금속가공의 장점 및 단점

금속가공의 장점 및 단점

금속가공이란 열처리나 절삭, 압연, 압출 등과 같은 가공을 하고, 그 재료를 사용하기 쉽게 하기 위해 모양을 바꾸는 것을 말한다. 금속의 형태를 바꾸는 것은 어려운 기술이므로 전용 공작기계 등이 필요하게 된다.

그 금속을 제품으로 사용할 수 있도록 하기 위해서는 금속 가공은 필수. 금속 가공을 함으로써, 금속 제품으로서의 내구성이나 편리성을 잘 할 수 있습니다. 즉, 금속 가공은 물건 만들기에 있어서 빠뜨릴 수 없는 것입니다.

금속을 가공하는 방법에는 여러 종류가 있는데 그 중에서 절삭 가공으로 부품을 제작할 때는 부품을 사용하는 환경, 요구되는 성능에 따라 재료 선정 단계에서 금속으로 할 것인지 플라스틱으로 할 것인지 선택을 하게 된다. 가공하려는 재질의 특성을 올바르게 이해함으로써 부품에 요구되는 조건을 충족하면서 비용이 저렴한 재료를 선택할 수 있다. 일반적으로 금속과 플라스틱이라고 해도 재료에 따라 특성은 크게 다르다.

 

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<가공방법의 종류>

기계가공은 크게 아래의 5가지 종류로 나눌 수 있으며 열처리나 표면처리도 가공 방법에 속한다.

 

하나. 성형

성형을 하기 위해서는 몇 가지 방법이 있고, 재료를 녹인 후에 정해진 금형에 흘려 넣는 방법, 힘을 가하여 형태를 변형시키는 방법, 금속 분말을 금형으로 성형하고, 분말끼리 열로 결합시키는 방법 등이다.

어떤 모양의 제품을 만드는지에 따라 성형하는 방법을 바꾼다. 그 중에서도 프레스(Press) 가공은 자주 사용되는 방법으로 그 이름대로 압력을 가해 금속의 형태를 만들어 내는 것. 금형을 설치한 기계안에, 금속을 넣어 성형할 수 있으므로 실패도 적고 보다 확실한 제작할 수 있는 방법이다.

 

둘. 제거 가공

제거 가공은 말 그대로 불필요한 부분을 제거하는 가공을 말한다. 연삭숫돌로 갈아내는 방법, 커터로 절삭하는 방법, 전기에 의해 재료를 녹이는 방전 가공 등이 있다.

 

셋. 추가(부가) 가공

부가(추가)가공이란 필요한 부분에만 재료를 덧붙여 도면에서 요구하는 똑같은 형상으로 만드는 가공이다. 최근 시제품제작 용도로 많이 사용하고 있는 3D 프린터의 적층 조형(3D프린팅)도 이에 해당한다. 3D프린팅 제조방식은 적층제조라고도 하며 구조가 복잡한 부품 조형에 최적의 제작방식이다.

 

넷. 결합

말 그대로 2개 이상의 부품을 결합하여 형상을 만드는 가공 방법이다. 결합은 융통성 있는 가공 방법으로 작은 부품부터 대형 부품까지 폭넓게 대응할 수 있다.

 

다섯. 절삭 가공

절삭 가공이라고 해도 몇 가지 방법이 있다. 예를 들어 밀링 커팅은 밀링 커터를 사용하여 공작물의 홈과 측면 등을 가공하는 방법이다. 홈이나 호의 가공을 할 때는 엔드밀을 이용하여 절삭하는 방법도 있다. 이 밖에도 완성 바이트 등을 사용하는 방법이나 1개의 바이트에 의한 절삭을 실시하는 일도 있다.

 

<열처리 가공>

열처리를 함으로써 금속 자체의 경도를 늘리거나 인성을 늘리는 가공입니다. 금속 가공을 하기 위해서, 이 열처리는 매우 많이 사용되기 때문에, 필수의 가공 방법입니다.

 

전체 열처리

가공하는 금속 전체의 성질을 바꾸는 것이 목적으로, 담금질이나 템퍼링과 같은 방법을 취합니다. 금속을 가공한 것에 의해, 경화해 버린 재료를 바탕으로 되돌리는 방법으로서 취해지는 것이, 굽기 처리. 또한, 굽기 처리는 재료의 결정 조직을 정돈할 수 있습니다.

 

표면열처리

표면을 의도적으로 경화시키고 싶은 경우는 표면 열처리를 실시합니다. 이것은 단순히 표면에 열을 가하여 담금질을 실시하는 방법과 표면에 탄소를 침지시킨 후 담금질을 실시하는 방법, 질소를 침지시키는 질화 처리 방법의 3종류가 있습니다.

 

<표면처리>

표면 처리란 상품으로 사용되기 전에 표면을 코팅해 내구성을 올리기 위한 가공을 말한다.

 

전기화학처리

전기화학 처리에는 처리제를 사용하거나 전해 용액에서 산화시키는 방법이 있다. 또 금속의 표면에 금속의 얇은 막을 부착시키는 도금이라고 하는 방법도 있다.

 

페인트(도장)

도장(페인팅)은 자세히 설명하지 않아도 누구나 쉽게 연상할 수 있는 가공법이라고 생각한다. 금속의 표면을 도료를 바르는 것만으로도 얇은 막을 만들어 준다. 상품에 원하는 색칠을 할 때에 사용되며 내광성이 뛰어나고 대상물의 외형을 아름답게 하고 싶은 경우 페인팅 작업은 필수적인 작업 과정이다.

 

물리적 표면처리

금속 강구(스틸볼)를 부품의 표면에 고속으로 충돌시키는 것으로, 표면을 균일한 형태로 바꾸는 처리 방법이다. 가공방식은 쇼트 블라스트라고 하며, 녹의 개선이나 제품의 표면을 경화시킬 수 있다.

 

 

1. 금속가공의 장점

 

1) 기계적강도가 높다(열처리 가능)

금속은 재료 자체가 수지에 비해 기계적 강도가 높은 특징이 있다.
그렇기 때문에 강도가 요구되고 있는 환경이나 부품에는 금속을 선택하는 경우가 많다.
또한 필요에 따라 열처리를 가함으로써 더욱 높은 강도와 인성을 갖게 할 수 있다.

 

2) 내마모성, 내열온도가 높다

플라스틱 재료라면 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 등을 제외하고 대부분이 100℃ 미만의 내열 온도이지만, 금속 재료는 예를 들어 알루미늄의 경우 약 600℃, 철은 약 1200℃, 스테인리스는 약 1400~1500℃로 융점이 비교적 높기 때문에 고온 환경에서의 사용에 적합하다. 또한 융점이 낮은 플라스틱 재료는 녹는 온도가 낮은만큼 자유로운 성형 가공이 가능하다.

 

3) 치수정밀도의 안정화가 용이

절삭 가공을 할 때, 공구와 재료의 마찰에 의해 열이 발생하게 된다. 열에 의한 영향을 받아 재료에 왜곡 현상이 발생할 수 있다. 플라스틱 재료는 열에 의해 변형하기 쉽고, 선팽창 계수(열에 의한 팽창 수축)가 높기 때문에 온도 변화에 의한 치수 변화가 발생하기 쉽다는 특징을 가지고 있다.
금속 재료를 수지와 비교하면 선팽창 계수가 낮고 열에 의한 변형이 적기 때문에 아무래도 치수 정밀도는 안정적일 수 있다.

 

4) 방전가공이나 와이어 가공 가능

금속 재료는 도전성 재료이므로 와이어 가공이나 방전 가공으로 가공이 가능한 반면 전기를 통하는 성질을 가진 금속은 절연성이 필요한 경우 단점이 될 수 있다.

 

2. 금속가공의 단점

 

1) 절삭조건이 플라스틱 재료보다 나쁘다

금속과 플라스틱을 비교하면 금속이 더 단단하기 때문에 수지만큼 공작기계의 이송을 빨리 할 수 ​​없다.
가공 방법이나 재질에 따라서 공구 회전수가 올라가는 공작기계나 강성이 필요한 머시닝을 사용할 필요가 있다. 공구의 마모도 그 경도나 재료 특유의 성질에 의해 커지므로, 수지보다 공구의 소모를 고려하지 않으면 안된다.

 

2) 표면처리(도장, 도색, 도금 등)를 하지 않으면 부식하기 쉽다

플라스틱의 경우 녹이 발생하지는 않지만, 금속 재료는 후처리를 하지 않은 상태라면 부식이 진행된다.
녹슬기 어려운 알루미늄이나 스테인리스도 절대 녹슬지 않는 것은 아니기 때문에 조건에 따라서 부식이 진행되어 버리는 경우가 있다. 이러한 부식을 방지하기 위해 금속 재료는 인공적으로 표면 처리(도금이나 도장, 실링처리, 표면 개질 등)를 실시할 필요가 있다. 약제에 대한 내성도 플라스틱 재료 정도만큼 되지 못하므로 가정용이나 일상생활에서 쉽게 볼 수 있는 용기재료를 플라스틱을 사용하고 있는 것도, 이런 것이 주된 이유 중의 하나이다.

 

3) 비중이 플라스틱에 비해 크다

금속 재료는 플라스틱에 비해 비중이 높은 것이 많다. 일반적인 플라스틱과 비교해도 같은 부피라면 알루미늄은 약 2배, 철의 경우 약 6배 정도로 무겁다. 무겁다는 것은 그만큼 부품이나 기계장치의 전체 중량을 무겁게 하는 결과를 초래하게 되므로 반송 비용이나 동력 에너지가 그만큼 필요하게 된다.

 

4) 취급시 주의를 요한다

동일한 절삭 가공에서도 위험요인은 플라스틱에 비해 무게와 경도가 큰 금속이 비교적 크다. 마찬가지로 부품을 취급하는 사용자에게도 같은 위험이 있다. 그 때문에 예각이 되는 날카로운 부분은 버 제거, 모따기, 라운딩 처리 등의 가공이 필요한 경우도 있다.

 

<원 포인트 레슨>

금속으로 부품을 제작하는 경우 장점은 기계적 강도와 내열 온도가 높은 재질을 선택할 수 있다는 것이다.
금속은 강도가 높은 재질인 반면 수지·플라스틱 등과 비교했을 때 가공 절삭 조건이 나빠지기 때문에 가공비가 상승하는 경향이 있다.