브로칭 가공은 전통적인 플래닝(대패질)에서 발전하여 정밀성과 매끄러운 표면 마감을 한 번의 빠른 동작으로 구현하는 공정입니다. 이 글은 엔지니어가 이 공정을 이해하는 데 도움이 되는 완벽한 가이드를 제공하기 위해 작성되었습니다.
브로칭 가공이란?
브로칭은 플래닝의 발전된 형태로 볼 수 있습니다. 브로칭은 브로치라고 하는 여러 개의 톱니가 있는 절삭 공구를 사용하여 각 톱니마다 공작물 표면에서 얇은 금속층을 순차적으로 제거하여 높은 정밀도와 미세한 표면 조도를 달성합니다. 공구에 가해지는 절삭력이 인장력이 아닌 압축력일 경우, 이 공정을 푸시 브로칭이라고 하며, 공구는 푸시 브로치입니다. 풀 브로칭을 위한 공작 기계는 브로칭 머신이라고 하며, 푸시 브로칭은 종종 유압 프레스에서 수행됩니다. 넓은 표면 영역을 브로칭하는 경우, 전체 브로칭력을 줄이기 위해 프로그레시브 스타일 브로치를 사용할 수 있습니다.
브로칭 가공 공정
실제 브로칭 작업을 시작하기 전에 세심한 준비가 필요합니다. 브로칭 머신의 고정 장치는 작업물을 제자리에 단단히 고정합니다. 최종 제품의 정확성을 보장하려면 적절한 정렬이 매우 중요합니다.
적절한 브로치를 선택하는 것이 필수적입니다. 브로치는 모양과 크기가 매우 다양하며, 올바른 선택은 필요한 기하학적 형상과 가공물의 재질에 따라 달라집니다. 브로치는 가공물을 통과하거나 가공물을 가로질러 조심스럽게 이동하면서 각 이동마다 소재를 제거합니다. 이 작업은 한 번의 패스로 완료됩니다. 절삭 동작은 브로칭 장비와 사용되는 브로치 유형에 따라 선형 또는 회전 방식으로 진행될 수 있습니다.
브로칭 공정 후, 모든 요구 사항과 치수 공차가 충족되는지 확인하기 위해 공작물을 철저히 검사합니다. 필요한 수정은 이 단계에서 수행됩니다.
브로칭 가공의 종류
브로칭은 브로치가 절삭 공구 역할을 하는 가공 작업입니다. 브로치가 공작물에 대해 선형으로 이동함에 따라, 크기가 점차 커지는 절삭날에 의해 가공 여유가 순차적으로 제거됩니다. 일반적으로 한 번의 작업 스트로크로 원하는 형상을 얻을 수 있기 때문에 브로칭은 매우 효율적인 정삭 가공 방법입니다. 그러나 브로치의 복잡한 구조, 높은 제조 비용, 그리고 전용 공구의 특성으로 인해 이 공정은 주로 대량 생산에 사용됩니다.
브로칭은 가공되는 표면 형상에 따라 내부 브로칭과 외부 브로칭으로 분류됩니다.
내부 브로칭
이 방법은 원형, 사각형, 다각형, 스플라인 구멍, 키홈, 내접 기어 등 다양한 단면의 관통 구멍과 내부 형상을 가공하는 데 사용됩니다. 브로치를 삽입하려면 미리 가공된 파일럿 구멍이 필요합니다. 일반적인 구멍 직경은 8mm에서 125mm이며, 깊이는 일반적으로 직경의 5배를 넘지 않습니다. 특별한 경우, 직경은 3mm에서 300mm까지 가능하며, 깊이는 최대 10m까지 가능합니다.
외부 브로칭
이 공구는 평평한 표면, 윤곽이 있는 표면, 홈, 더브테일, 터빈 블레이드 루트 형상, 외경 기어와 같이 막히지 않은 표면을 가공하는 데 사용됩니다. 특히 크고 평평한 표면과 복잡한 윤곽이 있는 표면의 대량 생산에 적합합니다. 브로치 가공된 표면은 IT8에서 IT6까지의 공차 등급과 2.5~0.04μm의 표면 조도를 달성할 수 있습니다.
공작물의 가공 허용 오차 유형에는 다음이 포함됩니다.
성형. 높은 정확도와 낮은 표면 거칠기를 달성하지만 효율이 낮습니다. 더 긴 브로치가 필요하며 주로 중소형 원형 구멍과 고정밀 윤곽 표면에 사용됩니다.
전단/진행형. 사각형, 다각형, 스플라인 구멍과 같은 복잡한 형상의 거친 브로칭에 적합합니다. 제작은 쉽지만, 표면 품질이 떨어집니다.
링 컷/오버랩. 높은 절삭 효율을 특징으로 하며, 브로치 길이는 단축되지만 표면 품질이 좋지 않습니다. 주로 가공 여유가 크고 정밀도 요구 사항이 낮은 큰 구멍에 사용됩니다.
통합 링입니다. 황삭에는 윤곽 절삭 방식을, 정삭에는 형상 절삭 방식을 사용하여 두 가지 장점을 모두 갖추고 있습니다. 원형 홀 브로칭에 널리 사용됩니다.
브로칭 가공의 장점
높은 생산성. 브로칭 가공 시 절삭 속도는 일반적으로 낮지만, 브로치의 다중 날 구조 덕분에 여러 개의 날과 긴 절삭날이 동시에 맞물립니다. 또한, 황삭, 준정삭, 정삭 등 모든 작업이 한 번의 패스로 완료되어 기본 공정 시간과 보조 공정 시간을 크게 단축합니다.
높은 정밀도와 섬세한 표면 마감. 브로치에는 치수를 보정하고 표면을 매끄럽게 하는 사이징 섹션이 포함되어 있습니다. 이 사이징 톱니는 절삭 부하를 최소화하여 소재의 탄성 회복만 제거합니다. 또한, 낮고 안정적인 절삭 속도는 구성인선 형성을 방지하는 데 도움이 됩니다.
간단한 기계 구조 및 작동 방식. 브로칭은 브로치의 직선 이동이라는 단일 기본 동작을 포함합니다. 이송 동작은 인접한 톱니 사이의 증분 높이 차이(톱니당 상승)에 의해 공구에 내장됩니다.
브로칭 가공의 단점
높은 브로치 툴링 비용. 복잡한 구조, 형상, 그리고 높은 정확도/표면 품질 요구 사항으로 인해 브로치는 제조 비용이 높습니다. 그러나 절삭 속도가 낮아 공구 마모가 적고 공구 수명이 길며, 하나의 브로치를 여러 번 재연마할 수 있고 한 번에 수천 개의 부품을 가공할 수 있습니다. 대량 생산으로 인해 부품당 공구 비용이 낮습니다.
위치 오류를 수정할 수 없습니다. 브로칭은 사전 가공된 구멍의 축 정렬 불량과 같은 위치 오류를 수정할 수 없습니다.
소량 생산의 한계. 브로치 제조에 드는 높은 비용과 긴 리드타임으로 인해 공정이 비경제적입니다. 소량 생산비용과 배송 시간을 신중하게 고려해야 합니다.
막힌 구멍 가공의 한계. 브로치 날의 크기가 점차 커지므로 최종 형상을 얻기 위해 일정 길이가 필요하며, 공구가 공작물을 완전히 관통해야 합니다. 따라서 막힌 구멍 가공에는 적합하지 않습니다. 일반적으로 막힌 구멍 가공에는 슬로팅 커터나 푸시 브로치가 사용됩니다.
브로칭 가공의 응용
내부 브로치는 특정 내부 표면 치수와 형상에 맞춰 고정된 크기의 공구이지만, 다양한 내부 브로치는 원형, 사각형, 다각형, 스플라인 홀뿐만 아니라 내부 기어 등 다양한 관통 홀 형상을 가공할 수 있습니다. 또한, 터빈 디스크의 키홈, T-슬롯, 도브테일 홈, 전나무 홈 등 다양한 홈 형상에도 사용됩니다. 외부 브로칭은 평평한 표면, 윤곽이 있는 표면, 외부 기어, 블레이드 루트 형상을 가공할 수 있습니다.
사전 가공된 구멍은 정밀한 마감 처리가 필요하지 않으며, 부품은 복잡한 클램핑이 필요하지 않습니다. 부품은 단면으로만 지지됩니다. 따라서 원래 구멍 축과 단면 사이에 직각도가 요구됩니다. 구멍 축이 단면과 수직이 아닌 경우, 부품의 단면은 구면 와셔에 안착되어야 합니다. 브로칭 힘을 받으면 부품과 와셔가 약간 회전하여 구멍 축이 브로치 축과 자동으로 정렬됩니다.
브로칭은 주로 다음에 적용됩니다. 일괄 생산 및 대량 생산특히 엔진 실린더 블록과 같이 크고 복잡한 형상을 대량으로 가공하는 데 적합합니다. 하지만 다른 방법으로는 가공하기 어려운 고정밀 특수 형상의 표면을 가공하는 경우, 단품 또는 소량 생산에 사용됩니다.
브로칭 가공에 대한 고려 사항
재료 경도
브로칭에 적합한 소재 경도는 일반적으로 170~240 HB입니다. 일반적으로 단단한 소재는 부드러운 소재보다 표면 품질이 더 좋습니다. 부드러운 소재는 브로치의 절삭날에 마찰되어 긁힘을 유발하기 때문입니다. 반대로, 너무 단단한 소재는 브로치의 마모를 빠르게 유발하고 수명을 단축시킵니다.
파일럿 홀
원형 브로치의 파일럿 홀 크기와 품질은 가공 표면 품질, 공구 수명 및 정확도에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 파일럿 홀은 다음과 같이 정확하게 가공되어야 합니다.
직각도: 파일럿 홀은 장착 기준면에 수직이어야 합니다. 수직도가 낮으면 브로치가 휘어지고 높은 정확도와 표면 품질을 얻을 수 없습니다.
크기 조정: 파일럿 구멍이 너무 작거나 휘어져 있으면 브로치의 앞쪽 파일럿이 들어갈 수 없습니다. 구멍이 너무 크면 브로치가 한쪽으로 편심 접촉할 수 있습니다.
오염 물질: 파일럿 홀에 떨어져 나온 모서리나 기타 단단한 이물질이 있는 경우 브로치 수명을 단축시키는 요인입니다.
절단 속도
절삭 속도는 가공 표면 품질, 가공 정밀도, 그리고 브로치 수명에 영향을 미칩니다. 소재의 가공성을 고려하여 절삭 속도를 선택하는 것이 중요합니다. 일반적으로 브로칭 속도는 2~8m/min입니다.
벽 두께
공작물의 벽 두께는 구멍 직경 및 진원도의 가공 정확도에 미묘한 영향을 미칩니다. 브로칭 작업 시 공작물은 반경 방향의 힘을 받아 탄성 및 소성 변형으로 인해 팽창합니다. 절삭 후 탄성 회복은 원래 형상으로 크게 복원됩니다. 가공 중 변형이 과도하면 소성 변형이 일부 남아 탄성 회복이 공작물 벽 두께에 따라 크게 달라집니다.
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