구멍 가공을 위한 5가지 필수 방법: 완벽한 가이드

외부 원통형 표면 가공에 비해 홀 가공 조건이 훨씬 열악하여 외부 원통형 가공보다 홀 가공이 더 까다롭습니다. 그 이유는 다음과 같습니다:

1) 구멍 가공을 위한 공구 크기는 구멍의 치수에 의해 제한되어 강성이 약해져 쉽게 구부러짐, 변형 및 진동이 발생할 수 있습니다.

2) 고정된 크기의 공구를 사용하여 구멍을 가공할 때, 가공된 구멍의 크기는 종종 공구의 크기에 직접적으로 의존합니다. 공구의 제조 오류나 마모는 가공된 구멍의 정밀도에 직접적인 영향을 미칩니다.

3) 홀 가공 시 절삭 영역이 공작물 내부에 있어 칩 제거 및 방열 조건이 좋지 않아 가공 정확도 및 표면 품질을 제어하기가 어렵습니다.

1. 드릴링 및 리밍

(1) 드릴링

드릴링 드릴링은 일반적으로 드릴링 직경이 80mm 미만인 단단한 재료에 구멍을 뚫는 기본 작업입니다. 드릴링에는 드릴 비트의 회전과 공작물의 회전이라는 두 가지 방법이 있습니다.

이러한 방법에서 발생하는 오류는 서로 다릅니다.

드릴 비트 회전 방식에서는 직경은 본질적으로 변하지 않지만 드릴 비트의 비대칭 절삭날과 불충분한 강성으로 인해 구멍의 중심축이 어긋나거나 정렬이 잘못될 수 있습니다.

반대로 공작물 회전 방식을 사용하면 드릴의 정렬이 잘못되면 직경이 변경되지만 구멍의 중심 축은 직선을 유지합니다.

일반적인 드릴링 도구로는 트위스트 드릴, 센터 드릴, 심공 드릴 등이 있습니다. 가장 자주 사용되는 도구는 트위스트 드릴직경 사양은 Φ0.1-80mm입니다.

드릴 비트는 설계상의 한계로 인해 굽힘 및 비틀림 강성이 낮습니다. 센터링이 제대로 되지 않아 드릴링의 정밀도는 보통 IT13~IT11 이내입니다.

그리고 표면 거칠기 도 일반적으로 Ra 50~12.5μm로 비교적 높습니다. 드릴링은 주로 볼트 구멍, 나사산 바닥 구멍, 오일 구멍과 같이 품질 요구 사항이 낮은 구멍에 사용됩니다.

더 높은 정밀도와 표면 품질이 요구되는 구멍의 경우 리밍, 보링 또는 연삭과 같은 후속 작업을 적용해야 합니다.

(2) 리밍

리밍은 이미 드릴링, 주조 또는 단조된 구멍을 추가로 가공하여 직경을 확대하고 가공 품질을 개선하는 데 사용됩니다.

정밀 홀 가공을 위한 사전 가공 단계 또는 요구 사항이 낮은 홀의 최종 공정으로 사용할 수 있습니다. 리머는 트위스트 드릴과 비슷하지만 톱니가 더 많고 교차 절삭 모서리가 없습니다.

드릴링과 비교하여 리밍은 다음과 같은 특징이 있습니다:

1) 리머에는 여러 개의 톱니(3~8개)가 있어 더 나은 안내와 안정적인 절단을 보장합니다.

2) 교차 절단 모서리가 없는 리머는 더 나은 절단 조건을 제공합니다.

3) 가공 공차가 작기 때문에 칩 홈이 더 얕아지고 리머의 코어가 더 두꺼워져 강도와 강성이 높아질 수 있습니다.

리밍의 정밀도는 일반적으로 IT11~IT10 사이이며, 표면 거칠기는 Ra 12.5~6.3μm입니다. 리밍은 직경이 30mm 미만인 구멍에 주로 사용됩니다.

직경이 큰 구멍(D ≥30mm)의 경우, 처음에는 작은 드릴(구멍 직경의 0.5-0.7배)을 사용한 다음 해당 리머를 사용하여 가공 품질과 효율성을 개선합니다.

원통형 구멍 외에도 특수 리머를 사용하여 카운터싱크 구멍과 평평한 끝면을 가공할 수 있습니다. 일반적으로 안내를 위해 미리 가공된 구멍을 사용하는 가이드 컬럼이 있습니다.

2. 지루함

보링은 구멍을 뚫는 정밀 가공 방법 중 하나이며 제조 분야에서 널리 적용됩니다.

작은 구멍의 경우 내부 원통형 연삭 및 미세 보링에 비해 리밍이 더 경제적이고 실용적인 방법입니다.

(1) 보링 도구

보링 공구는 일반적으로 수동식과 기계식 두 가지 유형이 있습니다. 수동식 공구는 손잡이가 직선형이고 작업 부분이 길어 더 나은 안내를 제공합니다. 기계 작동식 공구는 손잡이 또는 소켓 디자인으로 제공됩니다. 보링 공구는 원통형 및 테이퍼형 구멍을 모두 가공할 수 있습니다.

(2) 보링 프로세스 및 애플리케이션

보링에 남는 소재의 양은 보링 품질에 큰 영향을 미칩니다. 재료가 너무 많으면 공구 부하와 마모가 증가하여 표면 마감과 치수 공차가 나빠집니다.

재료가 너무 적으면 이전 작업에서 공구 자국이 제거되지 않아 구멍 품질을 개선하지 못합니다.

일반적으로 거친 보링에는 0.35~0.15mm의 여유가 필요하고, 미세 보링에는 0.15~0.05mm의 여유가 필요합니다.

칩 축적을 방지하기 위해 보링은 일반적으로 낮은 절삭 속도를 사용합니다(강철 및 주철에 작업하는 고속 강철 공구의 경우, v<8m/min).

이송 속도는 구멍 직경에 따라 달라지며, 구멍이 클수록 더 높은 이송 속도가 필요하며 일반적으로 강철 및 주철의 고속 강철 공구의 경우 0.3~1mm/r 사이입니다.

적절한 절삭유 는 칩 축적을 방지하고 적시에 칩을 제거할 수 있도록 냉각, 윤활 및 칩 제거를 위해 보링 작업 시 필수적입니다.

리밍은 연삭 및 정밀 보링에 비해 생산 속도가 빠르고 정밀 유지보수가 용이합니다.

그러나 리밍은 구멍 축의 위치 오류를 수정할 수 없으며, 이는 이전 작업에서 확인해야 합니다. 리밍은 계단식 구멍과 막힌 구멍에는 적합하지 않습니다.

리밍 구멍의 정밀도는 일반적으로 IT9~IT7 사이이며 표면 거칠기는 Ra 3.2~0.8μm입니다.

IT7과 같이 더 높은 정밀도가 필요한 중간 크기의 구멍의 경우 드릴-램보어 시퀀스가 일반적인 제조 방식입니다.

3. 트레패닝

트레패닝은 사전 제작된 구멍을 확대하는 가공 방법입니다. 절단 도구. 이 작업은 트레패닝 기계와 선반 모두에서 수행할 수 있습니다.

1. 트레패닝 방법

트레패닝에는 세 가지 방법이 있습니다.

1) 공구가 선형적으로 전진하는 동안 공작물이 회전합니다. 이 방법은 주로 선반에서 사용됩니다.

이 방법의 특징은 가공된 구멍의 중심선이 공작물의 회전축과 정렬된다는 점입니다.

그리고 원형 구멍의 오차는 주로 선반의 주 스핀들 회전 정확도에 따라 달라지며, 축 방향 기하 오차는 공작물의 회전축에 대한 공구 이송 방향의 정밀도에 영향을 받습니다.

이 방법은 외부 표면과 동심도가 필요한 구멍을 가공하는 데 이상적입니다.

2) 공작물이 선형적으로 전진하는 동안 공구가 회전합니다. 트레패닝 기계의 스핀들이 공구 회전을 구동하고 작업 테이블이 공작물을 앞으로 이동시킵니다.

3) 도구가 동시에 회전하고 전진합니다. 이 방법에서는 트레패닝 바의 오버행 길이가 변경되어 바에 가변적인 힘과 변형이 발생합니다. 스핀들 박스 근처의 구멍 직경이 멀리 떨어진 곳보다 커서 구멍이 가늘어집니다.

또한 오버행 길이가 증가함에 따라 스핀들의 무게로 인한 굽힘 변형도 증가하여 가공된 홀의 축이 구부러지는 원인이 됩니다. 이 방법은 더 짧은 홀에만 적합합니다.

2. 다이아몬드 트레패닝

다이아몬드 트레패닝은 일반 트레패닝에 비해 백 커팅이 적고, 이송 속도가 작으며, 커팅 속도가 빠른 것이 특징입니다.

높은 가공 정확도(IT7~IT6)와 매우 매끄러운 표면 조도(Ra 0.4~0.05μm)를 얻을 수 있습니다. 초기에는 다이아몬드 공구를 사용하여 다이아몬드 트레패닝을 수행했지만 현재는 텅스텐 카바이드, CBN 및 합성 다이아몬드 공구가 일반적으로 사용됩니다.

주로 비철금속에 사용되지만 주철과 강철에도 사용할 수 있습니다.

다이아몬드 트레패닝의 표준 절단 매개변수는 다음과 같습니다:

• 사전 프리패닝을 위한 뒷면 절단: 0.2~0.6mm,
• 최종 트레패닝: 0.1mm;
• 이송 속도: 0.01 ~ 0.14mm/rev;
• 절단 속도: 주철의 경우 100~250m/min, 강철의 경우 150~300m/min, 비철금속의 경우 300~2000m/min입니다.

다이아몬드 트레패닝에서 높은 정밀도와 표면 품질을 보장하려면 기계(다이아몬드 트레패닝 기계)의 기하학적 정확도와 강성이 높아야 합니다.

메인 스핀들 베어링은 일반적으로 정밀 앵귤러 콘택트 볼 베어링 또는 정수압 슬라이딩 베어링을 사용하며 고속 회전 부품의 균형을 정밀하게 맞춰야 합니다.

또한 이송 메커니즘은 작업대의 안정적인 저속 이송 이동을 보장하기 위해 매우 원활하게 작동해야 합니다.

다이아몬드 트레패닝은 뛰어난 가공 품질과 생산성을 제공합니다. 엔진 실린더 구멍, 피스톤 핀홀, 공작 기계 주축의 메인 스핀들 구멍 등 대량 생산에서 정밀 구멍의 최종 가공에 광범위하게 사용됩니다.

그러나 다이아몬드 트레패닝으로 철 금속 제품을 가공할 때는 텅스텐 카바이드 또는 CBN으로 만든 공구만 사용해야 한다는 점에 유의할 필요가 있습니다.

다이아몬드 공구는 다이아몬드와 철 원소의 탄소 원자 간의 높은 친화력으로 인해 공구 수명이 단축되므로 부적합합니다.

3. 트레패닝 도구

트레패닝 도구는 단날 도구와 양날 도구로 분류할 수 있습니다.

4. 트레패닝의 특징과 활용

드릴링-확장-리밍 공정에 비해 트레패닝은 공구 크기에 제한을 받지 않습니다. 오류를 수정하는 강력한 기능이 있어 여러 번의 공구 패스를 통해 초기 구멍 정렬 불량을 조정할 수 있습니다.

또한 기준 표면에 대한 높은 위치 정확도를 유지합니다.

외경 선삭과 비교할 때, 트레패닝은 공구 시스템의 강성 감소, 더 큰 변형, 부적절한 냉각 및 칩 제거 조건, 공작물과 공구 모두의 심각한 열 변형과 같은 문제에 직면합니다. 그 결과 외경 선삭보다 트레패닝의 가공 품질과 생산성이 떨어집니다.

위의 분석을 통해 트레패닝은 다양한 홀 크기와 정밀 재종을 가공할 수 있는 광범위한 가공 범위를 제공한다는 것을 알 수 있습니다.

높은 치수 및 위치 정확도가 필요한 대구경 구멍의 경우, 트레패닝이 유일한 가공 옵션인 경우가 많습니다.

가공 정확도 범위는 IT9에서 IT7까지입니다. 트레패닝 머신, 선반, 밀링 머신 및 기타 공작 기계에서 트레패닝을 수행할 수 있어 생산 분야에서 다용도로 광범위하게 사용할 수 있습니다.

대량 생산에서는 효율성을 높이기 위해 트레패닝 템플릿을 사용하는 경우가 많습니다.

4. 연마

(1) 연마 및 연마 헤드의 원리

호닝은 연마 스틱(숫돌)이 장착된 호닝 헤드를 사용하여 구멍을 매끄럽게 만드는 마무리 공정입니다.

호닝 중에는 기계의 메인 스핀들에 의해 구동되는 호닝 헤드가 선형 방식으로 회전하고 왕복하는 동안 공작물은 고정된 상태로 유지됩니다.

연삭 스틱은 공작물 표면에 압력을 가해 매우 얇은 재료 층을 제거하여 교차하는 크로스해치 패턴을 생성합니다.

연마 그릿의 반복적인 추적을 방지하려면 호닝 헤드 회전의 분당 회전 수와 왕복 회전 수가 일치해야 합니다.

크로스해치 패턴의 각도는 호닝 헤드의 왕복 속도 및 원주 속도와 관련이 있습니다. 이 각도의 크기는 호닝 품질과 효율성에 영향을 미칩니다.

일반적으로 거친 호닝에는 더 거친 각도를 사용하고 마무리 호닝에는 더 미세한 각도를 사용합니다. 파손된 연마재와 칩을 쉽게 제거하고, 절삭 온도를 낮추고, 가공 품질을 높이려면 호닝 중에 충분한 절삭유를 사용해야 합니다.

구멍의 벽을 균일하게 연마하려면 연마 스틱이 구멍의 양쪽 끝을 어느 정도 넘어가야 합니다.

균일한 호닝을 보장하고 스핀들 회전 오류가 가공 정확도에 미치는 영향을 최소화하기 위해 대부분의 호닝 헤드는 메인 스핀들에 플로팅 방식으로 연결됩니다.

호닝 헤드의 연삭 스틱의 방사형 확장 조정에는 수동, 공압 및 유압과 같은 다양한 구조가 채택되었습니다.

(2) 호닝의 기술적 특징 및 적용 범위

1) 호닝은 높은 치수 및 기하학적 정확도를 달성합니다. 가공 정확도 범위는 IT7에서 IT6까지입니다. 홀의 진원도 및 원통도 오차는 좁은 범위 내에서 제어할 수 있습니다. 그러나 호닝은 가공된 홀의 위치 정확도를 향상시키지 않습니다.

2) 호닝은 0.2~0.25μm의 표면 거칠기 Ra와 2.5~25μm의 매우 최소한의 변경된 금속층 깊이로 우수한 표면 마감을 생성합니다.

3) 연삭 속도에 비해 호닝 헤드의 원주 속도가 높지 않을 수 있습니다(vc=16~60m/min).

그러나 연삭 스틱과 공작물 사이의 넓은 접촉 면적과 상대적으로 높은 왕복 속도(va=8~20m/min)로 인해 호닝은 여전히 높은 생산 속도를 유지합니다.

호닝은 엔진 실린더와 다양한 유압 장치의 정밀한 구멍을 가공하기 위해 대량 생산에 광범위하게 사용됩니다.

일반적으로 [특정 크기] 이상의 직경을 가진 구멍을 처리하며, 길이 대 직경 비율이 10보다 큰 깊은 구멍을 가공할 수 있습니다.

그러나 호닝은 가소성이 큰 비철 금속의 구멍에는 적합하지 않으며, 키홈이나 스플라인 슬롯이 있는 구멍을 가공할 수 없습니다.

5. 브로칭

(1) 브로칭 및 브로치 도구

홀 브로칭은 브로칭 기계에서 특수 설계된 브로치 툴로 실행되는 고생산량 정밀 가공 방법입니다.

브로칭 머신은 수평형과 수직형으로 분류되며, 수평형이 가장 널리 사용됩니다.

브로칭하는 동안 브로치 도구는 저속 선형 이동(기본 동작)을 수행합니다.

일반적으로 브로치 도구는 최소 3개의 작동 톱니가 맞물려 있어야 하며, 그렇지 않으면 불안정하게 작동하여 공작물 표면에 원형 파문이 생길 수 있습니다.

공구가 파손될 수 있는 과도한 브로칭 힘을 방지하려면 일반적으로 동시에 작동하는 톱니의 수가 6~8개를 넘지 않아야 합니다.

브로칭 기법에는 세 가지가 있습니다:

1) 레이어별 브로칭:

이 기술은 공작물의 가공 여유량을 레이어별로 순차적으로 제거합니다. 용이하게 하려면 칩 브레이킹의 경우, 공구 톱니는 서로 맞물리는 칩 파쇄 홈으로 설계되었습니다. 이 기술을 위해 설계된 브로치 공구를 표준 브로치라고 합니다.

2) 세그먼트 브로칭:

이 기술의 특징은 가공 표면의 각 금속 층이 거의 동일한 크기의 엇갈린 톱니 세트(일반적으로 2~3개의 톱니로 구성)로 제거된다는 것입니다. 각 톱니는 금속 층의 일부만 제거합니다. 이 방법을 위해 설계된 브로치를 휠 커팅 브로치라고 합니다.

3) 결합 브로칭:

이 접근 방식은 레이어별 브로칭과 세그먼트 브로칭의 장점을 결합한 방식입니다. 거친 절단 섹션은 세그먼트 브로칭을 사용하고, 미세 절단 섹션은 레이어별 브로칭 기법을 채택합니다. 이렇게 하면 브로치 공구 길이가 짧아져 생산성이 향상될 뿐만 아니라 표면 조도가 향상됩니다. 이 방법을 위해 설계된 브로치를 결합 브로치라고 합니다.

(2) 홀 브로칭의 기술적 특징 및 적용 범위

1) 브로치 툴은 다날로 되어 있어 한 번의 브로칭 스트로크로 황삭 가공, 정삭 가공, 홀 연마를 순차적으로 완료하여 공정 효율이 매우 높습니다.

2) 홀 브로칭 정확도는 브로치 툴의 정밀도에 따라 크게 달라집니다. 표준 조건에서 홀 브로칭 정확도는 IT9 ~ IT7에 도달할 수 있으며 표면 거칠기 Ra는 6.3 ~ 1.6μm 사이일 수 있습니다.

3) 홀 브로칭 중에는 가공되는 홀에 따라 공작물의 위치가 결정됩니다(브로치 툴의 앞부분이 위치 지정 구성 요소 역할을 함). 따라서 구멍과 다른 표면 사이의 위치 정확도를 보장하기가 어렵습니다. 내부 및 외부 원형 표면이 동심도가 필요한 회전 부품의 경우, 일반적으로 브로칭을 먼저 수행한 다음 구멍을 기준으로 다른 표면을 가공합니다.

4) 브로치 도구는 원형 구멍뿐만 아니라 모양 구멍과 스플라인 구멍도 가공할 수 있습니다.

5) 브로치 도구는 고정된 크기의 도구입니다. 복잡한 모양 비용이 비싸서 큰 구멍을 가공하는 데는 적합하지 않습니다.

홀 브로칭은 직경이 Ф10~80mm이고 홀 깊이가 직경의 5배를 넘지 않는 중소형 부품의 관통 홀 가공을 위해 대량 생산에서 자주 사용됩니다.