가공된 부품의 결함은 무엇인가?

▶ 1.1 표면 스크래치 및 버

● 증상 : 부품 표면에 길이와 깊이가 다양한 선형 스크래치가 나타납니다. 부품 가장자리, 가공된 표면의 접합부 또는 구멍에 작은 돌출부나 날카로운 모서리(버)가 형성됩니다. 이러한 결함은 육안으로 쉽게 확인할 수 있으며, 5~10배 확대경으로 추가로 확인할 수 있습니다.

● 주요 원인 :

마모되었거나 불순물로 오염된 가공 도구는 절단 중에 부품 표면에 흠집을 낼 수 있습니다.

일치하지 않는 절삭 매개변수(예: 절삭 속도가 너무 높거나 낮음, 이송 속도가 부적절함)로 인해 절삭이 불완전해집니다.

가공 후 부품을 부적절하게 취급하는 경우, 즉 보관이나 이동 중에 부품 간 또는 부품과 공구 간 충돌이 발생하는 경우입니다.

● 충격 : 긁힘은 부품 표면 마감을 저하시키고, 심한 긁힘은 표면 보호층(예: 방청 코팅)을 손상시켜 녹 발생을 초래할 수 있습니다. 버(Burr)는 조립 중 작업자의 안전을 위협할 뿐만 아니라 부품 간 밀착 불량을 유발하여 조립 정확도를 저하시키고 조립된 제품의 정상적인 작동에도 영향을 미칠 수 있습니다.

▶   1.2 표면변색 및 산화

●   증상 : 부품 표면에 원재료의 정상 색상과 다른 비정상적인 색상(노란색, 검은색, 회색 등)이 나타납니다. 표면에 느슨한 산화층이 형성되어 손으로 닦아내거나 벗겨낼 수 있습니다.

●   주요 원인 :

가공 중에 절삭 온도가 지나치게 높으면 부품 표면이 공기 중의 산소와 반응하여 산화물을 형성합니다.

냉각수가 손상되었거나 가공 후 냉각수를 제때 세척하지 못하면 부품 표면에 화학적 부식이 발생합니다.

습기가 많고, 온도가 높거나, 환기가 잘 안 되는 환경에서 부품을 장기간 보관하면 표면 산화가 가속화됩니다.

●   영향 : 변색 및 산화는 부품 표면 품질과 제품 외관을 저하시켜 고객 불만으로 이어질 수 있습니다. 심한 경우, 표면 경도 및 내마모성 등 부품 표면의 기계적 특성을 저하시켜 부품 수명을 단축시킵니다.

치수 정확도는 가공 부품의 품질을 측정하는 핵심 지표입니다. CNC 가공 산업 표준에 따르면, 부품은 설계 도면에 명시된 치수 공차 요건을 충족해야 합니다. 치수 편차가 허용 범위를 초과하면 조립 불량을 유발하거나 최종 제품의 성능을 저하시키게 됩니다. 이는 가공 산업에서 제품 반품의 가장 흔한 이유 중 하나입니다.

▶   2.1 치수 편차(너무 크거나 너무 작음)

●   증상 : 부품의 실제 크기(예: 외경, 내경, 길이, 두께)가 설계 도면에 지정된 크기보다 크거나 작으며 허용 공차 범위를 초과합니다. 예를 들어, 설계 외경이 50mm ±0.02mm인 부품의 실제 외경은 50.05mm(너무 큼) 또는 49.97mm(너무 작음)일 수 있습니다.

●   주요 원인 :

사용 중 가공 도구가 마모되면 절단 정확도가 떨어집니다(예: 마모된 선삭 도구는 설계된 크기로 절단할 수 없음).

절삭 중에 부품이 이동하는 불안정한 클램핑이나 설계 요구 사항과 일치하지 않는 잘못된 위치 기준 등 공작 기계에서 부품의 위치가 부정확한 경우입니다.

공구 경로에 대한 잘못된 좌표 값이나 절삭 깊이에 대한 잘못된 계산 등 처리 프로그램 설정의 오류입니다.

가공 중에 공작 기계 또는 부품의 열 변형(예: 공작 기계의 스핀들이 가열되어 팽창하거나 부품이 가열되어 변형됨)은 치수 정확도에 영향을 미칩니다.

●   영향 : 치수 편차는 조립 문제로 직결됩니다. 예를 들어, 외경이 너무 큰 부품은 해당 구멍에 장착할 수 없고, 내경이 너무 작은 부품은 해당 샤프트에 장착할 수 없습니다. 부품 길이가 너무 짧거나 길면 제품 내 부품의 조립 위치가 어긋나 제품이 정상적으로 작동하지 않을 수 있습니다.

▶   2.2 형상 및 위치 허용 오차가 허용 오차를 벗어남

●   증상 : 부품의 형상(예: 평탄도, 진원도, 직진도) 또는 표면 간의 상대적 위치(예: 평행도, 직각도, 동축도)가 설계 도면 요건을 충족하지 못하는 경우입니다. 일반적인 예로는 오목하거나 볼록한 부분이 있는 고르지 않은 부품 표면, 또는 안쪽 구멍 축과 바깥쪽 원 축 사이의 정렬 불량(동축도가 공차 범위를 벗어남) 등이 있습니다.

●   주요 원인 :

공작기계의 강성이 부족합니다. 가공 중 공작기계 자체의 진동으로 인해 부품 모양이 왜곡됩니다.

공작 기계 가이드 레일의 마모 또는 변형으로 인해 공구의 이동 경로에 편차가 발생합니다.

부품을 변형시키는 지나치게 큰 클램핑 힘(특히 벽이 얇거나 강성이 낮은 부품의 경우).

긴 샤프트를 가공하기 위해 단일 지점 절단을 사용하는 등 부적절한 가공 방법은 허용 오차를 벗어난 직선성을 쉽게 초래합니다.

●   영향 : 허용 오차를 벗어난 형상 및 위치 공차는 사용 중 부품에 불균일한 힘을 가하여 마모를 증가시키고 수명을 단축시킵니다. 고속 회전 부품(예: 변속기 샤프트)의 경우, 허용 오차를 벗어난 동축은 회전 시 진동과 소음을 발생시켜 제품의 안정성과 안전성을 위협합니다.

기계 가공 부품의 내부 구조 결함은 외부 관찰로는 쉽게 발견할 수 없지만, 부품의 기계적 특성과 신뢰성에 심각한 영향을 미칩니다. 심각한 경우, 사용 중 부품이 갑자기 파손될 수 있으며, 이는 핵심 장비 부품(예: 엔진 부품, 유압 밸브)의 심각한 안전 위험을 초래합니다.

▶   3.1 내부 균열

●   증상 : 부품 내부에 미세 균열이 존재하며, 이는 초음파 검사나 X선 검사와 같은 비파괴 검사를 통해서만 감지할 수 있습니다. 이러한 균열은 재료의 결정립계를 따라 분포하거나 결정립 전체에 걸쳐 분포할 수 있습니다.

●   주요 원인 :

원자재 자체에 기존 균열이나 포함물과 같은 내부 결함이 있습니다.

고온 절단 후 급냉(열 응력 발생)으로 인해 가공 중 부품 내부 응력이 지나치게 높거나, 부적절한 절단 경로로 인해 응력 분포가 고르지 않은 경우.

클램핑(예: 척을 너무 조이는 것)이나 운송(예: 부품을 떨어뜨리는 것) 중에 부품에 과도한 충격이나 압출력이 가해지는 경우.

●   영향 : 내부 균열은 부품의 강도와 인성을 크게 저하시킵니다. 부품이 사용 중 외력을 받으면 균열이 빠르게 확대되어 갑작스러운 부품 파손으로 이어질 수 있습니다. 엔진 크랭크샤프트나 기계식 변속 기어와 같은 핵심 부품의 경우, 이러한 파손은 전체 장비의 고장을 유발하여 경제적 손실이나 안전 사고로 이어질 수 있습니다.

▶   3.2 내부 포함물 및 기공

●   증상 : 비금속 개재물(예: 산화물, 황화물) 또는 작은 구멍(기공)이 부품 내부에 존재합니다. 개재물과 기공의 크기는 다양하며, 일부는 밀집되어 있고 다른 일부는 분산되어 있습니다.

●   주요 원인 :

불순한 원료 - 금속이 아닌 물질이 제련 과정에서 금속에 섞입니다.

가공 중(예: 심공 드릴링이나 태핑 중) 절삭유나 공기가 부품의 내부 구조에 갇힙니다.

열처리 중 부품의 가스 제거가 충분하지 않아 기공이 형성됩니다.

●   영향 : 내부 개재물은 부품 내부에 응력 집중을 유발하여 피로 저항성을 저하시킵니다(부품은 반복 하중에 의해 손상되기 쉽습니다). 기공은 부품의 밀도를 낮춰 인장 강도 및 압축 강도와 같은 기계적 성질을 저하시킵니다. 밀폐형 부품(예: 유압 실린더 블록, 밸브 코어)의 경우, 기공은 누출을 유발하여 장비의 유압 또는 공압 성능에 영향을 미칩니다.

CNC 가공 기업은 가공 부품 결함을 신속하게 식별하고 부품 품질을 보장하기 위해 과학적이고 효과적인 감지 방법을 도입해야 합니다. 다음은 모든 규모의 기업에 적합한 다양한 유형의 결함에 대한 실용적인 감지 솔루션입니다.

▶   4.1 외관 감지

●   도구 및 방법 :

육안 관찰: 부품 표면에 눈에 띄는 긁힘, 거친 부분 또는 변색이 있는지 확인합니다.

돋보기(5~20배): 육안으로는 보기 어려운 작은 결함(예: 미세한 긁힘)을 확인합니다.

산업용 내시경: 깊은 구멍이나 복잡한 공동(예: 밸브 본체의 내벽)의 내부 표면을 검사하여 결함이 있는지 확인합니다.

표면 거칠기 테스터: 부품의 표면 마감(예: Ra 값)을 정량적으로 감지하여 설계 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.

●   해당 결함 : 표면 긁힘, 거칠기, 변색, 산화 및 기타 외관 관련 문제.

●   장점 : 비용이 저렴하고 조작이 간단하며 검출 속도가 빠르므로 가공 후 부품을 100% 검사하는 데 적합합니다.

▶   4.2 치수 정확도 검출

도구 및 방법:

기본 측정 도구: 캘리퍼스(길이, 외경, 내경), 마이크로미터(고정밀 크기 측정), 깊이 게이지(깊이 측정).

좌표 측정기(CMM): 복잡한 부품의 형상 및 위치 허용 오차(예: 동축성, 평행도)를 고정밀로 감지합니다.

다이얼 표시기/레버 표시기: 평탄도, 직진도 등의 형상 허용 오차를 감지합니다(예: 표시기의 변화를 측정하여 부품 표면이 평평한지 확인).

●   해당 결함 : 치수 편차(너무 크거나 너무 작음), 형상 및 위치 허용 오차가 허용 오차를 벗어남.

●   장점 : 검출 정확도가 높아 간단한 부품과 복잡한 부품 모두에 적합합니다. CMM은 자동 검출을 실현하여 효율성을 향상시킵니다.

▶   4 .3 ​​내부 구조 감지

●   도구 및 방법:

초음파 검사: 고주파 음파를 사용하여 내부 균열, 기공 또는 이물질을 감지합니다(대부분의 금속 재료에 적합).

X선 검사: 부품의 내부 결함(예: 포함물, 기공)을 시각화합니다. 두껍거나 구조가 복잡한 부품에 적합합니다.

자성 입자 검사: 강자성 물질(예: 철, 강철)의 표면 및 표면 근처 결함(예: 작은 균열)을 감지합니다.

금속조직 분석: 부품을 절단하고 연마한 후 금속조직 현미경으로 내부 구조를 관찰하여 개재물이나 구조적 이상을 감지합니다.

●   해당 결함 : 내부 균열, 내부 포함물, 기공.

●   장점 : "보이지 않는" 내부 결함을 감지하여 부품 신뢰성을 보장할 수 있습니다. 특히 핵심 안전 부품에 중요합니다.

가공 부품 결함 발생을 줄이려면 원자재 선정, 장비 유지보수, 공정 최적화, 작업자 교육까지 아우르는 전체 공정 관리 접근 방식이 필요합니다. 다음 조치들은 CNC 가공 기업에서 효과가 입증되었습니다.

▶   5.1 원자재 품질 엄격 관리

●   원자재를 사용하기 전에 포괄적인 검사를 실시합니다. 화학 성분(설계 재료와 일치하는지 확인), 기계적 특성(예: 경도, 인장 강도) 및 내부 구조(초음파 검사를 사용하여 기존 균열이나 이물질이 있는지 확인)를 테스트합니다.

●   이후 결함을 일으킬 수 있는 부적격 자재의 사용을 피하기 위해 자격 증명서(예: ISO 9001 인증)를 받은 정규 공급업체로부터 원자재를 구매하세요.

●   원자재 추적 시스템 구축: 원자재 각 배치의 공급업체, 배치 번호, 검사 결과를 기록하여 결함이 발생할 경우 추적 및 책임을 묻기 쉽게 합니다.

▶   5.2 처리 장비를 정기적으로 유지 관리하고 교정합니다.

●   공작기계 유지보수 계획을 수립 하십시오 . 공구 마모(마모된 공구는 제때 교체), 가이드 레일 정확도(변형된 가이드 레일은 조정 또는 수리), 스핀들 조임 상태(스핀들 진동 방지)를 정기적으로 점검하십시오. 예를 들어, 절삭 정확도를 보장하기 위해 500시간 사용마다(절삭 소재에 따라) 선삭 공구를 교체하십시오.

●   측정 도구와 테스트 장비를 정기적으로 교정하세요. 표준 게이지를 사용하여 3~6개월마다 캘리퍼스, 마이크로미터, CMM을 교정하여 정확도가 감지 요구 사항을 충족하는지 확인하세요.

●   공작기계를 깨끗하게 유지하세요. 절삭 칩, 냉각수 잔여물 및 기타 불순물을 공작기계에서 정기적으로 제거하여 가공 정확도에 영향을 미치지 않도록 하세요.

▶   5.3 처리 매개변수 및 프로세스 흐름 최적화

●   원자재와 부품 요구 사항에 따라 처리 매개변수를 사용자 정의합니다. 예를 들어, 알루미늄(연성 소재)을 절단할 때는 과열을 방지하기 위해 더 높은 절단 속도(1000-1500m/분)와 적당한 이송 속도(0.1-0.2mm/r)를 사용합니다. 스테인리스강(단단한 소재)을 절단할 때는 공구 마모를 줄이기 위해 더 낮은 절단 속도(300-500m/분)와 더 낮은 이송 속도를 사용합니다.

●   프로세스 흐름 최적화:

절단 후 버를 제거하기 위해 버 제거 공정을 추가합니다(예: 버 제거 도구 사용 또는 사포 분사).

가공 후에는 세척 및 방청 처리를 합니다. 중성 세척제로 부품을 세척하여 냉각수 잔여물을 제거한 다음, 방청 오일을 바르거나 방청 코팅을 분사하여 산화를 방지합니다.

얇은 벽의 부품에 대해서는 특수 클램핑 고정 장치(예: 알루미늄으로 만든 소프트 조)를 사용하여 클램핑 변형을 줄입니다.

▶   5.4 운영자 교육 및 관리 강화

●   운영자를 위한 체계적인 전문 교육 제공:

공작기계 작동: 인간의 실수를 방지하기 위해 CNC 공작기계의 올바른 작동(예: 프로그래밍, 공구 설정, 클램핑)을 가르칩니다.

결함 식별: 작업자가 일반적인 결함(예: 긁힘, 치수 편차)을 인식하고 이를 보고하고 처리하는 방법을 알도록 교육합니다.

측정 도구 사용: 작업자가 캘리퍼스, 마이크로미터 및 기타 도구를 올바르게 사용하여 정확한 자체 검사를 수행할 수 있도록 안내합니다.

●   엄격한 품질 검사 시스템을 구축하세요.

작업자가 가공된 각 부분에 대한 자체 검사(예: 캘리퍼로 크기 확인, 육안으로 외관 확인)를 수행하고 검사 결과를 기록하도록 요구합니다.

품질 검사관을 배치하여 샘플링 검사(샘플링 비율 ≥10%) 또는 핵심 부품에 대한 전체 검사를 실시합니다. 부적합 부품은 폐기하고 재발 방지를 위해 원인을 분석합니다.

외관, 치수 정확도, 내부 구조 등을 포함하는 가공 부품 결함은 제품 품질과 안전에 특정 원인과 잠재적 영향을 미칩니다. CNC 가공 기업의 경우, 이러한 결함의 유형, 감지 방법 및 예방 조치를 숙지하는 것이 제품 품질 향상, 반품 감소, 그리고 시장 경쟁력 강화에 매우 중요합니다.

원자재 엄선 및 장비 유지 관리부터 공정 최적화 및 작업자 교육까지 전 공정 품질 관리를 구현함으로써 기업은 결함률을 효과적으로 줄이고 고품질 가공 부품을 생산하며 고객의 신뢰를 얻을 수 있습니다. 장기적으로 이는 기업의 시장 점유율 확대에 도움이 될 뿐만 아니라 CNC 가공 산업 전체의 지속 가능한 발전을 촉진합니다.