CNC 터닝

CNC 선삭 작업에서 공작물은 회전하고, 단일 포인트 절삭 공구는 축을 따라 고정된 상태를 유지합니다. 기계에 따라 공작물 또는 절삭 공구 중 하나가 다른 하나에 대해 이송 운동을 수행하여 재료를 제거합니다. 

CNC 밀링

CNC 밀링 작업은 알루미늄 부품 가공에 가장 일반적으로 사용되는 방식입니다. 이 작업은 공작물이 자체 축을 따라 고정된 상태로 유지되는 동안 다점 절삭 공구가 축을 따라 회전하는 방식으로 진행됩니다. 절삭 작용 및 그에 따른 재료 제거는 공작물, 절삭 공구 또는 이 둘의 조합에 의한 이송 운동을 통해 이루어집니다. 이러한 이송 운동은 여러 축을 따라 수행될 수 있습니다.

포켓

포켓 밀링이라고도 하는 포켓 가공은 CNC 밀링의 한 형태로, 부품에 속이 빈 포켓을 가공하는 방식입니다.

페이싱

기계 가공에서 페이싱은 페이스 터닝이나 페이스 밀링을 통해 공작물 표면에 평평한 단면을 만드는 것을 말합니다.

CNC 드릴링

CNC 드릴링은 공작물에 구멍을 뚫는 공정입니다. 이 작업에서는 특정 크기의 다점 회전 절삭 공구가 드릴링할 표면에 수직으로 직선 이동하면서 구멍을 효과적으로 만듭니다.

알루미늄 가공용 공구

알루미늄 CNC 가공용 공구를 선택할 때 영향을 미치는 요소는 여러 가지가 있습니다.

도구 디자인

알루미늄 가공 효율에 영향을 미치는 공구 형상의 여러 요소가 있는데, 그중 하나가 플루트(날개 수)입니다. 고속 가공 시 칩 배출 문제를 방지하기 위해 알루미늄 CNC 가공용 절삭 공구는 2~3개의 플루트를 가져야 합니다. 플루트 수가 많을수록 칩 골이 작아져 알루미늄 합금 가공 시 발생하는 큰 칩이 공구에 걸릴 수 있습니다. 절삭력이 낮고 칩 배출이 중요한 경우에는 2개의 플루트를 사용하는 것이 좋습니다. 칩 배출과 공구 강도의 최적 균형을 위해서는 3개의 플루트를 사용하는 것이 바람직합니다.

나선 각도

헬릭스 각도는 공구의 중심선과 절삭날을 따라 접하는 직선 사이의 각도입니다. 이는 절삭 공구의 중요한 특징 중 하나입니다. 헬릭스 각도가 클수록 칩 제거 속도가 빨라지지만, 절삭 중 마찰과 열이 증가합니다. 이로 인해 고속 알루미늄 CNC 가공 시 칩이 공구 표면에 달라붙을 수 있습니다. 반대로 헬릭스 각도가 작으면 열 발생은 적지만 칩 제거 효율이 떨어질 수 있습니다. 알루미늄 가공의 경우, 황삭 가공에는 35° 또는 40°의 헬릭스 각도가 적합하고, 정삭 가공에는 45°의 헬릭스 각도가 가장 적합합니다.

여유각

여유각은 공구의 적절한 작동에 있어 또 다른 중요한 요소입니다. 여유각이 지나치게 크면 공구가 가공물에 파고들어 진동이 발생합니다. 반대로 여유각이 너무 작으면 공구와 가공물 사이에 마찰이 생깁니다. 알루미늄 CNC 가공에는 6°에서 10° 사이의 여유각이 가장 적합합니다.

도구 재료

초경합금은 알루미늄 CNC 가공에 사용되는 절삭 공구에 가장 적합한 소재입니다. 알루미늄은 절삭이 용이한 소재이기 때문에, 알루미늄 가공용 절삭 공구에서 중요한 것은 경도가 아니라 날카로운 절삭날을 유지하는 능력입니다. 이러한 능력은 초경합금 공구에서 나타나며, 이는 초경 입자 크기와 결합제 비율이라는 두 가지 요소에 따라 결정됩니다. 입자 크기가 클수록 소재는 더 단단해지는 반면, 입자 크기가 작을수록 인성이 뛰어나고 충격에 강한 소재가 되는데, 이는 실제로 우리가 필요로 하는 특성입니다. 미세한 입자 구조와 소재의 강도를 얻기 위해서는 코발트가 필요합니다.

하지만 코발트는 고온에서 알루미늄과 반응하여 공구 표면에 알루미늄 적층부를 형성합니다. 이러한 반응을 최소화하면서도 필요한 강도를 유지하려면 코발트 함량이 적절한(2~20%) 초경 공구를 사용하는 것이 중요합니다. 초경 공구는 일반적으로 강철 공구보다 알루미늄 CNC 가공에 필요한 고속 가공을 더 잘 견딜 수 있습니다.

공구 재질 외에도 공구 코팅은 공구 절삭 효율에 중요한 요소입니다. 지르코늄 질화물(ZrN), 이붕소화티타늄(TiB2), 다이아몬드 유사 코팅은 알루미늄 CNC 가공에 사용되는 공구에 적합한 코팅으로 알려져 있습니다.

이송 및 속도

절삭 속도는 절삭 공구가 회전하는 속도입니다. 알루미늄은 매우 높은 절삭 속도를 견딜 수 있으므로 알루미늄 합금 가공 시 절삭 속도는 사용되는 기계의 한계에 따라 달라집니다. 알루미늄 CNC 가공에서는 절삭 속도를 가능한 한 높게 설정하는 것이 좋습니다. 이는 구성날 발생 가능성을 줄이고, 가공 시간을 단축하며, 가공물의 온도 상승을 최소화하고, 칩 파쇄를 개선하고, 표면 조도를 향상시키기 때문입니다. 정확한 절삭 속도는 알루미늄 합금의 종류와 공구 직경에 따라 달라집니다.

이송률은 공구가 한 바퀴 회전할 때 공작물 또는 공구가 이동하는 거리입니다. 사용되는 이송률은 원하는 표면 조도, 공작물의 강도 및 강성에 따라 달라집니다. 황삭 가공에는 0.15~2.03mm/rev의 이송률이 필요하고, 정삭 가공에는 0.05~0.15mm/rev의 이송률이 필요합니다.

절삭유

알루미늄은 가공성이 우수하지만, 절삭 시 절삭유를 사용하지 않고 건식으로 절삭하면 절삭면에 잔여물이 쌓이는 현상이 발생할 수 있으므로 절대 건식 절삭을 해서는 안 됩니다. 알루미늄 CNC 가공에 적합한 절삭유는 수용성 오일 에멀젼과 광물유입니다. 염소나 활성 황이 함유된 절삭유는 알루미늄에 얼룩을 남기므로 사용을 피해야 합니다.

가공 후 공정

알루미늄 부품을 가공한 후에는 부품의 물리적, 기계적, 미적 특성을 향상시키기 위해 몇 가지 추가 공정을 수행할 수 있습니다. 가장 널리 사용되는 공정은 다음과 같습니다.

비드 및 샌드 블라스팅

비드 블라스팅은 미적인 목적을 위한 마감 공정입니다. 이 공정에서는 고압 공기총을 사용하여 가공된 부품에 미세한 유리 비드를 분사하여 재료를 효과적으로 제거하고 매끄러운 표면을 만듭니다. 이를 통해 알루미늄에 새틴 또는 무광 마감을 얻을 수 있습니다. 비드 블라스팅의 주요 공정 변수는 유리 비드의 크기와 사용되는 공기압입니다. 이 공정은 부품의 치수 공차가 중요하지 않은 경우에만 사용해야 합니다.

다른 마무리 공정으로는 연마와 도색이 있습니다.

코팅

이는 알루미늄 부품에 아연, 니켈, 크롬과 같은 다른 재료를 코팅하는 것을 의미합니다. 이러한 코팅은 부품의 가공성을 향상시키기 위해 수행되며, 전기화학적 공정을 통해 이루어질 수 있습니다.

아노다이징

양극 산화 처리는 알루미늄 부품을 묽은 황산 용액에 담그고 음극과 양극에 전압을 가하는 전기화학적 공정입니다. 이 공정을 통해 부품의 노출된 표면은 단단하고 전기적으로 비활성인 산화알루미늄 코팅으로 변환됩니다. 생성되는 코팅의 밀도와 두께는 용액의 농도, 양극 산화 처리 시간 및 전류에 따라 달라집니다. 양극 산화 처리를 통해 부품에 색상을 입힐 수도 있습니다.

분말 코팅

분체 도장 공정은 정전기 분무기를 사용하여 부품에 다양한 색상의 고분자 분말을 도포하는 방식입니다. 도포된 부품은 200°C의 고온에서 경화됩니다. 분체 도장은 강도, 내마모성, 내식성 및 내충격성을 향상시킵니다.

열처리

열처리 가능한 알루미늄 합금으로 만들어진 부품은 기계적 특성을 향상시키기 위해 열처리를 거칠 수 있습니다.

CNC 가공 알루미늄 부품의 산업 분야 적용

앞서 언급했듯이 알루미늄 합금은 여러 가지 바람직한 특성을 가지고 있습니다. 따라서 CNC 가공 알루미늄 부품은 다음과 같은 여러 산업 분야에서 필수 불가결한 요소입니다.

• 우주항공높은 강도 대비 무게 비율 덕분에 여러 항공기 부품이 가공 알루미늄으로 제작됩니다.
• 자동차 항공우주 산업과 마찬가지로 자동차 산업에서도 샤프트 및 기타 부품과 같은 여러 부품이 알루미늄으로 만들어집니다.
• 전기용품전기 전도성이 높은 CNC 가공 알루미늄 부품은 가전제품의 전자 부품으로 자주 사용됩니다.
• 식품/의약품알루미늄 부품은 대부분의 유기 물질과 반응하지 않기 때문에 식품 및 제약 산업에서 중요한 역할을 합니다.
• 스포츠알루미늄은 야구 방망이나 스포츠용 호루라기와 같은 스포츠 용품을 만드는 데 자주 사용됩니다.
• 저온 학알루미늄은 영하의 온도에서도 기계적 특성을 유지하는 능력이 있어 극저온 환경에 적합한 부품입니다.