Home / 기획연재) 절삭가공 따라잡기 / [샌드빅 코로만트와 함께하는 드릴링 공구 따라잡기 ②] 드릴링 이론(하)
3D SYSTEMS eBook 다운로드 하기

[샌드빅 코로만트와 함께하는 드릴링 공구 따라잡기 ②] 드릴링 이론(하)

*본고는 MFG 콘텐츠를 온라인 기사로 재발행한 것입니다.
원본은 MFG(구 Manufacturing) 2012년 9월호 기사를 통해 확인하실 수 있습니다. 

지난 드릴링 기사가 나간 이후 많은 독자들의 문의가 있었다. 가공의 효율성, 가공 깊이, 가공 재질에 따른 공구의 선택… 대부분의 궁금증은 지면을 통해 해결할 수 있도록 기사화할 예정이다. 그런데 왜 유독 드릴링 가공에 대한 질문이 많은걸까? 그건 아마도 드릴링 가공이 다양한 분야에서 사용되기 때문일 것이다. 이번 기사에서는 드릴링 가공의 개요와 재질별 가공 특성과 최적화 드릴, 불규칙한 표면에서의 가공 순서를 다룬다. 홀 가공시 정밀한 결합을 위한 공차를 구현하는 방법도 확인할 수 있다.

드릴링 공구 개요

드릴링 가공은 0.30mm와 최대 110mm의 직경에 사용되는 드릴링 공구와 각 가공 조건에 최적화된 스텝/챔버 드릴링을 사용하여 이루어집니다. 반경 방향을 조절하거나, 보링, 헬리컨 보간, 플런지 드릴링, 트래파닝, 겹판 드릴링 등 다양한 기타 방법을 적용할 수 있으며 깊은 구멍 가공시 공구에 따라최대 15 X Dc(가공 직경의 15배)까지 가공할 수도 있습니다. 다음의 세 가지 요인을 고려하여 최상의 방법과 공구를 선택하여야 합니다.1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_1

  • 일반적인 드릴링(이미지 왼쪽)
    • 필요한 홀 품질과 비용을 최소화하기 위해 각 재종에 적합한 공구를 선택합니다.
    • 일반적으로 구멍 가공 비용이 가장 작은 인서트 교환형 드릴을 사용하나 직경이나 안정성, 깊이를 고려해야 합니다.
  • 불규칙한 표면 및 교차 드릴링(이미지 오른쪽)
    • 드릴링할 표면이 불규칠하면 드릴 절삭날에 불균일한 힘이 과도하게 가해져 조기 마모가 일어날 수 있습니다.
    • 가공 가이드라인을 준수하고 필요한 경우 이송을 줄이는 것이 중요합니다.

1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_2

드릴링 공구의 선택

1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_3

1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_4

솔리드 초경 드릴

  • 기본 선택
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_5
    모든 재질에 적용 가능한 범용 솔리드 초경 드릴
  • 특정 소재에 최적화된 드릴
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_6
    주물(K) – 입자가 강하므로 초경 날의 바깥쪽이 챔퍼 역할을 하도록 함
    알루미늄(N) – 연성이 큰 재질, 버 발생 억제를 위한 예리한 날 모양
    내열강(S) – 비절삭저항이 높기 때문에 마모가 균일하게 일어나도록 날 모양 특화
  • 적용 용도에 최적화된 드릴

    -챔퍼를 가공하기 위한 맞춤 형상의 드릴
    -안정성을 높이기 위한 짧은 길이의 고경도강용 정밀 드릴

  • 스페셜 공구
    용도에 따라 주문 제작할 수 있음

소재 재질별 가공 특성

입자가 큰 재종의 경우 금속 분자의 결합이 약하고 입자가 작으면서 결합이 강한 재종도 있습니다. 재종에 따라 적합한 공구를 선택해야 합니다.

저탄소강(P) 용접 구성품에 종종 사용하는 저탄소강에서는 칩 형성이 까다로울 수 있습니다. 경도가 낮고 탄소와 황의 함량이 적을수록 칩 길이가 길어집니다. 칩 형성에 문제가 있으면 속도를 증가시키고 이송을 감소시킵니다(일반 강의 경우 이송을 증가시킵니다). 고압 및 내부 절삭유 공급 방식을 적용합니다.

오스테나이트 및 듀플렉스 스테인리스강(M) 재질이 단단하기 때문에 칩 배출에 문제가 있을 수 있습니다. 적합한 형상과 재종의 드릴을 사용하고 고압 내부 절삭유 혹은 청정 오일을 사용합니다.

CGI(Compact Graphite Iron) 칩이 잘 끊어지는 편이므로 이송력이 더 높아 공구 수명에 영향을 미칩니다. 내마모성이 뛰어난 재종이 요구되며 문제 발생히 속도를 증가 시키고 이송을 감소시킵니다. 내부 절삭유를 사용합니다.

알루미늄 합금(N) 무른 재질로 버 형성과 칩 배출이 문제가 될 수 있습니다. 날카로운 날이 적용된 공구를 적용하면 버 형성을 최소화할 수 있으며 저이송과 고속이 추천됩니다. MQL 가공이 유효합니다.

티타늄 및 내열합금(S) 이송력으로 인해 벽이 얇은 구성품이 편향됩니다. 후속 작업에 영향을 미치는 구멍 표면 가공 시 경화가 발생합니다. 이송력을 최소화하고 칩 형성을 개선할 수 있는 형상을 선택하여 적용하고 최대 70바의 고압 절삭유를 적용합니다.

고경도강(H) 경도가 높은 소재이므로 원주 코너에서 노치 마모가 발생할 수 있습니다. 내마모성을 높이기 위한 형상을 선택할 수 있으며 혼합비가 높은 절삭유, 청정오일을 사용하여 공구 수명을 개선합니다. 최재한 짧은 드릴을 사용하여 토크 강도를 높입니다.

  • 드릴가공 포인트 1
  • 드릴가공 포인트 2

칩 컨트롤

칩의 형성과 배출이 드릴링에서 가장 중요한 요소이며 홀 품질과 정밀도를 결정합니다. 가공시 소리가 일관되면 칩 배출이 우수한 것이지만 소리가 끊어지면 칩이 걸린 것입니다. 홀과 칩의 상태를 확인해 대처해야 합니다.

인서트 교환형 드릴의 칩 형상
인서트 교환형 드릴의 칩 형상
솔리드형 드릴의 칩 형상
솔리드형 드릴의 칩 형상

 

절삭유 사용

절삭유 공급은 드릴링에 필수적입니다. 절삭유의 냉각과 윤활에 의해 우수한 칩 배출 효과와 홀 품질, 공구 수명의 증가 효과를 볼 수 있습니다. 절삭 깊이나 소재, 가공 속도에 따라 급유 방식을 선택할 수 있으며 일반적으로 깊은 홀 가공 (직경의 4, 5배 이상)에는 내부 절삭유가 칩 형성이 양호하고 깊이가 얕을 때는 외부 절삭유가 사용됩니다. 칩 배출이 유리하고 짧은 칩 소재의 경우 건식 드릴링이 사용되기도 하지만 공구 수명에 부정적 영향을 주며 최근 고속 가공에서는 오일 미스트를 사용하기도 합니다. MQL 가공이라고 불리는 오일 미스트 사용은 환경성과 경제성 측면에서 친환경적인 공법으로 평가되고 있습니다.

 

적용 방법

홀의 크기가 기준보다 크거나 작을 때는 드릴이 회전 중심을 벗어났기 때문인 경우가 많습니다. 일반적으로 드릴을 180° 회전시키면 문제가 해 결되기도 하지만 정확한 홀 가공을 위해서는 드릴의 중심 축과 회전 축이 평행을 이루도록 합니다.(혹은 의도적으로 반경방향을 조정하여 원하는 공차의 홀을 가공할 수 있습니다.)

  • 조정식 홀더
    회전식 드릴의 정렬1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_11

    • 직경 조정을 0.05mm 단위로 확인할 수 있는 홀더의 조정용 링을 통하여 세팅
    • 반경 방향 조정 범위는 -0.2/+0.7mm를 초과 할 수 없음
    • 홀더 길이의 증가와 절삭날 오프셋으로 가공 부하 불균형이 커지면이송을 감소시킴
  • 편심 슬리브
    회전식 드릴의 편심 슬리브1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_12

    • 더욱 정밀한 홀 공차를 위해 ∓0.3mm에서 드릴 직경을 조절할 수 있음
    • 눈금을 하나 돌릴때마다 직경이 0.1mm 단위로 증가/감소
    • 슬리브를 시계 방향으로 돌리면 직경이 증가, 반시계 방향으로 회전 시 감소
  • 고정식 드릴의 정렬1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_13
    • 장비 중심선과 가공물 사이의 총 런아웃은 0.03mm를 초과해선 안됨
    • 외측 인서트의 상면이 장비의 횡방향 움직임과 나란히 하도록 장비를 장착
  • 다이얼 인디케이터 및 테스트 바1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_14
    • 정렬 불량 혹은 반경 방향 오프셋의 영향으로 기준보다 크거나 작은 홀 생성
    • 정렬 정도를 다이얼 인디케이터와 테스트 바를 사용해 조정

정렬에 영향을 미치는 요소 – 터렛의 휨

1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_15

CNC 선반에서 터렛의 힘은 이송력에 의해 발생할 수 있습니다. 터렛의 휨이 발생할 경우 드릴 바디에 마모가 발생하며 드릴의 런아웃시 가공 마크가 발생할 수 있으므로 드릴 장착시 그림과 같이 외측 인서트 방향을 확인해 세팅하십시오.

1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_16

공구를 다르게 장착해 토크를 최소화 할 수 있는지 확인합니다. 터렛에서도 짧게 물리는 것이 유리합니다. 이송력을 최소화하기 위해 회전당 이송량을 감소시키는 것도 방법입니다.

편평하지 않은 면의 드릴 가공 진입

비평면 표면에 진입할 때 드릴 바디에 휨이 발생할 수 있습니다. 적절한 이송을 통해 방지할 수 있습니다.

  • 불규칙한 표면1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_17

    불규칙하고 거친 표면을 관통하거나 빠져나올 때 치핑 이 일어나지 않도록 정상 비율의 1/4로 이송을 줄임

  • 볼록한 표면
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_18

드릴 중심이 가공물과 먼저 접촉(정상적인 토크). 반경이 드릴 직경의 4배 이상일 경우 수직으로 진입할 시 진 입 속도를 정상 대비 절반으로 이송을 줄임

  • 오목한 표면
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_19오목한 표면의 반경이 구멍 직경보다 작으면 드릴 원 가 먼저 맞물리며(바깥날이 닿으며) 편향이 일어날 수 있으므로 추천 이송의 1/3 수준으로 이송을 줄임
  • 각이 지거나 경사진 표면
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_20

    -드릴 절삭날에 불균일한 힘이 가해져 공구가 마모되고 진동이발생하며형상 왜곡 우려
    -하중이 불균일할 때 길이가 짧은 안정된 드릴을 사용하며 전체 직경이 맞물릴 때까지 이송량은 추천치의 1/3
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_21

    경사도가 5~10도인 가공물은 포인트 각도가 표면과 동일한 짧은 드릴로 센터링 작업 후 작업
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_22

    경사도 10도 이상의 표면은 드릴링이 불가능하나 밀링으로 작업한 뒤 드릴링 가능

  • 비대칭 곡면
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_23

    비대칭 곡면은 드릴 방향을 왜곡함. 진입 시 필요 이송 량의 1/3으로 이송
    *비대칭 곡면의 경우 솔리드형 드릴로 작업 불가

  • 사전 드릴링 구멍
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_24

    중심 인서트와 원주 인서트 간의 절삭력 밸런스가 허용 가능한 수준이 되도록 사전 드릴링 구명이 직경의 1/4 미만이어야 함

  • 교차홀
    1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_25

    공구의 안정성이 매우 중요한 경우 교차홀을 출입할 때 추천 이송의 1/4 수준으로 가공

홀 품질 및 공차

1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_26

홀의 치수는 세 개의 매개 변수로 구분될 수 있습니다.
– 공칭 값(이론적으로 정확한 값)
– 공차 폭(ISO에 따라 지정된 IT)
– 공차 위치(ISO에 따라 대문자로 표기)
※ Dmax – Dmin은 IT로 불리는 공차 폭을 말합니다.

1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_27예를 들어 Ø15.00mm H10은 기준 치수가 되는 공칭 값이 15.00mm이고 최대 직경과 최소 직경의 공차 폭은 0.07mm(ISO에 따른 IT10의 값), 위치는 0에서 시작한다는 말입니다. (ISO에서 H를 뜻하는 것 – 축과 홀의 위치)

1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_28

구멍에 핀을 결합할 때, 용도에 따라서도 헐거운 홀도 있고 꽉 맞춘 홀도 있는데 대부분의 설계도에는 디테일한 공차에 대한 지시가 들어있습니다. ISO 기준은 이를 규격화 해놓은 잣대입니다.

공구를 통해 확보 가능한 홀 공차

가공 환경이나 적용 방법에서의 공차 외에 공구 자체가 가지는 공차도 고려해야 합니다. 드릴 제작시에 발생하는 공차는 기술의 발달로 줄어들고 있긴 하지만 유형별로 확보할 수 있는 공차 정도가 있습니다. 드릴 공차가 홀 공차를 결정하므로 적절한 공구를 선택하여 홀 공차를 만들어야 합니다.

  • 솔리드 초경 및 브레이즈 드릴1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_29
    • 드릴은 ISO에 따라 소문자로 표시된 특정 직경 공차로 연마
    • 솔리드 초경 드릴과 브레이즈 드릴은 홀 공차가 드릴 공차에 매우 근접
  • 인서트 교환형 드릴1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_30
    • 인서트 드릴의 직경 공차는 드릴 바디의 팁 시트 공차와 인서트 공차의 조합
    • 솔리드형 드릴에 비해 정밀도가 떨어짐
    • 조정식 홀더/슬리브 조정을 통해 홀 공차 개선 가능

ISO에 따른 홀 및 축 공차

홀 공차의 위치와 이에 상응하는 축 공차 위치를 다음과 같이 나타냅니다. 베어링의 경우 축과 홀 사이가 헐렁한 러닝핏이 적용되고 완전한 결합을 위해 끼워 맞추는 경우 홀보다 큰 축이 적용되기도 합니다.1209_%ec%83%8c%eb%93%9c%eb%b9%85_31

ISO란 원래 그리스어 ‘ISOS(똑같다. 동등하 다)’에서 유래했으며 스위스 제네바에 위치한 국제표준화기구(International Organization for Standardization)에서 제품과 서비스의 국제적 교환을 쉽게 하기 위해 제정한 국제 표준 규격입니다.

샌드빅 코로만트

샌드빅 코로만트는 선삭 및 밀링, 드릴링 및 머시닝 센터와 복합가공기를 위한 모듈러 시스템을 주력으로 생산하고 있으며, 전세계의 고객에 대한 기술 및 사용 서비스를 위해 60개국의 지사와 30개국에 걸쳐 있는 생산공장 및 19개의 트레이닝 센터를 운영하고 있습니다.

샌드빅 코로만트 생산성 센터로 문의하시면 다양한 절삭 가공 교육의 기회를 만날수 있습니다.(080-092-0909, coromant.korea@sandvik.com)

About admin