자르기
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1. 개요
자르기는 압축과 전단 현상을 이용하여 물체를 분리하는 공정으로, 절단 기구에 가해지는 변형력이 물체의 재료 강도를 초과할 때 발생한다. 금속 자르기는 제조의 핵심적인 과정으로, 칩 형성, 전단 가공, 연마, 열, 전기화학적 방법 등 다양한 기술이 사용된다. 각 방법은 정확성, 비용, 재료에 미치는 영향 면에서 한계를 가지며, 레이저 절단은 빠르고 맞춤형 제작이 가능하여 널리 사용된다.
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- 자르기 - 가지치기
가지치기는 나무의 건강 유지, 형태 관리, 생산성 향상을 위해 가지를 자르거나 다듬는 작업으로, 축지 절단과 제거 절단 방식으로 나뉘며, 환경과 목적에 따라 방법과 시기가 다양하고, 관련 용어 이해와 제거된 가지 처리가 중요하다.
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2. 동작 원리
자르기는 압축 및 전단 현상으로, 절단 기구를 통해 발생하는 총 변형력이 잘려나가는 물체의 최대 힘을 초과할 때 발생한다. 가장 단순한 등식은 "변형력 = 힘/영역"으로 나타낼 수 있다.[5] 즉, 절단 기구에 의해 발생하는 변형력은 적용되는 힘에 비례하고, 접촉면적에 반비례한다. 따라서 접촉면이 작을수록(절단 기구가 날카로울수록) 더 적은 힘으로 자를 수 있다.
절삭 가공은 금속 가공뿐만 아니라 목재 가공, 플라스틱 가공 등 다양한 조형 작업에서 일반적인 가공 방법이다. 대부분 기계력을 이용한 전용 공작 기계와 공구를 사용하지만, 대패나 끌처럼 인력에 의한 절삭 가공도 가능하다.
연삭 가공 또한 미세한 숫돌 입자가 피가공재를 절삭하는 원리이므로 절삭 가공과 같은 원리로 볼 수 있다.
2. 1. 칩 생성
절삭 가공은 금속 덩어리에서 불필요한 재료를 칩 형태로 제거하여 가공물을 생산하는 공정이다. 칩 생성에는 톱질, 드릴링, 밀링, 선삭 등이 있다.가공 부위에서는 절삭 공구의 날끝에 의해 피가공재를 물리적으로 잘라내고 찢는다. 이때 피가공재의 일부는 깎여 칩으로 제거되며, 날끝은 연속적으로 밀려나간다. 피가공재가 무리 없이 깎여 나갈 정도의 깊이로 공구의 날끝이 들어가면, 칩이 되어 제거되는 피가공재의 단편이 날끝에서 피가공재의 표면까지 뻗어 있는 전단면에 의해 파괴된다. 이 단편은 윗면을 미끄러지면서 변형을 일으켜 최종적으로 피가공재에서 제거된다.
피가공재의 재질, 가공법, 날의 형태, 기타 절삭 조건에 따라 칩은 다양한 형태를 띤다. 특히, 공구의 날끝 선단부에 피가공물의 일부가 들러붙어 날끝처럼 행동하는 "구성 날끝" 현상이 발생할 수 있다. 이 현상은 구성 날끝 부분이 성장했다가 떨어지는 과정을 반복하여 가공면을 거칠게 만들 수 있으므로 바람직하지 않다. 칩이 부드럽게 연속적으로 생기는 흐름형이 가장 가공면이 아름답게 마감되지만, 재질에 따라 다른 형태가 나타날 수 있다. 부드러운 재료나 변형되기 쉬운 재료에서는 전단형이나 뭉침형이, 깨지기 쉬운 재료에서는 균열형이 나타날 수 있다.
3. 금속 절삭
금속 절삭은 역사적으로 제조의 핵심이었다. 금속 절삭에는 다양한 방식이 사용되며, 사용되는 물리적 현상에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.
- 칩 형성
- 전단 가공
- 연마
- 가열
- 전기화학
모든 방법은 정확성, 비용, 재료에 미치는 영향 등에서 한계가 있다. 예를 들어 열을 이용한 방법은 열처리 합금의 품질을 손상시킬 수 있으며, 레이저 절단은 알루미늄과 같이 빛을 잘 반사하는 재료에는 적합하지 않다.[2] 레이저 절단은 판금을 평평한 부품으로 만들고 복잡하거나 간단한 디자인으로 부품을 에칭하고 조각하는데 사용된다. 빠르고 맞춤 제작이 가능하다는 장점 때문에 다른 절단 방법보다 선호된다.[3]
금속 절삭은 대부분 기계력을 이용한 전용 공작 기계와 다양한 전용 공구를 통해 이루어지지만, 대패나 끌과 같이 사람이 직접 힘을 가하는 절삭 가공도 가능하다.
3. 1. 칩 형성 (재료 제거 공정)
칩 형성은 톱질, 드릴링, 밀링, 선삭 등과 같이 금속 덩어리에서 불필요한 재료를 칩 형태로 제거하여 가공물을 생산하는 공정이다.[2]가공 부위에서는 절삭 공구의 날끝에 의해 피가공재를 물리적으로 잘라내고 찢어, 피가공재의 일부를 깎아내어 칩으로 제거하면서 날끝을 연속적으로 밀어낸다. 피가공재가 무리 없이 깎여 나갈 정도의 깊이로 공구의 날끝이 들어가면서, 칩이 되어 제거되는 피가공재의 단편이 날끝에서 피가공재의 표면까지 뻗어 있는 전단면에 의해 파괴를 받아, 윗면을 미끄러지면서 변형을 일으켜 최종적으로 피가공재에서 제거된다.
피가공재의 재질이나 가공법, 날의 형태, 기타 절삭 조건에 따라 칩은 다양한 형태를 띤다. 특히, 공구의 날끝 선단부에 피가공물의 일부가 들러붙어 날끝처럼 행동하는 "구성 날끝" 현상이 일어나면, 이 부분이 성장했다가 떨어지는 주기적인 과정을 여러 번 반복하기 때문에 가공면을 거칠게 만드는 원인이 되므로 바람직하지 않다. 칩이 부드럽게 연속적으로 생기는 흐름형이 가장 가공면이 아름답게 마감되지만, 재질에 따라 그 외의 형태가 되며, 부드러운 재료나 변형되기 쉬운 재료에서는 전단형이나 뭉침형이 되고, 깨지기 쉬운 재료에서는 균열형이 될 수 있다.
3. 2. 전단 가공
전단 가공은 펀칭, 프레스 성형, 가위질, 블랭킹을 포함한다.[2]가공 부위에서는 절삭 공구의 날끝으로 피가공재를 물리적으로 잘라내고 찢는다. 이때 피가공재의 일부는 깎여 칩으로 제거되며, 날끝은 연속적으로 밀려나간다. 피가공재가 무리 없이 깎여 나갈 정도로 공구 날끝이 들어가면, 칩이 되어 제거되는 피가공재 단편이 날끝에서 피가공재 표면까지 뻗어 있는 전단면에 의해 파괴된다. 이 단편은 윗면을 미끄러지면서 변형을 일으켜 최종적으로 피가공재에서 제거된다.
피가공재 재질, 가공법, 날 형태, 기타 절삭 조건에 따라 칩은 다양한 형태를 띤다. 특히, 공구 날끝 선단부에 피가공물 일부가 들러붙어 날끝처럼 행동하는 "구성 날끝" 현상이 발생하면, 이 부분이 성장했다가 떨어지는 과정을 반복하여 가공면을 거칠게 만든다. 이는 바람직하지 않다. 칩이 부드럽게 연속적으로 생기는 흐름형이 가장 가공면이 좋지만, 재질에 따라서는 전단형이나 뭉침형이 될 수도 있다. 깨지기 쉬운 재료에서는 균열형이 나타날 수 있다.
3. 3. 연마
연마는 연삭, 래핑, 연마, 워터 제트 절단을 포함한다.[2] 연삭 가공은 미세한 숫돌 입자가 피가공재를 절삭해 나가는 점에서 절삭 가공과 같은 원리이다.3. 4. 열
절삭 가공은 역사적으로 제조업의 핵심이었다. 금속의 경우 다양한 방법이 사용되며, 사용되는 물리적 현상에 따라 분류할 수 있다. 절삭 가공은 금속 덩어리에서 불필요한 재료를 칩 형태로 제거하여 가공물을 생산하는 공정이다.- 칩 형성 (재료 제거 공정) – 톱질, 드릴링, 밀링, 선삭 등
- 전단 가공 – 펀칭, 프레스 성형, 가위질, 블랭킹
- 연마 – 연삭, 래핑, 연마, 워터 제트 절단
- 열 – 화염 절단, 플라즈마 절단, 레이저 절단
- 전기화학 – 에칭, 방전 가공 (EDM), 전해 가공 (ECM)
모든 방법은 정확성, 비용 및 재료에 미치는 영향에 있어 한계가 있다. 예를 들어, 열은 열처리 합금의 품질을 손상시킬 수 있으며, 레이저 절단은 알루미늄과 같은 고반사 재료에는 적합하지 않다.[2] 레이저 절단으로 판금은 평평한 부품을 생산하며 복잡하거나 간단한 디자인으로 부품을 에칭하고 조각한다. 빠르고 사용자 정의가 가능한 능력으로 인해 다른 절단 옵션보다 선호된다.[3]
가공 부위에서는 절삭 공구의 날끝에 의해 피가공재를 물리적으로 잘라내고 찢어, 피가공재의 일부를 깎아내어 칩으로 제거하면서 날끝을 연속적으로 밀어낸다. 피가공재가 무리 없이 깎여 나갈 정도의 깊이로 공구의 날끝이 들어가면서, 칩이 되어 제거되는 피가공재의 단편이 날끝에서 피가공재의 표면까지 뻗어 있는 전단면에 의해 파괴를 받아, 윗면을 미끄러지면서 변형을 일으켜 최종적으로 피가공재에서 제거된다.
피가공재의 재질이나 가공법, 날의 형태, 기타 절삭 조건에 따라 칩은 다양한 형태를 띤다. 특히, 공구의 날끝 선단부에 피가공물의 일부가 들러붙어 날끝처럼 행동하는 "구성 날끝"이라고 불리는 현상이 일어나면, 이 부분이 성장했다가 떨어지는 주기적인 과정을 여러 번 반복하기 때문에 가공면을 거칠게 만드는 원인이 되므로 바람직하지 않다. 칩이 부드럽게 연속적으로 생기는 흐름형이 가장 가공면이 아름답게 마감되지만, 재질에 따라 그 외의 형태가 되며, 부드러운 재료나 변형되기 쉬운 재료에서는 전단형이나 뭉침형이 되며, 깨지기 쉬운 재료에서는 균열형이 될 수 있다.
연삭 가공도 미세한 숫돌 입자가 피가공재를 절삭해 나가는 점에서는 절삭 가공과 같은 원리이다.
3. 5. 전기화학
전기화학적 방법에는 에칭, 방전 가공(EDM), 전해 가공(ECM)이 있다.[2]4. 한계
모든 절삭 가공 방법은 정확성, 비용, 재료에 미치는 영향 측면에서 한계가 있다. 예를 들어, 화염 절단, 플라즈마 절단, 레이저 절단과 같은 열을 이용하는 방식은 열처리 합금의 품질을 손상시킬 수 있다.[2] 또한 레이저 절단은 알루미늄과 같이 반사율이 높은 재료에는 적합하지 않다.[2] 레이저 절단으로 판금은 평평한 부품을 생산하며 복잡하거나 간단한 디자인으로 부품을 에칭하고 조각한다. 빠르고 사용자 정의가 가능한 능력으로 인해 다른 절단 옵션보다 선호된다.[3]
참조
[1]
웹사이트
Basic Studies Of Stress And Strain
http://www.freestudy[...]
2016-02-05
[2]
웹사이트
FAQ: What are the problems with laser cutting of aluminium and how do I overcome them?
http://www.twi-globa[...]
2016-02-05
[3]
웹사이트
Laser Etching & Cutting Services
http://www.hplstampi[...]
2016-02-05
[4]
서적
金型のしくみ
ナツメ社
2010-05-05
[5]
웹인용
Basic Studies Of Stress And Strain
http://www.freestudy[...]
2016-02-05
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