기계공작법

8 편 정 밀 입 자 가 공

4 장 superfinishing(교과서 p.596)

superfinishing은 원통면, 평면 또는 구면에 미세한 입자로 된 숫돌을 접촉시키면서 진동을 주는 정밀가공이며, 이것은 치수 변화가 주목적이 아니고 고정도의 표면을 얻는 것이 주목적이다. 연삭에서는 숫돌과 가공면의 접촉면적이 작아서 이송자국이 생기지만 superfinishing에서는 접촉면적이 크고 회전하는 가공물의 축방향으로 진동을 주어 동일 숫돌입자가 같은 자리를 연삭하지 않기 때문에 연삭자국이 거의 없다.

원통 외면의 superfinishing
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[1] 숫돌

(1) 숫돌(砥石) 재료:: 입자로는 일반적으로 Al₂O₃ 및 SiC가 사용되고, 최근에는 CBN 또는 diamond가 사용된다. 결합제로는 vitrified, silicate, resinoid, rubber 등이 사용된다.

(2) 입도(粒度):

입자가 크면 다듬질 능력은 크게 되지만 다듬질면의 조도는 좋지 않게 되며, 입자가 작으면 반대의 결과를 가져온다. 그러나 입자가 작을 때 눈막힘(loading)이 생겨 전가공면이 고루 가공되지 않기 때문에 오히려 좋지 않은 표면 상태를 얻을 수도 있다.다음 표는 가공물에 대한 숫돌의 적당한 입도를 보여 준다.

(3) 결합도(結合度):: 연삭숫돌의 결합도에 비하여 연한 것을 사용하며, 결합도가 크면 새로운 입자의 출현이 힘들고, 너무 무르면 숫돌의 손모가 크고 다듬질면이 거칠다. 가공조건에 따라서 적당한 결합도를 선정하여야 하나 보통 ☞ H ~ M 범위로 한다.

[2] 숫돌의 압력

숫돌의 압력 大小에 따라 숫돌의 손모량, 가공면의 조도, 다듬질량 등이 달라지며, 그림은 이들의 경향을 보여준다. 숫돌의 압력은 honing의 것에 비하여 낮고, 0.2 ~ 2kg/cm²의 범위에 있다.

숫돌 압력의 영향

[3] 공작물의 속도

공작물의 속도가 크면 지립(砥粒)에 작용하는 절삭저항이 작으므로 결합도가 큰 숫돌을 사용하는 것과 같은 효과로서 신생립(新生粒)의 출현이 어렵게 되며 절삭능력이 떨어진다. 반면에 속도가 느리면 다듬질 능률은 크게 되나 가공면이 거칠게 된다. 이상의 것을 고려하여 가공초에는 6 ~ 10m/min의 저속, 마무리에서는 8 ~27m/min으로 하는 것이 좋다. 그림은 공작물의 속도가 조도 및 (숫돌손모량/절삭길이)에 미치는 영향을 보여준다.

공작물속도의 영향

[4] 숫돌의 진동수와 진폭

숫돌의 진동수가 높고 진폭이 작은 것이 특징이며, 공작물의 원주속도와 관련시켜 지립이 동일한 경로를 지나지 않도록 하여야 한다. 다음 그림에서 θ: 흠의 교차각, N: 회전수(rpm), n: 진동수, a: 진폭이라 하면

숫돌의 진동수와 진폭

[5] 공작액(工作液)

절삭작용의 관점에서는 공작액의 점도가 낮아서 숫돌의 세척작용을 잘 하여야 하나, 조도의 관점에서 보면 점도가 커야 한다. 일반적으로 석유가 사용되고, spindle 유 및 기계유를 10 ~ 30% 혼합하여 사용할 때도 있다.

[6] superfinishing 장치

(1) 원통면의 superfinishing 장치:

원통면의 superfinishing은 여러 가지 기계에서 할 수 있으나 그림은 superfinishing 장치를 선반에 설치하여 사용하는 예이다. 장치의 구조는 숫돌에서 오는 하중을 spring으로 지지하고 숫돌을 진동시키도록 되어 있으며, 숫돌을 가공물 원통의 길이 방향으로 425 cycle/min로 진폭 5mm 정도 진동시킨다. 공작물의 원주속도는 15 ~ 18m/min, 숫돌의 압력은 1.5kg/cm² 정도로 하고, 숫돌의 폭은 공작물 지름의 60 ~ 70% 정도로 하며, 길이는 공작물의 것과 같게 하는 것이 보통이다. 가공면의 정밀도는 0.3㎛ 정도이며, 가공시간은 1min 정도면 된다.

선반 또는 원통연삭기상의 superfinishing 장치
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숫돌의 ☞ dressing과 truing은 공작물에 사포(砂布)를 감고 숫돌을 사포에 접촉시켜 숫돌이 원호형(圓弧形)으로 되게 한 후 diamond 공구가 설치된 boring bar에 의하여 숫돌면을 완성한다.

(2) 평면과 구면의 superfinishing 장치:

평면과 구면(球面)의 superfinishing 장치는 그림과 같이 숫돌축과 공작물의 고정축이 상하에서 동시에 회전하도록 되어 있다. 상부의 숫돌은 회전운동과 동시에 진동을 하며, 하부의 공작물 고정축은 회전만을 한다. cup형 숫돌축을 하부의 축에 대하여 평행이 아닌 어떤 각도로 경사시키면 구면의 가공을 할 수 있다.

평면 superfinishing 장치