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연마의 정의
연마란 무엇일까요? 연마는 ‘공작물의 형상을 손상시키지 않으면서 표면 거칠기를 최대한 줄이는’ 가공 작업이라 할 수 있습니다. 연마는 연마기를 이용한 가공 동작 중 하나입니다. 중국어의 ‘연마기’는 일본에서는 ‘연삭 디스크’ 또는 ‘연마 디스크’이라고도 합니다. 광학 분야에서의 연마 작업은 주로 정밀 연마와 폴리싱으로 나뉘며, 광학 서적에서는 정밀 연마를 사포 연마라 하고, 일부 서적에서는 사포 연마도 넓은 의미의 폴리싱으로 분류하기도 합니다. 공작물 표면의 거칠기를 줄이기 위해 줄, 숫돌, 사포, 광택용 휠, 원반형 연마기 등을 활용할 수 있습니다.
연마 방법
연마 작업에는 버 제거부터 폴리싱까지 다양한 방식이 있습니다. 약 30년 전부터는 초정밀 기계 가공이 실용화되어 다면경이나 비구면을 제작하는 데 활용되고 있습니다. 다이아몬드 공구로 절삭한 제품은 매우 높은 형상 정밀도와 낮은 표면 거칠기를 가지므로 연마가 필요하지 않은 경우도 있습니다.
연마 방법은 다음과 같습니다:
(1) 가열, 롤러 연마, 자기 연마, 쇼트 피닝, 닦기, 버핑 휠 등을 사용한 디버링
(2) 디스크 샌더, 벨트 샌더를 이용한 조연마
(3) 연마제를 매질로 사용하는 방식
(4) 연마 벨트를 이용한 미세 연마
(5) 숫돌 연마: 수작업 및 자동 광택, 회전 및 평면 연마기 포함
(6) 폴리싱 기계 사용
(7) 수작업 연마
연마의 활용
연마의 목적은 공작물에 따라 다릅니다:
(1)사출 성형 금형 및 다이캐스팅 금형의 연마는, 전사되는 성형품에 광학 기능과 광택을 부여하고, 수지의 유동 저항과 이형 저항을 줄이며, 금형의 강성을 높여 녹슬기 어렵게 하여 수명을 연장하는 데 목적이 있습니다.
(2)CD용 스탬퍼 내부의 연마는 두께를 보다 균일하게 하고, 내부의 거칠기를 줄이며, 성형된 디스크 표면의 신호 오류를 감소시키기 위해 수행됩니다.
(3)렌즈 및 반사경은 제품 자체에 광학 기능을 부여하기 위해 연마되며, 때로는 재료 연구를 위해 연마되어 현미경으로 구조를 관찰하고 가공 변질층의 깊이를 파악하기 위한 목적도 있습니다.
연마의 5가지 작용
연마는 공작물 표면의 평활도를 높여 생산 및 사용상의 요구를 충족시킬 수 있습니다.
(1)절삭 파괴 (수많은 미세 연마입자의 작용)
(2)압괴 작용 (폴리싱 도구가 모재 표면 부근에 내부 변형이나 섬유층 미끄러짐을 유발)
(3)용융 작용 (금속이 미세한 범위에서 상당한 고온에 도달하는 경우도 있음)
(4)재결합 작용 (특히 금속 연마 시 두드러지며, 원자 또는 분자를 강하게 결합시킴)
(5)가공 변질층의 형성 (소성 유동으로 인해 연마면이 형성됨)
올바른 연마 방식
연마입자는 반드시 불연속적이어야 합니다. 연마에 사용되는 산화알루미늄이나 다이아몬드 등의 연마입자는 모두 단단한 미세 입자로, 공작물과 불연속적으로 접촉하며 연마를 수행합니다. 연마입자는 이탈 가능해야 하며, 짧은 거리에서 작용 후 과도한 힘이 가해지면 연마 도구 내부로 이탈하여 공작물에 큰 흠집을 남기지 않도록 해야 합니다.
연마 중 마찰열로 인해 공작물이 용융되거나 변형될 수 있으므로, 수성 또는 유성 연마액을 사용하여 윤활해야 합니다. 이는 냉각, 연마입자의 분산, 연마 찌꺼기의 제거, 연마 작용의 완충 등에 효과적입니다.
연마제란?
연마제란 무엇일까요? 연마제는 산화알루미늄, 탄화규소, 다이아몬드, 산화세륨, 적갈색 연마제(적옥), CBN 등의 분말 또는 연마용 재료를 말합니다. 이는 산화알루미늄 분말, 다이아몬드 분말, 연삭휠 등을 포함합니다. 연마 과정에서 연마제가 파괴되거나 마모되어 더 미세한 입자가 되는 특성이 있으며, 이는 공작물을 거울면으로 가공할 때 매우 중요한 성질입니다. 연마제는 단단해야 하지만 잘 부서져야 하며, 작고 돌출되어 있고 입자의 형태와 크기가 균일하며, 공작물과 반응하지 않는 것이 이상적입니다.
일반 금형과 정밀 금형의 차이는 정밀도 요구에 있습니다. 문구류나 전자기기 외장의 일반 금형은 ±0.1~0.05mm의 정밀도로 표면도 비교적 거칩니다. 반면 광학 부품, 기어, 커넥터 등의 소형 정밀 금형은 ±0.05~0.01mm의 정밀도가 요구되며, 표면 거칠기 및 형상 정밀도에 대한 요구가 더욱 엄격합니다.
각종 가공면의 특성
(1)절삭면은 피드 방향의 흔적pick-feed이 발생하기 쉬우며, 표면 거칠기가 크고, 연마 시 기복이 생기기 쉬우나 미세 균열은 비교적 적습니다.
(2)연삭면은 가공 정밀도가 높지만 미세 균열이 발생하기 쉬우며, 광택 표면이 필요할 경우 연삭면에 대해 정연마가 추가로 필요합니다.
(3)방전 가공면은 가공 경화층, 연화층 등이 형성되기 쉬워, 정밀한 형상 가공이 어려운 경우가 많습니다.
(4)정연마면은 평면, 구면, 원형 구멍, 테이퍼 구멍 등의 고정밀 형상 가공에 사용됩니다.
(5)도금면은 경우에 따라 도금면 자체를 직접 연마하거나, 다이아몬드 공구로 미세하게 절삭한 면을 연마하기도 합니다.
미소 제거 가공
외부 힘에 의해 변형되거나 변질된 부분을 변질층이라고 하며, 절삭, 연삭, 열처리 등의 가공 과정에서 발생할 수 있습니다. 이러한 가공 단계에서 형성된 변질층을 가공 변질층이라고 부릅니다. 연마 시 발견되지 않았던 핀홀이나 오렌지 필 무늬가 사용 중에 나타날 수 있으며, 이는 잔류 변질층의 영향일 수 있습니다. 절삭 시 발생한 변질층이 심할 경우, 연삭면 아래에서 밀링 또는 선반 가공 흔적이 다시 나타나는 경우도 있습니다. 이러한 가공 변질층의 형성을 방지하기 위해, 공작물의 표면을 여러 차례에 걸쳐 미소량씩 제거하는 방식으로 가공해야 하며, 이를 미소 제거 가공이라고 합니다.
