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연삭휠 연마입자의 연마 작용

연삭휠은 기계 가공에서 없어서는 안 될 도구이며, 그 성능과 상태는 가공 효율과 품질에 막대한 영향을 미칩니다.

연마 과정에서는 연삭휠의 구조, 연마입자의 특성, 연마 형태 및 생성되는 연삭칩의 형상이 가공 조건에 따라 변하며, 이로 인해 절삭 효과 및 공작물의 표면 조도에 영향을 미칩니다.

본 문서는 연삭휠의 다양한 특성과 연마 과정 중의 동적 변화를 심도 있게 다루며, 연마 현상의 본질을 이해하고 가공 파라미터 설정 및 품질 향상에 이론적 근거를 제공합니다. 특히, 연삭휠의 구성, 연마입자의 작용 메커니즘, 연마 상태 및 연삭칩의 형상에 대해 분석합니다.

연삭휠: 연삭휠은 주로 원형 형태를 가지며, 연마기에 장착하기 위한 내경이 설계되어 있습니다. 표준 원형 외에도 평면형, 컵형, 디스크형 등 다양한 형태가 존재합니다.

  • 평면형 연삭휠: 넓은 면적의 평면 연마에 적합합니다.
  • 컵형 연삭휠: 내부 또는 특수 형상의 가공에 주로 사용됩니다.
  • 뾰족형 연삭휠: 정밀한 공작물 가공을 위해 설계되었으며, 좁은 공간에 들어가 연마가 가능합니다.

연마입자: 연마 작업 중 연삭휠 표면에 분포된 각 연마입자는 날카로운 절삭날로 작용하여 공작물에서 미세한 칩을 제거합니다. 연마입자의 형상은 뾰족한 것, 평평한 것 등 다양하게 존재합니다.


절삭 능력: 연마입자의 날카로움은 절삭 능력에 직접적인 영향을 미칩니다. 날카로운 입자는 공작물 재료를 보다 효율적으로 제거할 수 있습니다.

경사각 및 음의 경사각: 연마입자의 경사각은 절삭 중 절삭력 및 칩의 흐름에 영향을 미치며, 음의 경사각을 가진 입자는 절삭 저항을 줄이는 데 도움이 됩니다.

입도: 연마입자의 입도는 공작물 표면의 평활도에 영향을 미칩니다. 일반적으로 입도가 고울수록 더 높은 광택 품질을 얻을 수 있습니다.


일반적으로 연마입자의 절삭날이 공작물에 침투하는 깊이는 약 1μm 이하이며, 절삭날이 접촉하더라도 반드시 연삭칩이 배출되는 것은 아닙니다. 이는 절삭날의 형상, 절입 깊이, 공작물의 특성, 절삭 속도 등에 따라 달라지며, 다음 네 가지 절삭 형태로 구분됩니다:(1)마찰(2)소성 변형(3)파절(4)절삭

마찰
마찰

1. 마찰

특징: 연마입자와 공작물 표면 간의 접촉이 주로 마찰에 의해 이루어지며, 연삭칩의 배출은 매우 제한적입니다.

영향 요인: 절입량이 작고 절삭 속도가 낮을 때, 마찰 형태가 더욱 뚜렷하게 나타납니다.

소성 변형
소성 변형

2. 소성 변형

특징: 공작물 재료가 연마입자의 작용으로 인해 소성 변형을 일으키며, 뚜렷한 연삭칩이 발생하지 않을 수도 있습니다.

영향 요인: 재료의 경도와 인성이 소성 변형의 정도에 영향을 줍니다.

파절형
파절형

3. 파절형

특징: 절삭 과정 중 연마입자에 의해 공작물 재료가 파절되어 작은 조각 형태의 연삭칩이 형성됩니다.

영향 요인: 절입량이 적당할 때 파절형이 더 잘 나타나며, 연마입자의 형상과도 관련이 있습니다.

절삭
절삭

4. 절삭

특징: 연마입자가 날카로운 절삭날로 공작물 재료를 직접 절삭하여, 뚜렷한 연삭칩을 생성합니다.

영향 요인: 절입량이 크고 절삭 속도가 빠를수록 절삭형이 주로 나타나며, 재료를 효과적으로 제거할 수 있습니다.


연마 현상은 연마 조건이 일정하더라도 시간에 따라 항상 동일한 상태를 유지하지 않습니다. 연삭휠의 절삭날은 열적·기계적 부하에 따라 변화하며, 이에 따라 연삭칩의 배출 상태도 달라집니다. 이러한 변화 양상은 다음 네 가지 형태로 구분할 수 있습니다:1. 탈락형 2. 정상형 3. 충전형 4. 평활형

탈락형
탈락형

1.탈락형

탈락형 연마 작업에서는 연마재의 절삭날이 마모되면 연마 저항이 증가하고, 이로 인해 연마재가 다량 탈락하게 됩니다. 이 경우 연마재 입자 간 간격이 커지며, 연삭휠 표면은 거칠게 나타납니다.

  • 연삭칩 형상: 탈락형에서는 연삭칩이 흐름성 또는 전단형의 형태를 띠며, 가공 결과에 영향을 미칩니다.
  • 연마 저항 증가: 연마재가 마모되면서 절삭 효율이 저하되어 연삭 저항이 커집니다.
  • 연마재 대량 탈락: 절삭 과정 중 연마재가 마모로 인해 다량 탈락하며, 전체 가공 성능에 영향을 줍니다.
  • 연마재 입자 간격 증가: 연마재 간 간격이 넓어져 연삭휠 표면이 거칠어집니다.
  • 연삭휠 표면 거칠어짐: 연마재의 마모로 인해 연삭휠 표면이 고르지 않아 가공 난이도가 증가합니다.
  • 가공 정밀도 저하: 절입량만으로는 이상적인 가공 정밀도를 달성하기 어렵습니다.
  • 가공면 거칠기 증가: 연마재의 마모와 연삭휠 표면의 거침으로 인해 최종 가공면이 거칠어집니다.
정상형
정상형

2. 정상형

연마 작업 중 연마재의 절삭날이 무뎌지면 연삭 저항이 증가하지만, 이때 연마재가 쪼개지며 새로운 절삭날이 드러나게 됩니다. 이로 인해 원래의 절삭력을 회복할 수 있으며, 이상적인 연마 효과를 유지할 수 있습니다.

  • 연마 저항: 연삭 저항은 탈락형보다는 크지만, 다른 연삭 형태보다는 낮은 편입니다.
  • 입자 간격이 좁음: 연마재 입자가 촘촘하게 배열되어 있어 절삭 효율을 높이는 데 기여합니다.
  • 연삭칩 형상: 연삭칩이 붙지 않으며, 주로 흐름성 또는 전단형의 형태를 띱니다.
  • 연삭휠 마모: 연삭휠의 마모는 탈락형보다 적어, 수명이 길어집니다.
  • 가공면이 매끄러움: 우수한 표면 품질을 제공합니다.
  • 높은 가공 정밀도: 비교적 높은 수준의 가공 정밀도를 달성할 수 있습니다.
충전형
충전형

3. 충전형

충전형 연마에서는 연삭칩이 연삭휠 표면에 달라붙게 되며, 이는 다른 연마 작업을 방해합니다. 이때 생성되는 연삭칩은 일반적으로 찢김형 또는 용융형의 형태를 띠며, 이러한 칩이 새로운 절삭날처럼 작용해 절삭 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

  • 칩 부착:연삭칩이 연삭 휠 표면에 들러붙어 연마 효율을 저하시킴
  • 칩 형태:찢어진 형태와 융해 형태가 일반적으로 나타나며 절삭 성능을 떨어뜨림
  • 연마 저항 증가:연마 과정 중 저항이 커져 진동이 발생하기 쉬움
  • 가공면 품질 저하:찢김이나 진동 흔적이 생겨 표면의 매끄러움에 악영향
  • 연삭 휠 마모 증가:연삭 휠이 정상형보다 더 많이 마모되어 수명이 단축됨

작은 지식 – 진동 흔적:진동 흔적이란 가공 또는 연마 과정에서 공작물 표면에 미세한 물결무늬나 불규칙한 요철이 발생하는 현상을 말한다. 이러한 현상은 최종 제품의 표면 품질에 영향을 미치며, 경우에 따라 불량 판정을 받을 수 있다.

평활화형
평활화형

4. 평활형

평활화형 연마에서는 연마재가 무뎌져 연마 능력을 상실한 상태가 되어, 연마재 표면이 둥글게 마모되고 연삭 휠 전체가 이에 의해 덮이게 된다. 이러한 현상은 연마 효과에 부정적인 영향을 미친다.

  • 연삭칩 형태:연삭칩은 주로 찢어진 형태 또는 융해된 형태로 나타나며, 가공 품질에 추가적인 영향을 끼침
  • 연마재 둔화:연마재가 절삭 능력을 잃고 둥근 모서리 형태로 변화
  • 전면 피복:연삭 휠 전체 표면이 둔화된 연마재로 덮임
  • 절삭력 저하:연마재의 둔화로 인해 절삭력이 크게 감소
  • 연마 저항 증가:연마 중 저항이 커져 작업 효율에 악영향
  • 발열 증가:연마 저항의 증가로 인해 열 발생량이 동반 증가
  • 진동 흔적 및 그을림:가공 과정에서 진동 흔적이나 표면 그을림이 자주 발생함

연삭휠의 경우, 연마 형태는 입도, 조직, 결합도, 연마재 종류 등에 따라 달라집니다.

1. 충전형 발생 조건

  • 입도가 고울수록
  • 결합도가 단단할수록
  • 조직이 치밀할수록
  • 탄화규소계 연마재 사용 시 ( 파절성이 크다)
  • 절입량, 이송량, 공작물 속도 증가
  • 연삭휠 회전 속도 감소

2. 평활형 발생 조건

  • 입도가 고울수록
  • 결합도가 단단할수록
  • 조직이 치밀할수록
  • 탄화규소계 연마재 사용 시 ( 파절성이 크다)

3. 탈락형 발생 조건

  • 절입량, 이송량, 공작물 속도 증가
  • 연삭휠 회전 속도 감소

유동형
유동형

1. 유동형: 연삭칩이 리본(띠) 형태로 나타나며, 연삭휠의 절삭력이 양호할 때 주로 발생합니다.

전단형
전단형

2.전단형: 절삭력이 좋은 경우 발생하며, 주로 취성 재료를 연마할 때 나타납니다.

찢김형
찢김형

3.찢김형: 연삭칩이 분말 형태로 나타나며, 연삭휠의 절삭력이 부족한 상황에서 발생합니다.

구성 절삭날형
구성 절삭날형

4.구성 절삭날형: 연삭칩이 연삭휠 표면에 점착·누적되어 마치 새로운 절삭날처럼 보이는 구조를 형성합니다. 이는 주로 충전형 연삭휠에서 자주 나타나는 현상입니다.

용융형
용융형

5.용융형: 분말 형태의 연삭칩이 과열되어 튀어나가며 구형 또는 반구형으로 용융되는 현상으로, 주로 절단 연삭 또는 충전형·평활형 연삭휠 사용 시 자주 발생합니다.


연삭휠의 구조, 연마입자의 특성, 연삭 형태 및 생성되는 연삭칩의 형상 등을 종합적으로 고려할 때, 연마 공정의 결과는 입도, 결합도, 조직 밀도, 연마재 종류 및 연삭 파라미터 등 다양한 조건에 의해 결정됩니다.

적절한 파라미터 설정을 통해 연삭휠이 이상적인 상태를 유지하게 되면, 고효율 절삭 및 우수한 표면 품질을 달성할 수 있습니다. 반대로, 설정이 부적절할 경우 충전형이나 평활형과 같은 비정상 상태가 발생하여 가공 효율과 제품 품질에 악영향을 미칠 수 있습니다.

최상의 가공 결과를 얻기 위해서는 소재의 특성과 가공 요구 사항에 따라 관련 파라미터를 유연하게 조정하고, 연삭휠과 연삭칩의 상태 변화를 면밀히 관찰하며 필요 시 드레싱이나 교체를 수행해야 합니다. 이를 통해 안정적이고 고효율의 연마 공정을 지속적으로 유지할 수 있습니다.


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