있다.
  눈에는 보이지 않는 작은 버가 문제될 경우에는 현미경 아래에서 작업·판정하고 있다.
  디버링 기계·기기를 사용하는 공법으로서 전기 적, 화학적, 연마·열·매개체·높은 수압·브러 시·진동 방법 등 다양한 공법이 있다.
  그러나 다품종 소량생산, 고정밀도·미세 부품 분야에서는 적용하기가 힘든 부품도 많다. 그 주된 이유는 기술적·품질적 측면과 비용적 측면에서 오는 과제(<그림 1>의 과제 특성 참조)를 해소하기가 어렵기 때문이다.
  수량이 많으면 디버링 공법과 판정 검사 기기를 조합한 전용기를 제작·적용하는 점이라든가 자동화 전용 라인에 편성하여 사용하는 방법 등도 가능하나 소량 생산·일품 생산에서는 비용 측면의 이점을 찾을 수가 없다. 기계·기기에 의한 공법을 적용하면 우선은 디버링을 할 수 있을 지의 여부이 겠지만 최종 판단에 가서는 비용 문제가 걸리게 된다.
  주로 다품종 소량 생산형 기업에서 실시하고 있는 디버링 가공의 현황과 대응방안을 알아본다.
1. 항공·우주 부품가공 기업의 사례
항공·우주기기, 선박용 부품의 생산 형태는 전형적인 다품종 소량 생산형이다. 부품 형상<그림 2>은 복잡하고 피삭 재질로는 인코넬·티탄·스테인리스재 등의 난삭재가 많다. 당연히 허리심이 강한 버가 발생하고 가공이 진행됨에 따라 버가 발생하는 정도도 증가한다.
  전임 작업자가 독자적으로 연구한 공구를 사용하여 중간 공정과 최종 공정에서 디버링 가공을 하고 있다. 공구상자 서랍을 열고 보여준 것은 수백 종류에 달하는 각종 디버링 공구<그림 3>이다. 스크레이퍼, 줄(File), 챔퍼링 공구, 드릴 등 다양한 형상을 가진 공구이다.
  각각의 공구에는 대나무 자루가 달려 있다. 손에 쥐어 보았는데 대나무의 마디가 있어 쥐기에 적절한 느낌을 준다. 산을 좋아하는 작업 담당자가 대나무를 가져 와서 제작한 공구이다. 한 손에 부품을 들고 디버링 공구를 구사해서 작업한다. 「적당한 탄력이 있기 때문에 디버링 공구를 끼워 넣어도 갈라지지 않는다」는 이점도 있다. 코일 스프링의 선단에 드릴부 선단을 장착하면 자유 자재성이 있어 경사면·심공(深孔) 부의 버를 제거하는 공구도 있다.
2. 치과 의료기기 메이커의 사례
구강안과 같이 좁은 스페이스에서 치아를 치료하는 기기(핸드 피스)의 기구 부품 재질은 스테인리스재이다<그림 4>.
 
 2.1 버 억제 공구의 사용과 손가공 디버링에 대한 연구
  사진 우측 상단의 사각 부품은 교차(Cross) 구멍이 많은 가공 사례이다. 이 부품의 플랫 가공 부는 버가 불가함을 지시한 부품으로 전용 공구를 사용해서 R챔퍼링을 실시하고 있다. 2단·다단 구멍가공은 가공의 효율화와 단(段) 부분의 버를 억제하기 위해 단붙이 복합 드릴<그림 5>을 사용하고 있다.
  정면에 있는 부품은 상처·타격 흔적이 불가한 부품이다. 주축 이동형 복합 NC 선반에서 가공하고 있다. 피어싱 개소가 많고 0.8mm~35mm인 심공 가공이 있으며 외경(外徑) 방향으로부터의 구멍과는 교차 구멍으로 되어 있다. 드릴을 사용하여 손가공으로 두 방향에서 디버링을 실시하고 있다. 가장 확실한 방법으로 이 방법을 적용했다. 그 외에 빠져나가는 구멍 부분에서 표면과 이면의 버는 챔퍼링 드릴을 사용하여 기계상에서 버를 제거한다.
 
 2.2 캡을 씌우고 브로치 리머를 사용한 디버링
  <그림 4>의 정면에서부터 2·3·4번째 부품은 모두 슬리팅(폭=0.2~0.3mm) 가공이 있는 부품이다.
  정면에서부터 2번째 부품<그림 6>의 내경은 8mm로 비교적 크기 때문에 핸드 그라인더로 디버링을 하거나 선단이 V자형인 스크레이퍼형 공구로도 버를 떼어낼 수 있으나 슬리팅부를 겨냥한 가공으로 되기 때문에 끈기와 숙련을 요한다.
  브로치를 통해 버를 떼어낼 경우 에는 내경과 외경부의 살두께가 얇기 때문에 외경부에 캡을 씌우고 넓어짐을 억제하여 디버링 가공을 한다. 이 방법에서는 브로치에 부착하는 칩을 제거하면서 작업한다. 왜냐 하면 칩으로 인한 내면의 상처 발생을 막기 위함이다.
  정면에서부터 3번째 부품의 재질은 SUS440C재이다. 외경=3mm, 내경 =2.5mm, 길이=20mm이고 양끝이 경사 면으로 된 파이프 형상의 부품에 양끝에 서부터 길이 15mm, 폭 0.2mm로 슬리팅(한 쪽 3개)한 부품이다. 0.2mm의 초경 슬리팅 밀링 커터로 홈가공을 실시한다.
  언더컷 방법으로 바깥쪽에 버를 내고 싶지만 절삭성이 떨어지면 안쪽에도 버가 끈질기게 나온다.
  언더컷에서는 절삭저항이 증가하여 밀링 커터가 파손되기 쉽다. 난삭재에서는 그러한 경향이 강해진다. 안쪽에 버를 내고 싶지 않으나 밀링 커터가 파손되는 것을 막기 위해 하향 절삭으로 안정적인 절삭 조건을 적용했다.
  안쪽에 나온 버를 떼어낼 때는 외경부에 캡을 씌우고 스파이럴 리머를 통해 디버링을 실시한다. 범용 소형 선반을 사용 하는 가공으로, 작업자가 버 제거 상태를 확인하면서 실시하는 작업이다.
3. 그 외의 사례
3.1 미세 부품 가공 메이커에서 실시하는 피어싱 가공의 경우
  미세 부품 가공 메이커에서 재질 =SUS304, 두께=0.3mm인 플레이트에 50~100㎛인 구멍가공(피어싱 수=수백 개)을 실시하였다. 센터 가공 후에 초경 트위스트 드릴로 구멍을 뚫는다.
  가공기는 소형 머시닝센터(수축 끼워맞춤 방식, 주축 회전수=Max.30000min -1 )이다. 가공상의 문제는 육안이나 루페로는 확인할 수 없는 버가 발생한다는 점이다. 맨처음 피어싱 가공을 할 때(신품 드릴 사용) 뽑히는 버는 2~3㎛ 정도이나 100개의 구멍을 넘으면 10~15㎛로 단번에 버가 커진다<그림 7>. 버의 발생을 막기 위한 방법으로는 뒤붙임 판(Backing plate)을 고정하고 ‘동시 가공’을 하고 있는데 「마이크론대의 버는 남아 버리기」 때문에 현미경을 들여다보면서 수작업으로 디버링을 하고 있다. 디버링 공구로는 미세 센터 드릴이나 오일 스톤을 사용한다. 끈기와 숙련을 요하는 작업이다.
  난삭재·미세 구멍가공에서 버 허용 사양이 ‘100배 정도의 현미경 아래에서 확인되지 않을것’ 등 미세한 버가 불가할 경우 절삭가공에서는 불가능하기 때문에 공법 전환(미세 피어싱 방전가공)을 할 필요가 있다. 가공시간 면에서는 절삭가공 쪽이 유리하나 버의 발생과 성장을 억제한다는 점에서는 방전가공보다 떨어진다. 미세 부품 절삭가공시의 ‘미세 디버링’ 공법에 대한 확립이 요망 되는 바이다.
 
 3.2 유사 형상의 부품·반복(Repeat)품생산의 경우
  밸브 등 유사 형상품으로, 수량이 약간 많고 반복성이 있는 물품을 생산하고 있는 기업에서는 독자적으로 고안한 반자동·자동형 디버링 기기를 사용하고 있다. 수평 구멍 드릴 가공에서 발생한 내면 디버링에서는 숫돌붙이 나일론 브러시를 사용한 전용기로 디버링을 실시하고 있다. 그 외에도 간단한 틀을 만들어 소형 모터를 세트하고 브러시를 상시 회전 상태로 해두어 기계가 공을 하는 틈틈이 기계가공 숙련자가 수작 업으로 버를 떼어낸다<그림 8>. 가공기 옆에 호닝머신이나 태핑센터를 배치하고 내면 다듬질과 디버링을 겸한 가공을 실시하고 있다.
  작업자가 일품(一品)씩 실시하는 디버링 작업은 “버가 제거된 정도에 대한 확인, 최종 품질 판정”을 동시에 실시하는 완결형 작업이다. 이 작업의 특징은 기계·기기에 의한 버 제거 가공보다 우수하다는 점이다.
  일손을 요하는 작업을 없애고자 하는 기업은 많지만 버만 제거하고 목표를 달성했다 고는 말할 수 없다. 왜냐하면 인간의 손을 개재하여 버를 제거하는 방법은 원시적· 기본적인 방법이기는 하나 버 제거라는 한요소의 작업만 하는 것이 아니라 버 허용량에 대한 판정, 기타 부위의 상처·타흔, 가공 표면(절단면 거칠기, 칩 얽힘으로 인한 상처 발생 등)의 상황 등을 두루 관찰하기 때문이다. 그러한 상황 관찰과 판단은 가공 공정으로 피드백 해도 좋다.
  디버링 작업은 부수적인 업무가 아니라 중요한 작업이다. 이 작업 공정은 가치가 부가된 최종 공정에 가까운 곳에서 이루어 지는 일이 많은데 여기서 불량이 생기면 큰손실을 초래한다. 버 제거 전용기에 의한 디버링을 생각할 경우에는 버 제거 속도 이상으로 완성 부품 전체에 손상·결손을 주지 않는 것이 중요하다.
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