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CNC 가공에서 가장 성가신 결함 중 하나는 CNC 가공 강재 부품 부품입니다. 기계 상에서 정확히 측정되던 부품이 클램프 해제 후, 열처리 과정 중, 혹은 최종 검사 도중 갑작스럽게 휘어질 수 있습니다. 그 결과는 폐기, 재가공, 납기 지연, 고객 불만입니다.
현장 실무 시험, 공구 설계 개선 프로젝트, 그리고 실제 생산 환경에서 수집된 열응력 시험 데이터를 바탕으로, 본 기사는 강재 부품이 CNC 가공 중 왜 휘어지는지—그리고 이를 정확히 어떻게 예방할 수 있는지를 검증된 공학적 방법을 사용해 설명합니다.
CNC 가공 강재 부품에서의 휨 현상이란 무엇인가?
휨은 잔류 응력, 열적 온도 구배 또는 비균일한 재료 제거에 의해 유발되는 의도하지 않은 치수 왜곡을 의미합니다.
일반적인 증상에는 다음이 포함됩니다:
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가공 완료 후 평판의 휨 발생
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조가공 후 장축의 휨 발생
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풀림 중 얇은 벽면의 비틀림 발생
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열처리 후 구멍의 원형도 저하
유압 장비 공급업체에서 AISI 1045 밸브 본체 가공을 대상으로 실시한 6개월간의 연구 결과:
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변형 관련 불량률 감소 28%
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재작업 소요 시간 감소 34%
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평탄도 편차 개선: 0.19 mm → 0.06 mm
—아래에 설명된 공정 변경 후 발생.
CNC 가공 강재 부품이 휘어지는 이유: 주요 원인
1. 원자재 내 잔류 응력
열간 압연 또는 단조된 강철 바에는 종종 성형 및 냉각 과정에서 발생한 내재 응력이 포함되어 있습니다.
가공 시 재료가 불균일하게 제거되면, 이러한 응력이 재분배되어 부품이 휘어지게 됩니다.
관찰 사례:
응력 완화 처리 없이 4140 단조 판을 가공한 결과, 마감 후 400 mm 길이 기준으로 0.32 mm의 휨 이 발생했습니다.
2. 절단 중 열 축적
강철은 가열될 때 팽창합니다. 공격적인 절삭 전략 또는 냉각유 흐름 부족은 특히 다음 부위에서 열 기울기를 유발합니다.
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깊은 포켓
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얇은 리브
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긴 마감 절삭 공정
시운전 중 열화상 촬영 결과, 얇은 플랜지 전체에 걸쳐 42°C의 온도 차이 가 측정되었으며, 이는 측정 가능한 변형을 유발할 수 있는 수준입니다.
3. 불균형 재료 제거
재료를 한쪽 면에서 먼저 대부분 제거하면 내부 응력이 비대칭적으로 해방됩니다.
이는 다음 경우에 흔히 발생합니다:
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하우징 부품
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구조용 브래킷
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대형 판재
4. 고정장치로 인한 변형
얇은 강재 부품을 과도하게 클램프하면 탄성 변형이 발생할 수 있다. 클램프를 해제하면 부품은 왜곡된 형태로 되돌아간다.
진공 고정장치에 대한 힘 센서 테스트 결과, 클램프 하중을 35% 감소시키면 가공 후 평탄도 오차가 절반으로 줄어든다.
5. 가공 후 열처리
부품을 적절히 지지하지 않거나, 열처리 후 마감 가공을 위한 충분한 재료 여유량(머신링 스톡)이 확보되지 않은 경우, 담금질 및 템퍼링 공정에서 새로운 내응력이 유발될 수 있다.
CNC 가공 강재 부품의 왜곡 방지 방법
우선 재료의 응력을 제거한다
핵심 부품의 경우:
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탄소강/합금강의 응력 제거 어닐링: 550–650°C
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두께 25 mm당 1시간 보온
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제어된 용광로 냉각
생산 결과:
응력 제거 처리된 4140 강판에서 확인된 결과: 최종 가공 중 왜곡량 62% 감소 최종 가공 중
균형 잡힌 조가공 전략 사용
한 면을 완전히 마무리하는 대신:
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대칭적으로 재료 제거
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교차 면 가공
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마감을 위한 균일한 여유 재료 유지 (0.5–1.0 mm)
이 접근 방식을 적용한 CAM 템플릿은 평면도 오차를 45%구조 부품에서 감소시켰다.
열 발생을 줄이기 위한 절삭 조건 최적화
생산성 저하 없이 열 입력을 낮추기:
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고효율 밀링 사용 (10–20% 스텝오버, 깊은 축 방향 절삭)
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광택 처리된 날끝을 갖는 날카로운 인서트
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열 안정성을 위한 AlTiN 코팅
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고압 냉각유(50–80 bar)
최적화 후 측정된 스핀들 전력 소비량이 14% 감소했으며, 표면 온도는 18°C 하락했다.