절단 가공

[하늘]

기계톱 가공

금속의 절단에는 chip의 발생을 동반하는 절삭에 의한 절단(切斷), ☞ press에서의 전단 및 ☞ 열에 의한 용단(熔斷) 등이 있고, chip을 발생하는 절단은 모든 절삭 공작기계에서 가능하나 이 장에서는 절단 전용기계인 기계톱에서의 절단을 취급한다.
금속을 절단하는 톱기계(sawing machine)에는 톱날이 왕복운동하는 활톱기계(hacksawing machine), 톱날이 회전운동을 하면서 원주에 있는 절인으로 절단하는 원주톱기계(circular sawing machine), 톱날인 band가 pulley에 의하여 운동하면서 절단하는 띠톱기계(band sawing machine) 등이 있다.
절다할 가공물이 길 때에는 다음 그림과 같은 floor stand를 사용한다.

긴 가공물을 받쳐주는 floor stand

[1] 활톱기계(hacksawing machine)

(1) 활톱기계의 종류:

hacksawing machine에는 운동방향과 구조에 따라 다음 그림과 같은 것이 있을 수 있다.

hacksawing machine의 종류

 

(2) 활톱기계 기구:

그림과 같이 톱날(blade)의 왕복운동과 이송(移送; feed)으로 가공물을 절단하며, 2행정 중에서 1행정에서만 절삭작용을 하기 때문에 원주톱기계와 띠톱기계에서 만큼 능률적이지 못하다. 왕복운동에는 일반적으로 crank 기구가 많이 사용된다. saw frame 1은 crank의 회전에 의하여 arm 2를 따라 활동(滑動)하여 왕복운동한다. 귀환행정에서는 톱날의 공작물에 대한 접촉을 가볍게 하도록 유압창치가 설치되어 있어 piston이 상승할 때에는 piston 3에 있는 구멍 4를 통하여 oil이 쉽게 밑으로 유출할 수 있으나 하강할 때에는 valve 5에 의하여 방해를 받아 서서히 이송하게 된다. hacksawing machine의 크기는 톱날의 행정 또는 절삭할 수 있는 최대치수로 표시한다.

활톱기구 ☜

활톱날

(3) 활톱날(hacksaw blade):

활톱기계날은 손톱날과 비슷하며, C: 1 ~ 1.1%인 탄소강, C: 1.1 ~ 1.2%이고 W: 2 ~ 2.5%인 합금공구강, 18-4-1의 ☞ 고속도강(高速度鋼; high speed steel, H.S.S.) 등의 재료로 제작된다. 고속도강 톱날의 경우 길이가 300 ~ 900mm, 두께가 1.3 ~ 3.1mm 정도이고, pitch는 1.8 ~ 10mm 이다.
톱날의 치형에는 아래 그림과 같이 경삭이 0°이고 여유각이 30°정도인 straight tooth(precision or regular tooth), 경삭이 0°가 아니고 여유각이 작은 undercut tooth(clow or hook tooth) 및 straight tooth와 같고, 이(齒)의 간격이 큰 skip tooth(buttress tooth)이 있다. straight tooth는 가장 많이 사용되는 치형으로서 정밀절단에 사용되고, undercut tooth는 고속절단, 장시간 가공에 사용되며, skip tooth는 연성(軟性)재료의 절단에서 두께가 클 때 사용된다.
이(齒)의 배열에는 이가 좌우로 번갈아 가면서 offset된 straight set 이가 좌우로 번갈아 offset되고 3번째의 이는 직선상에 있는 raker set과 이가 집단으로 좌우로 offset된 wave set이 있다. straight set(alternate set)은 비철금속, 판금속, plastics 및 목재 등의 절단에 사용되고, raker set은 대부분의 절단에 사용되는데 offset된 이가 주로 절단하고 직선상에 있는 이는 주로 chip을 제거한다. wave set은 구조강단면, 주물 또는 관(pipe) 등과 같이 단면이 변하는 재료의 절단에 사용된다.

hacksaw/bandsaw의 치형 종류

hacksaw/bandsaw의 이(齒) 배열

(4) 활톱작업:

(4-1) 공작물 및 hacksaw의 고정:

공작물을 고정하는 방법에는 기계적인 것과 유압에 의한 것이 있으며, 다음 사항을 준수하는 것이 좋다.

1. 얇은 strip의 경우에는 평평하여 많은 매수를 동시에 고정하여 절단할 수 있을 것.
2. 각봉(角棒)은 평면이 vise의 밑바닥에 접촉시켜 고정한다.
3. 환봉(丸棒) 여러 개를 동시에 고정할 때에는 그림과 같이 직4각형을 이루게 하고, 열간(列間)의 봉은 서로 홈에 끼워지게 한다.
4. rail과 같은 것을 절단하고자 할 때에는 rail head가 고정 vise jaw 측에 위치하도록 함으로써 절삭능률을 한층 크게 한다.
5. angle이나 channel 등의 재료를 절단하고자 할 때에는 그림과 같이 넓은 면이 고정 jaw 측에 위치하도록 한다.

hacksawing machine vise에 공작물의 고정 예

hacksaw를 frame에 고정할 때에는 다음 사항을 준수하는 것이 좋다.

1. 톱날의 측면과 활동(滑動) frame의 운동방향이 같은 평면에 있어야 한다.
2. 톱날이 끼워지는 pin과 hacksaw의 구멍의 차가 적어야 한다.
3. 톱날에 적당한 인장력을 작용시키도록 인장 bolt를 조여야 한다.

(4-2) 절단시작에서 유의점:

1. 예리한 곳 또는 절단될 재료의 절단폭이 좁을 때에는 그림(a)와 같이 pitch가 작은 톱날을 사용하며, 많은 톱니가 가공물에 접촉하도록 이송을 줄이고 절삭속도를 증가시킨다.
2. 그림(b)에서와 같이 폭이 좁은 가공물을 절단할 때에는 pitch가 작은 톱날을 사용하여 많은 톱니가 가공물에 접촉하도록 하여 날의 물림깊이를 줄인다.

톱날당 과대 절삭저항을 피하는 방법

(4-3) 절삭속도:

hacksawing machine의 절삭속도는 공구의 조건, 가공물의 조건, 절삭유제 등에 따라 다르나, 일반적으로 다음 표의 범위를 택한다.

[2] 원주톱기계(circular sawing machine)

원주톱기계는 그림과 같이 원판톱(saw cutter)의 회전과, 원판톱과 가공물간의 상대 이송에 의하여 절단작업이 이루어지며, 톱날의 강도와 내구력이 크며, 능률적인 절단을 할 수 있다.

원주톱기계 ☜

원주톱기계

(1) 원주톱기계의 종류:

원주톱기계를 각 기준에 따라 분류하면 다음과 같다.

1. 절삭온도에 따라
   • 상온(常溫)절삭용
   • 고온(高溫)절삭용
2. 이송기구에 따라
   • column을 따라 bed가 상하 및 전후로 이송되는 것
   • column을 따라 원판톱이 상하 및 전후로 이송되는 것

(2) 원주톱기계 기구:

다음 그림은 원주톱기계의 유압식 이송장치의 일종으로서, gear pump ① → 유로개폐 valve ② → cylinder ⑤ → piston ③의 순서로 유압이 전달되어 이송하고, 이송압력은 배압(背壓) valve ④에 의하여 일정하게 조정한다. 귀환시에는 cylinder 내에 piston rod가 있기 때문에 cylinder의 용적이 적으므로 급속귀환한다. 원주톱기계의 크기는 원판톱의 지름 또는 절단할 수 있는 가공물의 최대 지름으로 표시한다.

원주톱기계의 유압식 이송장치

(3) 원판톱(circular saw):

원판톱에는 톱니를 부착하는 방법에 따라 고속도강(H.S.S.)으로 된 톱몸체에 톱니를 새긴 일체형(一體形; solid type)과 초경합금 등으로 된 날 하나하나를 톱몸체에 경랍접한 심은날형(inserted type)이 있다. 일체형에는 지름 350 ~ 400mm의 소형톱이 많고, 심은 날형에는 대형의 톱이 많다. 절단능률면에서는 초경합금이 우수하나 고가이기 때문에 고속도강이 많이 사용된다.
톱이의 형상은 거친절단에서는 이(齒)의 강도에 역점을 두고, 정밀절단에서는 이의 예리도에 역점을 둔다. 톱날의 연삭은 절삭능률면에서 대단히 중요하다. 경사각은 12 ~ 25°, 여유각은 7 ~ 11°의 범위에 있으며 비철(非鐵)이나 연철(軟鐵)과 같은 연재(軟材)에서는 최대경사각 25°, 여유각 11°까지로 한다. 강인한 합금강에 대해서는 경사각 12°, 여유각 7°까지 택할 수 있다.
가공물의 크기에 따라 톱의 크기가 정해지고 가공물의 성질에 따라 톱의 pitch가 선정되며, 다음 표는 그 예이다.

톱날의 각☜

절삭속도 또한 공작물의 성질 및 절단전의 가공물의 표면상태 등에 따라 다르나 일반적으로 사용되는 절삭속도 및 공구각은 다음 표와 같고, 이송은 절단될 가공물의 단면적에 따라 다르다. 예를 들면 연강의 경우 25in²/minn이고, 폭이 5in라면 이송속도는 5in/min가 될 것이다.

(4) 원주톱 작업:

가능하면 가공물을 1개씩 절단함으로써 conveyor 등을 사용할 수 있으나, 여러 개를 동시에 절단할 필요가 있을 때에는 다음 그림의 예에서와 같은 방법으로 고정한다. 특수한 형태의 가공물을 절단 할 때에는 적절한 고정구를 사용하여 vise에 고정한다.

원주톱기계에서 공작물의 고정 예

[3] 띠톱기계(bandsawing machine, bandsaw)(교과서 p.443)

그림과 같이 pulley의 회전운동에 의하여 띠톱을 운동시켜 절단작업을 하는 기계를 띠톱기계(band sawing machine)이라 하며, 띠톱의 절단운동 방향에 따라 수평식과 수직식이 있다.
금속절단용 띠톱날(bandsaw blade)의 재료, 치형상 및 치의 배열은 활톱날(hacksaw blade)에서와 같다. 정밀한 직선으로 절단하기 위하여는 폭이 넓은 띠톱날을 사용하고, 곡률반지름이 작은 곡선절단을 위해서는 좁은 폭의 띠톱날을 사용한다. 두꺼운 재료의 절단에서는 pitch가 큰 띠톱날을 사용하고 얇은 재료의 절단에서는 작은 pitch의 톱날을 사용한다. 기본적으로 적어도 2개 이상의 이(齒)가 동시에 가공재료와 물리고 있어야 한다. 띠톱날의 두께는 톱날의 폭에 따라 표준화 되어 있다. 폭 1/2in 까지는 두께가 0.025in, 폭 5/8in와 3/4in에 대하여는 0.032in, 폭 1in에 대하여는 0.035in의 두께로 되어 있다. 두꺼운 톱날은 강도가 크므로 강인한(tough) 재료의 절단에 사용된다. 띠톱날은 일반적으로 coil 형태로 되어 있어 톱기계에 따라 필요한 길이만큼 절단하여 양끝을 맞대고 용접하여 사용한다.

(1) 수평식 띠톱기계(horizontal bandsawing machine):

수평식 bandsawing machine에서는 belt 형상의 얇은 톱날(blade)이 좌우 또는 수평으로 위치한 pulley의 회전운동에 의하여 한쪽 방향으로 연속운동을 하면서 절단작업을 수행한다. roller guide가 톱날을 틀어 수직으로 위치시키고, pulley 축방향으로의 이동을 방지하며, 톱날을 450kg 정도까지 인장하여 톱날에 적당한 강성을 준다. 수평식 띠톱기계는 절삭속도가 20~150m/min 정도로 크고 가공물의 고정이 용이하며 scrap 손실이 적은 등의 장점을 갖고 있어 널리 사용돤다.

수평식 bandsawing machine ☜

띠톱날

 

(1) 수직식 띠톱기계(vertical bandsawing machine, counter bandsawing machine):

상하에 위치한 pulley의 회전운동에 의하여 띠톱날(band blade)이 연속적으로 수직 절삭운동을 하고 table상에서 가공물에 이송을 하함으로써 절단작업을 하며, table을 경사시켜 경사절단 및 경사가공을 한다. 톱작업외에 다양한 부속장치 및 공구를 설치하여 사포작업, polishing 및 마찰절단 등을 할 수 있다.
수직식은 절단작업과 윤곽작업(輪廓作業)을 할 수 있고 윤곽작업은 가공물을 table에서 움직여 행한다. 수직식 띠톱날(bandsaw blade)에는 용도에 따라 다음 그림(a)와 같이 여러 종류가 있고, 1 in 당 2 ~ 32개의 톱니를 갖는 pitch로 되어 있다. 윤곽가공에서는 절단곡선의 곡률반지름에 따라 톱의 폭이 다르며, 그림(b)는 톱의 폭에 따른 가공할 수 있는 최소 곡률반지름을 표시한 것이다.
절삭속도는 가공재료, 톱날재료 및 가공부의 크기 등에 따라 다르나 ☞ 고속도강(高速度鋼; high speed steel, H.S.S.) 톱날에 의한 절단에서 가공재료가 보통강일 때 50 ~ 80m/min, 구조용강일 때 20 ~ 45m/min, 주철일 때 25 ~ 65m/min, 주강일 때 25 ~ 70m/min 정도이다.

띠톱의 종류 및 띠톱날 폭

수직식 띠톱에서의 각종 작업

 

절삭속도는 띠톱기계, 띠톱 , 절삭유제, 절삭깊이, 및 가공물의 성질과 두께 등의 조건에 따라 다르다. 띠톱의 butt 용접은 대단히 중요한 것으로서, 톱기계에 용접기가 설치된 것도 있고, 용접열이 식기 전에 풀림(annealing)처리까지 한다.

절삭가공편의 기계톱 가공을 기술하는 범위에 연삭절단(硏削切斷), 마찰절단(摩擦切斷), 및 수류절단(水流切斷)을 포함시키는 것은 본 교재의 분류상 다소 어색한 감이 있으나, 절단이라는 공통점이 있기 때문에 이어서 기술하기로 한다.

[4] 연삭절단

결합제로 합성수지 등을 사용한 얇은 연삭숫돌로 금속 및 비금속을 절단하며, 봉(棒)은 지름 50mm 정도까지, 관(管)은 지름 90mm 정도까지 절단할 수 있다. 절삭속도(원주속도)는 5000m/min 까지 취할 수 있어 발생열이 냉각되기 전에 절단하기 때문에 절단속도가 크다. 숫돌을 보호하기 위하여 연삭유제를 공급할 때는 절단작업이 열로 인한 연화에 의한 것이 아니고, 절삭작용에 의한 것이 되며 절삭속도는 2500mm/min 정도로 한다.

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[5] 마찰절단

마찰절단은 톱날과 가공물의 마찰열에 의하여 가공물의 접촉부가 연화(軟化)되고 산화된 상태의 금속을 밀어냄으로써 수행되며, 절단속도가 어느 절삭절단에서 보다 크고 절단면도 다소의 burr가 있으나 비교적 매끈하다. 톱의 속도를 500m/min 정도로 아주 크게하여 짧은 시간에 열을 많이 발생시킴으로써 가공물이 발생열을 전도하여 흡수하기 전에 절단되는 조건이 필요하다. 톱날을 보호하기 위하여 톱날이 긴 원주톱기계 또는 띠톱기계가 사용되며, 마찰절단에 사용되는 톱날은 표준탄소합금강으로서 절삭절단 톱날에 비하여 두껍게함으로써 강도를 크게 하고 있다.
마찰절단은 열전도도가 상대적으로 낮은 철금속의 절단에 유리하며 25mm 정도의 두께까지 절단이 가능하다. 특히 가공경화 때문에 절삭절단이 어려운 stainless 강과 경도가 큰 철합금 등의 절단에서 더욱 유리하며, 가공능률은 가공물의 경도와는 무관하다. 반면에 절단되기 전에 금속입자가 파괴되는 주철, 열전도도가 큰 aluminum과 황동 등은 열이 국부적으로 집중되기 어렵고 가공 중 톱날에 늘어붙는 성질 때문에 마찰절단에 부적당하다. 마찰톱절단에는 원판마찰전단(circular friction sawing)과 띠마찰절단(friction bandsawing)이 있으며, 원판마찰전단은 원주톱기계에서 행해지고 띠마찰절단은 띠톱기계에서 행해진다. 원판마찰톱날은 폭이 12.7mm, 19.5mm, 25.4mm이고, raker set에서 pitch가 10산/in 및 14산/in 이며, 날을 예리하게하는 연삭은 하지 않는다. 절단작업시에 작업자를 보호하기 위한 보호막이 필요하다.

원판마찰톱 지름 1000mm ~ 2400mm)

peg tooth(standard profile) peg tooth with land(for cutting steel tube) XLR tooth(for cutting jumbo beam) handsaw tooth(for cutting solid bar and billets) skip tooth(for cutting jumbo beam) 톱이의 형상

bandsawing machine에서 마찰절단

[6]수류절단(水流切斷; waterjet cutting)

연마입자를 첨가한 물을 nozzle를 통하여 가공물에 따라 다르나 압력 4200kg/㎠ 정도, 속도 28km/min 정도로 분사하여 절단하는 것을 수류절단이라 하며, 유리에서 고강도합금에 이르기까지 금속재료 및 비금속재를 망라하여 거의 모든 재료를 두께 250mm 정도까지 절단할 수 있다. 절단면은 사포질한 것처럼 보인다. 연마입자가 수류절단 비용의 60 ~ 65%를 차지하기 때문에 최근에는 압력을 높게 하여 사용함으로써 연마입자 없는 수류절단을 시도하고 있다.

waterjet에 의한 절단 ☜

수류절단 예

수류절단법의 장점을 들면 다음과 같다.

1. 절단면의 온도가 20℃ 정도로 낮기 때문에 열변형을 포함한 열영향부가 발생하지 않는다.
2. 분사방향을 임의로 조정할 수 있기 때문에 임의 각도로 절단할 수 있으며, 복잡한 곡선의 절단이 가능하다.
3. 분류의 지름이 0.7 ~ 1.5mm 정도이므로 절단에 의한 재료 손실이 적다.
4. 1회의 통과로 절단이 완료되며, 절단속도가 전통적인 방법에서 보다 크다.
5. burr가 거의 없고 치수와 절단면의 표면정도가 높아 2차가공이 필요없다.

☞ press에서의 전단

전단가공(剪斷加工)

[2-1] die와 punch

press 가공에서 보통 하형(下型)을 die, 상형(上型)을 punch라 하나, 때로는 상형이 die이고 하형이 punch인 경우도 있다. die와 punch의 형상 및 재질의 선택은 가공조건에 적합하도록 하여야 하며, press에 사용되는 die는 용도에 따라

1. 전단용(타발 용, 타공용 등)
2. 성형용(굽힘용, drawing 용, stamping 용 등)

이 있으나, 여기에서는 전단용 die만을 취급하며 전단용 die를 작동방법에 따라 분류하면 다음과 같다.

(1)단식 die(單式 die; single operation die):

그림과 같이 1회의 전단만으로 blank를 얻는 die로서 가장 간단하고 흔히 사용된다.

단식 die

(2) 복식 die(複式 die; compound die):

그림과 같이 동일 가공재에 대하여 press의 단일 행정으로서 타발(blanking) 및 타공(punching)을 동시에 하는 die이다.
본예에서는 상부 (hole)punch와 하부 die에 의하여 타공을 하고, 타공시의 die가 하부 punch로 되어 상부 die와 함께 타발을 한다.

복식 die

(3) 다단 die(多段 die; follow die):

소재가 각 행정에서 다음 station으로 이동됨에 따라 가공이 완성되어 가는 die로서, 본예에서는 처음 station에서 원형타공되고 strip이 좌측으로 이동되어 다음 station에서 pilot이 구멍에 들어간 후 타발 punch가 하강하여 타발하고 blank를 얻는다.

다단 die

(4) 다열 die(多列 die; multiple die):

press의 1회 행정에서 2개 이상의 가공물을 얻는 die로서, 이들이 서로 관련된 것일 수도 있고, 관련이 없을 수도 있으며, 때로는 동일가공이 이뤄질 수도 있다. 이때 punch 높이에 차이를 두어 충격과 소음을 적게 한다.

[2-2] 전단기구

그림과 같이 punch가 die 위의 소재를 가압하면 소재는 먼저 탄성변형을 거쳐 소성변형을 하고, 전단 과정을 거쳐 파단된다. 즉 소재 표면은 인장응력을 받으며, 그 응력은 punch와 die의 edge 부근에 집중되고, 가공이 진행됨에 따라 소재의 탄성한계를 넘어 소성변형에 들어가 소재를 압축한다.
가공이 더욱 진행되어 edge의 압축응력이 소재의 전단저항보다 크게 되면 그림 (b)와 같이 전단이 시작되고 마침내 그림 (c)와 같이 punch edge와 die edge의 전방에서 crack이 발생하여 그것이 서로 이어지면 파단되는 것이다. 이 때 그림 (d)와 같이 세로 및 가로 방향의 집중응력에 의한 굽힘 moment가 소재를 punch와 die의 측면에 밀착시킴으로써 전단면을 광택있는 깨끗한 면으로 하는 소위 burnishing 작용이 이루어진다.

전단 과정 및 edge의 작용력
☜

아래 그림 (a)는 punch와 die의 각부 명칭을 보여주며, punch와 die 사이에 어느 정도의 간극이 필요하다. 간극이 너무 크면 소재가 굽힘을 받고, 너무 적으면 전단에 필요한 punch 력이 급증한다. 이 간극은 가공물의 재질 및 punch와 die의 상태에 따라 다르고, 그림 (b)는 어느 조건에서 소재 두께에 대한 punch와 die의 적정한 간극의 예이다.

punch와 die의 각부 명칭

punch와 die의 간극

아래 표는 각 재료에 대한 전단강도의 예이고, 윗식에서 k 값은 가공조건에 따라 다르며, edge가 마모된 상태에서는 15% 정도 증가한다.

[2-3] 전단가공방식

(1) 타발과 타공(打拔과 打孔; blanking and punching):

blanking과 punching은 소재에 전단응력을 발생시켜 소정의 형상 및 치수로 절단하는 가공으로서, blanking은 폐곡윤곽(閉曲輪廓)을 뽑아내는 가공이며, 이때 절단된 폐곡윤곽제품을 blank라 하고 남은 부분이 scrap이다. punch와 die 사이에 여유 간극이 있어야 하며, punch에 scrap이 끼워져 올라오지 않도록 stripper가 설치되어 있어야 한다. blanking에서는 그림 (a)에서와 같이 die를 소정 치수로 하고, shear도 die에 두어야 한다. punching은 blanking과 달리 구멍 뚫인 판이 제품이 되는 가공이며, punch를 소정 치수로 하고, shear를 punch에 둔다.

blanking과 punching
☜

(2) 재단(裁斷; shearing):

press 가공용 소재를 직선으로 자르거나 press 가공에 속하지는 않으나 원형전단기(circle shearing machine) 또는 nibbling machine을 사용하여 원형(圓形)이나 이형(異形)의 소재를 잘라내는 것을 재단이라 하며, 대개 punch에 shear를 둔다. 이는 절단 분리되는 부분(scrap)이 shear 각에 의하여 bending 되기 때문이다.

재단

(3) notching 또는 slotting:

재단(裁斷)은 한쪽 끝에서 다른 끝까지 완전히 분리 절단되나 notching에서는 한쪽 끝에서 시작하여 같은 쪽으로 개방(開放)되는 윤곽절단이다.

notching, slotting

(4) shaving:

전단면 또는 drawing 제품의 측면을 punch와 die의 간극을 작게 하여 깍아냄으로써 미려하고 정확한 치수가 되게 하는 가공이며, 2차 가공에 속한다.

shaving

(5) trimming:

punch와 die로써 drawing 제품의 flange를 소요 형상과 치수로 잘라내는 가공으로서, 2차 가공이다.

trimming

(6) 분단(分斷; parting):

제품을 분리하는 가공으로서, 전단에 의한 것과 chip을 발생하는 절삭에 의한 것이 있다. 제품에 bending이 생기므로 punch와 die에 shear를 둘 수 없고, 변형과 튀어오름을 방지하기 위하여 강력한 holder를 설치하여야 하며, 분단은 2차 가공에 속한다.

분단

(7) broaching:

broaching은 절삭가공에 속하나 보통 press를 사용하며 판재를 겹쳐 놓고 구멍의 확대가공 등에 사용된다.

broaching

broaching의 정의

(8) bridge:

소재의 이용률을 높이기 위해서는 blank의 외측 간격이나 blank 간의 간격을 작게 하는 것이 좋다. 그러나 간격이 너무 작으면 가공할 때 소재가 punch와 die 사이에 끌려 들어가게 되어 하중이 급증하고 불량품이 되는 수가 있으므로 최소한의 여유는 두어야 한다. 이때의 여유를 bridge라 한다.

☞ 열에 의한 용단(熔斷)

금속의 절단(切斷)

금속의 절단은 chip을 발생하는 기계적인 절단과 열에 의한 용단(熔斷)으로 크게 나눌 수 있다. 용단이 기계적인 절단에 비하여 절단면이 매끄럽지 못하고 용단이 되지 않는 금속이 있지만, 구조상 기계적 절단이 어려운 것을 절단할 수 있어 편리하게 사용되고 있다.
용단은 열원이 전기인 경우와 gas 연소에 의한 것 등으로 분류할 수 있으나, 본 장에서는 gas 연소에 의한 절단 중에서 일반적으로 많이 이용되는 산소-acetylene 절단에 중점을 두어 설명하고자 한다.

[1] arc 절단

arc 절단은 주철, 황동 등과 같이 gas 절단이 어려운 금속의 절단에 편리하며, 용접의 경우보다 큰 전류의 긴 arc를 사용한다.

arc 절단에는

1. 탄소 arc 절단: 전극으로 탄소봉을 이용하여 전극과 모재 사이에 발생하는 arc 열에 의한 절단이다.
2. 금속 arc 절단: 특수피복 금속봉과 모재 사이에 발생하는 arc 열에 의한 절단으로서, 직류인 경우에는 정극성을 채용한다.
3. 산소 arc 절단: 피복전극과 모재 사이에 arc를 발생시키고 심선 중심부의 중공을 통하여 용금을 불어 내어 절단한다.
4. 불활성 gas arc 절단: MIG 용접과 TIG 용접 장치에서 높은 전류밀도를 사용하여 깊은 용입이 되게한다.
5. plasma arc 절단: 도전성을 띤 gas체인 plasma에 의하여 용융시키고 불어 낸다.

등이 있다.

[2] laser beam 절단

laser beam 절단은 박판의 절단 및 구멍뚫기에 사용되나, 장비가 고가이고 energy 소비가 크다. 자동차 공장에서 body panel의 trimming 등에 이용된다.

 

[3] gas 절단

대부분의 용단(熔斷)은 산소-gas 절단이며, 비철금속에서는 용단부를 단순이 용해시켜 불어 내는 것으로서 용단이 수행되나, 철의 절단에서는 혼합 gas 염으로 800 ~ 1000℃ 정도로 예열하고 이것에 순도가 높은 산소를 고압으로 분사하면 강열한 화학반응에 의한 고온으로 철은 산화( 연소)되며, 기류가 산화철을 불어 내어 2~4mm 폭의 홈이 생긴다.
이 때의 화학반응은 다음과 같다.

gas 절단에는 수동절단(手動切斷)과 자동절단(自動切斷)이 있으며, 아래 그림은 torch tip의 형태, tip의 각도 및 tip과 가공물간의 간격을 보여 준다.

gas 절단 torch의 tip ☜

(1) 수동절단:

절단 torch에는 예열용 acetylene gas의 압력을 기준으로 하여 저압식(低壓式, 0.07kg/cm² 이하)과 중압식(中壓式, 0.07kg/cm² 이상)이 있으며, 그림은 저압식 torch로서, 예열용 산소-acetylene 혼합 gas 도관과 순수 산소만을 보내는 도관으로 되어 있다.

gas 절단의 animation

저압식 torch의 구조

gas 절단에서는 절단홈의 밑으로 갈수록 slag의 방해, 산소의 오염 등에 의하여 산화작용이 느리고, 불어 내는 압력이 저하하기 때문에 그림과 같이 上下의 절단거리에 차이가 생기며, 이 차이를 drag 또는 drag 거리라 한다. 이 drag는 절단성을 판정하는 기준이 되며, 절단속도, 산소소비량 등에 따라 변하고, 절단속도가 아주 느리면 drag는 0 이 된다. 산소량과 산소압력을 증가시키면 drag는 짧아지나, 산소압력을 증가시켜도 더 이상 drag가 짧아지지 않는 한계가 있다. drag가 길게 되는 조건에서 절단하면 절단비용은 감소하나, 절단깊이의 밑부분에서는 절단이 되지 않을 수도 있으므로 drag는 강판두께의 20% 정도가 작업능률의 관점에서 좋다.

(2) 자동절단:

공작물을 절단할 때 절단기가 이동대와 함께 track 위를 자동 이동하면서 직선 또는 곡선절단할 수 있는 자동절단기가 있다. 아래 표의 조건에 따라 강판과 torch tip 간의 거리 등을 선정하고, 절단 시작점을 충분히 예열하여 용융점에 이를 때 순수 산소 valve를 열어 산화, 분출시키면서 이동대를 track상에서 이동시켜 절단한다.

2 ~ 3개의 torch로 홈을 자동절단하는 예

(3) 수중 gas절단:

수중절단은 침몰선의 해체, 교량의 보수 등 불가피하게 수중 작업을 요하는 곳에서 이용되며, 일반 torch와 다른 점은 그림과 같이 용접 중 물의 침입을 막기 위하여 압축공기를 분출하는 구멍이 하나 더 있다. acetylene gas는 수중 7.5m 깊이까지 사용할 수 있고, 보다 깊은 곳에서는 압력에 의한 안전상 수소 gas를 사용한다.

수중 절단 torch tip

(4) gas gouging:

일명 따내기라고도 하며, 가공물의 일부분을 용융시켜 불어 냄으로써 홈을 내는 가공이다. 아래 그림과 같이 gouging torch tip을 30 ~ 45°경사지게 하여 예열하고, 표면이 점화온도에 달하면 tip을 6 ~ 12mm 정도 후퇴시켜 산소 valve를 서서히 열고 작업을 진행한다.

U형 홈 가공용 gas gouging torch tip	gouging 작업

☞ 고속도강(高速度鋼; high speed steel, H.S.S.)

고속도강(高速度鋼; high speed steel, H.S.S.):

고속도강은 1900년경에 Taylor와 White에 의하여 개발되었으며, C가 0.7 ~ 1.5% 정도인 탄소강에 W, Cr, V, Mo 등의 금속원소를 합금시킨 일종의 합금공구강으로서 널리 사용되고 있고, 특히 충격을 받는 단속절삭(斷續切削)에 많이 사용되는 공구재료이다. 개발 당시에는 고온경도가 커서 고속절삭에 적합한 공구재료라 하여 붙여진 이름이나, 보다 고온경도가 큰 공구재료가 개발되어 사용되고 있는 현 시점에서는 본래의 의미는 퇴색되었지만 아직도 많이 사용되고 있으며, 다음은 대표적인 고속도강의 성분 예이다.

1.Hacksawing machine

1)Hacksawing machine 의 구조

 그림 19-1에서 saw frame 1은 crank의 회전에 의하여 arm 2에 따라 활동하여 왕복운동을 한다.
 귀환행정에서 hacksaw의 공작물에 대한 접촉을 가볍게 하도록 유압장치가 있다. piston3에 있는 구멍 4를 통하여 piston이 상승할 때에는 oil이 쉽게 밑으로 유출할 수 있으나 하강 할 때에는 valve 5에 의하여 방해를 받아 서서히 이송하게 된다.
  hacksawing machine의 규격은 hacksaw의 행정 및 절삭을 할 수 있는 최대 치수로 표시 한다.

2.Circular sawing machine

1)Circular sawing machine(원판톱 기계)의 구조
 그림 19-4는 원판톱 기계의 각부 명칭과 구조이다.
 규격은 원판톱의 지름과 절단할 수 있는 최대지름으로 표시한다.

3.Hand sawing machine(띠톱기계)

 사진 19-1은 수평식 띠톱기계이다.
 띠톱의 절단운동 방향에 따라 수평식과 수직식의 종류가 있다.
수평식 띠톱기계는 절삭속도가 크고 scrap손실이 적으며,수직식은 절단작업과 윤곽작업을 할 수 있다. 윤곽작업은 가공물을 table위에서 움직여 행한다.
band saw에는 그림 19-6과 같이 여러 종류가 있고,1 in 당2~32개의 톱니를 갖는 pinch로 되어 있다.
 절삭속도는 band sawing machine과 band saw의 조건,가공물의 조건에 따라 다르다.
band saw butt용접은 대단히 중요하며 톱기계에 용접기가 장치된 것도 있다. 용접열이 냉각되기 전에 풀림(annealing)처리까지 한다.

목공용과 금속 절단용이 있다. 양끝이 없는 환상의 띠톱을 구동시켜 목재 또는 금속의 절단 작업을 하는 기계.

톱 가공

톱으로 금속을 절단하는 방법은 아래의 3가지로 구분할 수 있다.

구분	설명	비고
기계 활톱 Hack Sawing M/C	- 톱날의 왕복 운동으로 절단 - 보통 날끝만 담금질 경화한 고속도강제 톱날 사용 - 얇은 재료는 피치가 작은 톱날 사용
기계 둥근톱 Circular Sawing M/C	- 톱날의 회전 운동으로 절단 - 원판의 외주에 톱날이 있는 둥근 톱 사용
기계 띠톱 Band Sawing M/C	- 띠톱의 직선 운동으로 절단 - 형판 등의 윤곽 절단등에 적용 - 띠톱 맞대기 용접 및 용접부 연삭 다듬질 장치 부착