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1. 개요
2. 드릴링 공정
- 2.1. 드릴링 시 고려 사항
- 2.2. 특수 드릴링
3. 재료별 드릴링
4. 관련 공정
참조

1. 개요

드릴링은 드릴을 사용하여 구멍을 만드는 가공 공정이다. 드릴링으로 생성된 구멍은 드릴 비트의 날카로운 가장자리와 버가 있을 수 있으며, 공작물의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있다. 드릴링 시에는 드릴 비트가 휨되는 경향을 최소화하기 위해 중심 표시나 지그를 사용할 수 있고, 절삭유를 사용하여 냉각 및 칩 배출을 돕는다. 특수한 드릴링 방법으로는 스폿 드릴링, 심공 시추, 건 드릴링, 트레패닝, 마이크로 드릴링, 진동 드릴링, 궤도 드릴링 등이 있다. 재료에 따라 드릴링 방법이 달라지며, 금속 드릴링에는 절삭유, 목재 드릴링에는 특수 비트가 사용된다. 관련 공정으로는 카운터보링, 카운터싱킹, 보링, 마찰 드릴링, 리밍, 스팟 페이싱 등이 있다.

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지도 정보
기본 정보
설명	드릴 비트를 사용하여 작업물에 원형 구멍을 만드는 절삭 공정
방법
드릴	드릴 비트를 회전시켜 구멍을 뚫는 데 사용되는 절삭 도구
특징
생성 형태	원통형 구멍
가공 재료	금속 목재 플라스틱 기타 재료
활용 분야	건설 제조업 가구 제작 기타 분야
관련 용어
드릴링 머신	드릴 작업을 수행하는 기계
드릴 비트	드릴링 작업에 사용되는 절삭 도구
보링	이미 만들어진 구멍을 넓히는 공정
천공 (지반)	지반을 뚫는 과정 (지반 천공)
깊은 구멍 가공	직경에 비해 깊은 구멍을 만드는 것
탭핑	암나사를 만드는 작업

2. 드릴링 공정

드릴로 뚫은 구멍은 입구 쪽의 날카로운 가장자리와 출구 쪽의 버(제거되지 않은 경우)가 있다는 특징이 있다. 또한 구멍 내부에는 일반적으로 나선형 이송 자국이 있다.^[2]

드릴링은 구멍 개구부 주변에 낮은 잔류 응력을 생성하고 새로 형성된 표면에 매우 얇은, 고도로 응력을 받고 교란된 재료층을 생성함으로써 공작물의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있다. 이로 인해 공작물은 응력을 받는 표면에서 부식과 균열 전파에 더 취약해진다. 이러한 해로운 조건을 피하기 위해 마무리 작업을 수행할 수 있다.

플루트가 있는 드릴 비트의 경우, 칩은 플루트를 통해 제거된다. 칩은 재료와 공정 매개변수에 따라 긴 나선형 또는 작은 조각으로 형성될 수 있다.^[2] 형성된 칩의 유형은 재료의 가공성을 나타내는 지표가 될 수 있으며, 긴 칩은 우수한 재료 가공성을 시사한다.

드릴링으로 생성된 표면 조도는 32~500 마이크로인치 범위일 수 있다. 마무리 절삭은 약 32 마이크로인치의 표면을 생성하고, 거친 가공은 약 500 마이크로인치가 된다.

사용할 드릴을 결정할 때는 현재 작업을 고려하고 어떤 드릴이 작업을 가장 잘 수행할지 평가하는 것이 중요하다. 각각 다른 목적을 가지는 다양한 드릴 스타일이 있다. 서브랜드 드릴은 하나 이상의 직경을 드릴링할 수 있고, 스페이드 드릴은 더 큰 구멍 크기를 드릴링하는 데 사용되며, 인덱서블 드릴은 칩 관리에 유용하다.^[2]

2. 1. 드릴링 시 고려 사항

드릴 비트가 의도된 중심선에서 벗어나는 "워킹(walking)" 현상을 최소화하기 위해 다음과 같은 사전 작업이 필요하다.

주조, 금형 또는 단조로 공작물에 표시를 만든다.
센터 펀칭을 한다.
스팟 드릴링(즉, 중심 드릴링)을 한다.
스팟 페이싱은 주조 또는 단조의 특정 영역을 가공하여 거친 표면에 정확하게 위치한 면을 만든다.
드릴 지그와 드릴 부싱을 사용하여 드릴 비트의 위치를 구속한다.

드릴 비트의 길이 대 직경 비율이 높을수록 워킹 현상이 커진다. 가능한 경우 드릴링된 구멍은 공작물 표면에 수직으로 위치해야 한다.^[2]

절삭유는 드릴 비트를 냉각하고, 공구 수명을 연장하며, 속도 및 이송량을 증가시키고, 표면 조도를 향상시키며, 칩 배출을 돕는다.^[2] 절삭유는 냉각제와 윤활제로 공작물을 범람시키거나 스프레이 미스트를 적용하여 사용한다.

2. 2. 특수 드릴링

스포팅 드릴링(Spot drilling)은 최종 구멍을 뚫기 위한 안내 역할을 하는 구멍을 뚫는 것이다. 이 구멍은 다음 드릴링 공정의 시작을 안내하는 데만 사용되기 때문에 가공물에 일부만 뚫는다.^[3]

센터 드릴(center drill)은 60° 카운터싱크(countersink)가 있는 2개의 홈이 있는 비틀림 드릴(twist drill)로 구성된 공구이며, 선반 가공 또는 연삭 가공을 위해 센터 사이에 장착될 가공물에 카운터싱크 센터 구멍을 뚫는 데 사용된다.

심공 시추(Deep hole drilling)는 구멍의 깊이가 구멍 지름의 10배를 초과하는 시추 작업이다.^[3] 이러한 유형의 구멍은 직진도와 공차를 유지하기 위해 특수 장비가 필요하다. 심공 시추는 일반적으로 건 드릴링 또는 BTA 드릴링을 통해 달성할 수 있다. 이들은 냉각수 유입 방법(내부 또는 외부)과 칩 제거 방법(내부 또는 외부)으로 구분된다.

힘, 토크, 진동 및 음향 방출을 제어하기 위해 첨단 모니터링 시스템이 사용된다. 진동은 심공 시추에서 주요 결함으로 간주되며 종종 드릴이 파손되는 원인이 될 수 있다. 이러한 유형의 시추를 돕기 위해 특수 냉각수가 일반적으로 사용된다.

건 드릴링은 원래 총열을 드릴링하기 위해 개발되었으며, 작은 직경의 깊은 구멍을 드릴링하는 데 일반적으로 사용된다. 직경 대 깊이 비율은 300:1보다 클 수도 있다. 건 드릴링의 핵심 기능은 비트가 자체 중심 조정 기능을 갖추고 있다는 점이다.

====트레패닝====

강판에 트레패닝된 구멍. 플러그를 제거하고 절단 도구를 함께 보여줍니다.

트레패닝은 표준 드릴 비트가 실현 가능하지 않거나 경제적이지 않은 경우 더 큰 직경의 구멍을 만드는 데 일반적으로 사용된다. 트레패닝은 컴파스의 작동 방식과 유사하게 단단한 원반을 절단하여 원하는 직경을 제거한다. 트레패닝은 O-링과 같은 씰을 삽입하기 위한 홈을 만드는 데에도 유용할 수 있다.

마이크로 드릴링(Microdrilling)은 지름이 보다 작은 구멍을 뚫는 것을 말한다. 10,000 RPM을 초과하는 높은 스핀들 속도는 균형 잡힌 공구 홀더의 사용을 필요로 한다.

MITIS 기술을 이용한 알루미늄-CFRP 다층 재료 스택의 진동 드릴링

진동 드릴링에 대한 최초의 연구는 1950년대에 시작되었다. 주요 원리는 드릴의 이송 운동에 더하여 축 방향 진동 또는 진동을 발생시켜 절삭 칩을 분쇄하고 절삭 영역에서 쉽게 제거하는 것이다.

진동 드릴링에는 자체 유지 진동 시스템과 강제 진동 시스템의 두 가지 주요 기술이 있다. 자체 유지 진동 드릴링의 경우, 공구의 고유진동수를 사용하여 절삭 중에 자연적으로 진동하도록 한다.^[5]

''원형 보간법''(Circle interpolating)은, ''궤도 드릴링''(orbital drilling)이라고도 알려져 있으며, 기계 절삭 공구를 이용하여 구멍을 만드는 공정이다.

궤도 드릴링은 절삭 공구를 자체 축 주위에서 회전시키는 동시에 절삭 공구 축에서 어긋난 중심축을 중심으로 회전시키는 것을 기반으로 한다. 오프셋을 조정함으로써, 그림과 같이 특정 직경의 절삭 공구를 사용하여 다양한 직경의 구멍을 뚫을 수 있다. 이는 절삭 공구 재고를 상당히 줄일 수 있음을 의미한다.

궤도 드릴링이라는 용어는 절삭 공구가 구멍 중심 주위를 “궤도 운동”하기 때문에 유래되었다. 궤도 드릴링에서 기계적으로 강제되는 동적 오프셋은 기존 드릴링에 비해 여러 가지 장점이 있어 구멍 정밀도를 크게 향상시킨다. 낮은 추력으로 인해 금속 드릴링 시 バリ가 없는 구멍이 생성된다. 복합재료를 드릴링할 때는 박리 문제가 제거된다.^[7]

3. 재료별 드릴링

고속강 트위스트 드릴 비트로 메틸알코올 윤활제를 사용하여 알루미늄에 드릴링

일반적인 사용 환경에서 절삭편(swarf)은 드릴 비트의 홈에 의해 드릴 비트 끝에서 위쪽으로 그리고 멀리 운반된다. 절삭유는 이 문제를 완화하고 드릴 끝과 절삭편 흐름을 냉각 및 윤활하여 공구의 수명을 연장하는 데 사용된다. 특히 알루미늄을 절삭할 때 절삭유는 구멍을 부드럽고 정확하게 만들고 드릴링 과정에서 금속이 드릴 비트를 잡는 것을 방지하는 데 도움이 된다. 황동과 같이 드릴 비트를 잡을 수 있는 기타 연질 금속을 절삭할 때 "떨림(chatter)"이 발생하면, 약 1~2밀리미터의 면을 절삭날에 갈아서 91~93도의 둔각을 만들 수 있다.^[8]^[9]^[10]

목재는 대부분의 금속보다 무르기 때문에, 목재에 구멍을 뚫는 것은 금속에 구멍을 뚫는 것보다 훨씬 쉽고 빠르다. 절삭유는 사용하거나 필요하지 않다. 목재에 구멍을 뚫을 때 주요 문제는 깨끗한 입구와 출구 구멍을 확보하고 타는 것을 방지하는 것이다. 금속 가공에 널리 사용되는 트위스트 드릴 비트도 목재에서 잘 작동하지만, 구멍의 입구와 출구에서 나무를 깨뜨리는 경향이 있다. 목재에 깨끗한 구멍을 뚫기 위한 브래드 포인트 비트, 포스트너 비트, 홀쏘와 같은 다양한 특수 드릴 비트가 개발되었다.

드릴 비트를 목재에 밀어 넣어 작은 홈을 만들면 목재에 구멍을 뚫기 시작하는 것이 더 쉽다. 따라서 비트가 움직일 가능성이 적다. 플라스틱과 같은 일부 재료뿐만 아니라 다른 비금속 및 일부 금속은 가열되어 팽창하는 경향이 있어, 원하는 것보다 구멍이 작아질 수 있다.

4. 관련 공정

'''카운터보링''': 더 큰 직경의 구멍이 더 작은 직경의 구멍에 부분적으로 이어지는 계단형 구멍을 만드는 공정이다.
'''카운터싱킹''': 카운터보링과 유사하지만 구멍의 단차가 원뿔 모양인 공정이다.
'''보링''': 단일 절삭날을 사용하여 기존 구멍의 크기를 정밀하게 확장하는 공정이다.
'''마찰 드릴링''': 절삭 대신 가열 및 압력 하에서 대상 물체의 소성 변형을 이용하여 구멍을 뚫는 공정이다.
'''리밍''': 구멍의 크기를 확장하여 표면을 매끄럽게 하는 공정이다.
'''스팟 페이싱''': 밀링과 유사하며, 국부 영역의 가공물에 평평한 기계 가공 표면을 만드는 데 사용된다.

참조

_[1] 웹사이트 Drilling a square hole http://demonstration[...]
_[2] 서적 Manufacturing Processes Reference Guide https://books.google[...] Industrial Press Inc.
_[3] 서적 Design for manufacturability handbook https://books.google[...] McGraw-Hill
_[4] 웹사이트 What Is Deep Hole Drilling? An Overview http://www.unisig.co[...] 2012-10-16
_[5] 논문 Modelling the Vibratory Drilling Process to Foresee Cutting Parameters
_[6] 특허 Axial machining device http://patentscope.w[...]
_[7] 간행물 Orbital Drilling Goes Mainstream for the Dreamliner Aerospace Engineering & Manufacturing, SAE International Publications 2009-03
_[8] 서적 CNC programming handbook https://books.google[...] Industrial Press
_[9] 서적 The Journeyman's Guide to CNC Machines https://books.google[...] Lulu.com 2020-05
_[10] 서적 CNC Programming: Principles and Applications https://books.google[...] Cengage Learning

천공

1. 개요

더 읽어볼만한 페이지

2. 드릴링 공정

2. 1. 드릴링 시 고려 사항

2. 2. 특수 드릴링

3. 재료별 드릴링

4. 관련 공정

참조

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