연삭가공은 숫돌이 고속으로 회전하면서 원하는 모양과 치수에 맞도록 물체의 표면을 정밀하고 매끈하게 다듬질하는 가공법이다. 연삭가공으로 다듬질하면 치수가 매우 정밀하고 다듬질면이 깨끗해진다. 또한 열처리에 의해 표면 경도가 단단한 재질도 다듬질할 수 있다. 연삭가공의 종류에는 축을 다듬질하는 원통연삭, 구멍의 안쪽을 다듬질하는 내면연삭, 평면과 경사면을 다듬질하는 평면연삭, 숫돌의 모양을 변형하여 원하는 형상으로 부품을 정밀 가공하는 성형연삭이 있다.
구성 요소
연삭가공에서 연삭기의 성능도 중요하지만 올바른 숫돌의 선정 또한 중요하다. 연삭 숫돌은 연삭 입자, 결합제, 기공의 3가지 구성 요소로 이루어져 있다.
결합제는 연삭 입자를 단단하게 결합시켜 숫돌의 형태를 유지하는 역할을 하는 접착제이다. 주로 점토 재질의 비트리파이드(기호 V)가 많이 사용된다. 기공은 연삭 입자와 결합제를 제외한 나머지 체적에 분포되어 있는 미세한 틈새이다. 기공은 연삭가공할 때 발생하는 칩의 배출구 역할을 수행하며 가공 온도를 억제하는 부가 기능을 동반한다.
연삭 입자
연삭 숫돌은 연삭 입자에 따라 재래식 연삭 숫돌과 초연마재 연삭 숫돌로 구별된다. 재래식 연삭 숫돌은 연삭 입자로 산화알루미늄(Al2O3)과 탄화규소(SiC)를 사용한 것이고, 초연마재 연삭 숫돌은 다이아몬드와 CBN(Cubic Boron Nitride, 입방정계 질화붕소)을 사용한 것이다.
다이아몬드는 지구상에 존재하는 물질 가운데 가장 경도가 높기 때문에 연삭성이 뛰어나 세라믹, 유리 등 고경도 재료의 연삭에 효과적이다. 그러나 철계 재료를 연삭가공할 때 흑연화 현상과 탄소확산 현상 때문에 마모가 심하게 발생하므로 철계 재료의 연삭에는 적합하지 않다.
다이아몬드의 약점을 보완하기 위해 개발된 것이 CBN이다. CBN은 다이아몬드와 유사한 결정구조를 갖고 있는 인공 물질이다. CBN은 높은 경도를 가지고 있는데 다이아몬드와 같은 흑연화가 발생하지 않아 철계 재료의 연삭에 효율적으로 사용되고 있다.
재래식 연삭 숫돌은 숫돌 전체를 연삭 입자로 만들지만 초연마재 연삭 숫돌은 몸체 부분을 금속으로 만들고 연삭날 부분만 초연마재 입자를 사용하여 제작한다. 초연마재 연삭 숫돌은 재래식 연삭 숫돌보다 경도가 월등히 뛰어나다. 초연마재 숫돌은 크랙이 발생하기 쉬운 취성 재료에 대해 연성 모드로 연삭이 가능하여 정밀도 높은 가공 표면을 얻을 수 있다. 초정밀 IT 제품 종류가 다양해지고 물량이 확대되고 있는 산업 구조에서 연삭 역할은 커지고 있으며 초연마재 숫돌의 기능은 중요한 비중을 차지하고 있다.
불량
연삭가공에서 눈메움(Loading)이란 기공이 이물질로 메워져 칩을 처리하지 못하게 되는 현상으로 연삭 성능을 떨어뜨린다. 눈메움의 발생 원인은 다음과 같다.]
- 연한 금속을 연삭가공하는 경우
- 숫돌의 원주 속도가 느린 경우
- 연삭 입자 크기가 너무 작고 조직이 치밀한 경우
- 연삭 깊이가 너무 깊은 경우
무딤(Glazing)은 연삭 입자가 마모되어 예리하지 못할 때 탈락하지 않고 둔화된 상태가 되어 가공 품질을 떨어뜨리는 현상을 말한다. 무딤의 발생 원인은 다음과 같다.
- 연삭입자의 결합도가 너무 강한 경우
- 숫돌의 원주 속도가 너무 빠른 경우
- 가공물 재질과 숫돌 재질이 적합하지 않은 경우
표기
연삭 숫돌의 표기법은 다음과 같다.
입자종류-입도-결합도-조직-결합제-바깥지름X두께X구멍지름
예시) WA-60-K-5-V-300X25X100
입도는 연삭 입자의 크기를 나타내는 것으로 그물망 번호로 표시하며 숫자가 클수록 입자 크기가 작은 것을 의미한다. 결합도는 연삭 입자가 얼마나 단단하게 결합되어 있는지 나타내는 강도로 A에서 Z까지의 기호로 나타낸다. 결합도가 높은 숫돌은 입자 탈락이 잘 일어나지 않는다. 조직은 연삭 입자의 밀도이다. 0부터 12까지의 숫자로 표기하며 숫자가 낮을수록 치밀한 조직을 의미한다.
연삭가공하는 동안 공작물과의 반복된 접촉으로 숫돌의 질이 균일하지 못하거나 모양이 변하게 되는데 정확한 형상으로 바르게 고치는 작업을 툴링이라 한다. 드레싱은 숫돌 표면을 재정형하거나 칩을 제거하는 작업이다.