1. 슈퍼 피니싱의 개요

슈퍼피니싱(Super Finishing) 은 입도가 작고 연한 숫돌입자를 공작물 표면에 접촉 시킨 후 낮은 압력과 미세한 진동을 주어 고정밀도의 표면으로 다듬질하는 가공을 말한다.
정밀 치수 가공 가공이라기 보다는 고정도의 표면을 얻는 것이 주목적이며,

가공에 의한 표면 변질층이 극히 미세하며 연삭가공시 나타난 이송에 의한 선 및 떨림 자국 등을 없앨 수 있으며 다듬질 면은 평활하고 방향성이 없다.
원통형 공작물의 내경 및 외경 가공 및 평면의 정밀 가공이 가능하며 정밀 롤러, 각종 게이지 등의 초정밀가공에 사용된다.

2. 용도 및 특징

2.1 용도

정밀롤러, 저널 베어링 궤도, 게이지, 공작기계의 주축, 자동차 및 항공기의 엔진부품,대형 내연기관의 크랭크 축

2.2 가공 특징

고능률 가공
• 이전 가공면과 교차하여 연삭입자의 절삭날이 작용한다.
• 가공 초기에 숫돌이 드레싱 된다.
• 연삭입자가 작용하는 절삭력이 번번히 변하여 자동 드레싱 효과가 있다.

저압 저속도 가공
• 발열이 적다.
• 변질층의 두께가 매우 작아 내마모성, 내식성, 마찰 성능이 우수한다.

미소 진동 가공

3. 숫돌 재료

숫돌 재료는 주철 ,알루미늄 등 인장 강도가 작은 공작물은 탄회 규소계를 사용하고, 탄소강, 합금강, 고속도강 등 인장강도가 큰 공작물은 알루미나계 숫돌을 사용하는 것이 보통이다.입도는 가공 조건과 다듬질 정도에 따라 #40 ~ 1,000 정도를 사용한다.
결합제는 비트리파이드를 가장 많이 사용하며 슈퍼피니싱 숫돌의 결합도는 연삭 숫돌의 결합도보다 낮은 것을 사용한다.

3.1 연삭입자 입도

연삭입자

입도

입자기 크면 다듬질 능률은 크지만 다듬질 면이 거칠게 되며, 너무 미세하면 조기 눔메움에 의해 전가공의 흔적 제거가 어려워진다.
따라서 다듬질 여유가 클 때에는 입도가 큰 것을, 다듬질 여유가 작을 때는 숫돌의 입도가 작은 것을 사용한다.
일반적으로 거울과 같이 고운면을 필요할 때에는 1000 ~ 4000 번의 미세한 입자를 택하며 보통은 400 ~ 1000 번의 입도 범위로 한다.

3.2 결합제와 결합도

결합제

주철, 강 등 일반적인 모든 재료의 다듬질에 비트리파이드(V) 가 사용되며 실리케이트, 고무 등을 사용할 때도 있다.

결합도

슈퍼피니싱 숫돌은 연삭숫돌 보다 결합도가 낮은 것을 사용한다.
결합도가 크면 새로운 연삭입자 생성이 어려워 눈메움이 촉진되고, 너무 무르면 다듬질 면이 거칠고 숫돌의 손모가 크다.
연한 재료의 결합도는 보통 K ~ N 의 범위에서, 경질 재료는 다소 결합도가 약한 G ~ J 정도의 숫돌이 적합하다.

3.3 조직

조직은 절삭능률과 큰 관계가 있다. 조직이 너무 치밀하면 눈메움이 빨리 생기고 절삭 능률이 오래 유지되지 못한다. 조직은 눈메움이 고루 일어나도록 균일한 것이 중요하며 비교적 거친 조직의 숫돌을 사용한다. (입자율 40% 전후)

3.4 숫돌의 형상

숫돌 작업면의 크기와 길이는 일감의 정밀도와 침의 유출에 영향을 줍니다.
일감의 접촉 면적이 크게 되면 공작액에 의한 침의 유동이 중앙부 까지 도달하지 않아 가공 정도가 다르게 된다.
또한 숫돌의 길이가 짧거나 너무 길면 균일한 가공이 되지 않아 형상 정밀도가 떨어지게 된다.
일반적으로 원형 단면의 경우 숫돌의 폭은 일감지름의 60% 정도로 한다.

4. 공작액

4.1 공작액의 역할

• 숫돌면의 세정 작용 (칩의 흐름을 원활히 함)
• 숫돌과 일감 사이의 윤활작용

4.2 공작액

일반적으로 석유가 많이 사용되고 있으며 경유와 머신유의 혼합유도 사용된다.

5. 가공 과정

제 1 기 : 요철 면의 급속한 제거

숫돌과 접촉하는 볼록한 면에 큰 국부압력이 작용하여 급속히 산이 제거되어 평활하게 되며 숫돌은 강한 국부압력과 저속도, 미세 진동에 의해 눈메움이 제거되어 자동드레싱 된다.

제 2 기 : 눈메움

가공이 진행됨에 따라 숫돌과 일감의 접촉 면적은 점차로 증가하게 되며, 또한 발생된 금속의 침이 눈메움을 촉진하여 연삭 능률이 떨어진다.

제 3 기 : 블랙크링 (Blackening)

숫돌 표면이 전부 눈메움 된 상태로써 흑색을 나타낸다.
눈메움이 발생되면 연삭 작용이 없이 일감과 숫돌면은 마찰되며, 공작액은 윤활제로 작용되어 과도한 마찰을 방지하고, 가공표면은 광택 있고 평활한 경면이 된다.
눈메움 이후에는 칩 발생이 없으며 슈퍼피니싱의 다듬질 여유는 눈메움을 일으키기 전까지의 가공량이다.

6. 가공 조건

슈퍼피니싱 가공 시 숫돌 축이 미소 진동을 하는 것이 다른 가공법과 다른 점이다.
원통면 가공 시 숫돌의 폭은 공작물 지름의 60 ~ 70 % 정도로 하며 숫돌의 길이는 공작물의 길이와 동일하게 하는 것이 일반적이다.
슈퍼 피니싱의 가공 속도는 15 ~ 18 m/min 정도이며,
숫돌의 압력은 일반적으로 1~3 N/cm²으로 한다.
숫돌의 진폭은 2 ~ 3 mm 정도로 하고 진동수는 대형 공작물은 매분 500 ~ 600 사이클,
소형공작물은1000 ~ 1200 사이클이면 충분한다.
가공시간과 정밀도는 숫돌의 입도 ,공작물의 재질 가공속도 등의 영향을 받으며, 일반적으로 지름 약40mm, 길이50 mm 정도인 공작물은 1분 이내에 0.3 μm 의 정밀도로 가공할 수 있습니다

6.1 압력

6.1.1 압력이 높을 때

• 일감의 다듬질 양이 커진다.
• 눈메움을 일으키기 어렵고 광택 면을 얻을 수 없다.
• 숫돌의 손모가 크다.
• 과도한 압력은 발열을 크게 한다.

6.1.2 압력이 낮을 때

• 다듬질 량이 작아 전가공의 흔적이 남을 수 있다.
• 눈메움을 일으키기 쉽고, 경면을 얻을 수 없다.
• 숫돌의 손모량이 작다.

6.1.3 임계압력

• 숫돌의 손모량은 압력의 증대와 함께 처음에는 서서히 마모가 이루어 지다가, 일정압력부터는 급격히 숫돌의 손모량이 증가하게 되는데, 이때의 압력을 임계압력이라 한다.
• 결합도가 높은 숫돌일수록 임계압력이 높으며, 임계압력 이내로 가공할 때 연삭입자의 탈락이 작아 눈메움을 일으켜 양호한 다듬질 면을 얻을 수 있다.

6.1.4 작은 압력을 선택해야 할 경우.

• 숫돌의 결합도 및 일감의 경도가 낮을 경우
• 전 가공 상태가 평활할 경우
• 공작액의 점도가 낮은 경우
• 일감의 회전속도가 큰 경우
• 숫돌의 진폭과 진동수가 큰 경우

6.2 일감의 속도

가공 초기에는 6 ~ 10 m/min 의 저속으로 하여 급속히 표면을 요철을 제거하고, 마무리 작업에서는 8 ~ 27 m/min 로 이단 공정을 채용하는 것이 능률이 좋다.

6.2.1 일감의 속도가 클 때

• 일감에 작용하는 절삭저항이 작으므로 결과적으로 결합도가 큰 숫돌을 사용하는 것과 같은 효과로 작용한다.
• 새로운 입자의 출현이 어렵고 절삭능력이 떨어진다.
• 숫돌의 눈메움이 쉽고 가공표면이 매끈한다.

6.2.2 일감의 속도가 느릴 때

• 다듬질 능률이 좋다
• 가공표면이 거칠다.

6.3 숫돌의 진동수와 진폭

6.3.1 진동수와 진폭

• 진동수가 높고 진폭이 작은 것은 슈퍼피니싱의 특징이며 일감의 주 속도와의 관련시켜 연삭 입자가 동일한 경로를 지나지 않도록 해야 한다.
• 일반적으로 숫돌의 진폭은 1.5 ~ 5 mm 범위로 하고, 진동수는 진폭의 1.5 mm 경우는 500 회/분 , 진폭이 5 mm 의 경우는 100 회/분 정도로 한다.

6.3.2 교차각

$$$ \theta = 2 \cdot tan^{-1}(\frac{2 \cdot a \cdot n} {\pi \cdot D \cdot N})$$$

N : 회전수 (rpm) , n : 진동수 , a : 진폭

• 교차각 θ 가 180° 에 가까운 때는 숫돌의 운동방향을 급격히 바뀌어 연삭입자에 충격적인
  힘이 작용되어 탈락이 심해진다.
  또 θ 가 0° 에 가까운 때는 숫돌의 운동방향이 바뀌지 않아 연삭입자의 탈락이 둔화되어 눈메움 현상이 발생된다.
• 교차각의 변화에 의해 다듬질의 상태가 달라지므로,
  θ = 80 ~ 120 ° 부근에서는 같은 압력에서 교차각 θ 만 바꿔 2 단 공정 가공을 할 수 있다.

7. 슈퍼 피니싱의 가공방법

일감 형상	가공상태	운동방법
		숫돌	일감
원통 외면		진동 이송	회전
		진동	회전 이송
원통 내면		진동 회전 이송	정지
		진동 이송	회전
평면		진동	회전
		진동 회전 이송	이송
곡면		진동	회전
		진동	회전