리밍은 어떻게 구멍의 정밀도와 표면 마감을 향상시키나요?

리밍이란 무엇인가?

리밍은 리머를 사용하여 구멍 벽면의 금속을 매우 얇게 제거함으로써 치수 정밀도를 높이고 표면 거칠기를 줄이는 구멍 마무리 공정입니다. 이 공정은 지나치게 단단하지 않은 재료의 중간 직경 구멍을 마무리하는 데 일반적으로 사용되며, 호닝이나 래핑을 하기 전의 준비 공정으로도 활용될 수 있습니다. 기계 리밍은 높은 생산성과 적은 인력 투입을 필요로 하여 대량 생산에 적합합니다.

리밍 가공을 통해 IT9에서 IT7 수준의 정밀도와 일반적으로 Ra 1.6~0.8 µm의 표면 거칠기를 달성할 수 있습니다. 이러한 성능은 리머의 특수한 형상, 적은 가공 여유, 그리고 낮은 절삭 속도 덕분에 가능합니다.

예를 들어, Ra 1.6의 표면 마감도가 요구되는, 간격이 균일한 6개의 Ø20H7 구멍은 리밍에 적합한 대상입니다.

IT8 공차는 일반적으로 리밍을 한 번만 수행해도 완성할 수 있습니다. IT7 공차는 리밍을 두 번 수행해야 합니다. 먼저 공경보다 0.05~0.2 mm 작은 리머로 가공한 다음, 공차에 맞는 마무리 리머로 가공합니다. IT6 공차는 리밍을 세 번 수행해야 합니다.

리밍은 위치 오차를 보정하는 능력이 제한적이므로, 선행 공정을 통해 요구되는 위치를 확보해야 합니다. 동축도나 위치 공차가 엄격한 구멍의 경우, 스팟 드릴링, 드릴링, 황삭 보링을 거친 후 리밍을 수행할 수 있습니다. 리밍을 수행하기 전에 구멍 표면의 거칠기는 Ra 3.2 µm 미만이어야 합니다.

절삭유는 표면 품질을 향상시키고 칩을 제거하는 데 도움이 됩니다. 리밍 가공은 열 발생량이 많지 않으므로, 일반적으로 표준 절삭유만으로도 충분합니다.

리머의 구조 및 선정

리머 구조

머시닝 센터에서는 일반적으로 표준 리머를 사용합니다. 일반적인 형태로는 직축 리머, 테이퍼축 리머, 쉘 리머 등이 있습니다. 일반적인 직경 범위는 직선 섕크 공구의 경우 Ø6~Ø20 mm, 테이퍼 섕크 공구의 경우 Ø10~Ø32 mm, 쉘 리머의 경우 Ø25~Ø80 mm입니다. 리머는 일반적으로 H7, H8, H9 정밀 등급으로 제공됩니다.

공구의 앞부분은 진입 모따기(entry chamfer) 또는 리드(lead)라고 하며, 이는 모따기가 되어 있지 않은 구멍에 공구가 진입하는 데 도움을 줍니다. 일부 리머에는 절삭 작업의 대부분을 담당하는 테이퍼형 절삭부가 포함되어 있습니다. 이 부분의 작은 반각(일반적으로 1°~15°)은 중심 정렬을 향상시키고 얇은 칩을 생성합니다.

사이징 부위는 구멍의 직경을 보정하고, 구멍 내벽을 마감하며, 공구를 안내하는 역할을 합니다. 이 부위의 원통형 부분은 리머의 직경을 유지해 주며 측정면을 제공합니다. 후단부의 미세한 역테이퍼는 구멍 내벽과의 마찰을 줄여줍니다.

리머 직경 결정

구멍의 정밀도는 주로 리머의 치수 정밀도에 좌우됩니다. 새로운 표준 원통형 리머에는 종종 연삭 여유분이 포함되어 있어 표면 마감 상태가 불충분할 수 있습니다. 따라서 IT8보다 더 정밀한 구멍을 가공하기 전에, 리머의 직경을 요구되는 치수로 연삭해야 합니다.

리밍된 구멍은 팽창하거나 수축할 수 있으며, 이러한 현상에 대해 일률적으로 적용할 수 있는 허용 오차는 없습니다. 실용적인 치수 결정 방법은 다음과 같습니다:

• 리머의 기본 직경 = 구멍의 기본 직경.
• 상한 편차 = 구멍 직경 공차의 3분의 2.
• 편차가 작을수록 = 구멍 직경 공차의 1/3.

공차 +0.021/-0 mm인 Ø20H7 구멍의 경우, 리머의 기본 직경은 Ø20 mm이며, 상한 편차는 2/3 × 0.021 = 0.014 mm, 하한 편차는 1/3 × 0.021 = 0.007 mm입니다. 따라서 선택된 리머 직경은 Ø20 mm이며, 편차는 +0.014/+0.007 mm입니다.

치아 수 선택

리머는 다중 절삭날을 가진 공구이며, 절삭날 수는 구멍의 직경과 정밀도에 따라 달라집니다. 표준 리머는 4개에서 12개의 톱니를 가지고 있습니다. 톱니 수가 너무 많으면 제조 및 연마가 어려워지고, 고정된 직경에서 톱니 강도가 저하되며, 칩 배출 공간이 제한되어 칩이 쌓이거나, 벽면 긁힘, 또는 절삭날 치핑이 발생할 수 있습니다. 반면 톱니 수가 너무 적으면 안정성이 떨어지고, 톱니당 부하가 증가하며, 형상 오차가 발생할 가능성이 높아집니다.

리머는 직선형 또는 나선형 톱니를 가질 수 있습니다. 왼쪽 나선형 홈이 있는 나선형 리머는 나선 구조 덕분에 칩을 구멍 바닥 쪽으로 밀어내어 구멍 너머의 열린 공간으로 배출하기 때문에 관통 구멍에 적합합니다. 그러나 막힌 구멍에는 적합하지 않습니다.

리밍 매개변수 선정

리밍 여유

리밍 여유량은 리밍 공정을 위해 남겨두는 재료의 깊이를 말합니다. 일반적으로 카운터보링이나 보링의 여유량보다 작습니다. 여유량이 지나치게 크면 절삭 압력이 증가하고, 리머가 손상될 수 있으며, 표면 마무리가 나빠집니다. 여유량이 클 경우에는 거친 리밍과 정밀 리밍을 별도의 공정으로 나누어 수행해야 합니다.

여유가 부족하면 공구의 조기 마모를 유발하고, 정상적인 절삭을 방해하며, 표면 마감 품질도 저하될 수 있습니다. 일반적인 여유는 0.1~0.25 mm이며, 큰 구멍의 경우 0.3 mm를 초과해서는 안 됩니다. 일반적으로 리머 직경의 1%에서 3%에 해당하는 양을 직경 방향 여유를 확보하는 것이 권장됩니다.

이송 속도

리밍 이송량은 일반적으로 드릴링 이송량의 2~3배입니다. 이송량을 늘리면 리머가 마찰보다는 절삭을 더 잘하게 되지만, 이송량이 증가함에 따라 표면 거칠기 Ra는 커집니다.

이송량이 너무 적으면 방사형 마찰이 증가합니다. 이 경우 리머가 빠르게 마모되고, 진동이 발생할 수 있으며, 구멍 표면이 거칠게 남을 수 있습니다.

스핀들 회전 속도

모든 절삭 매개변수가 리밍된 표면의 거칠기에 영향을 미치지만, 절삭 속도가 가장 큰 영향을 미칩니다. 중탄소강에서 고속강 리머를 사용하여 Ra 약 0.63을 얻으려면, 빌트업 에지가 형성될 가능성이 없도록 절삭 속도를 5 m/min을 초과하지 않아야 합니다. 주철 칩은 미세한 입자로 부서지기 때문에 빌드업 에지가 쉽게 형성되지 않으므로, 절삭 속도를 8~10 m/min까지 높일 수 있습니다.

일반적으로 리밍 스핀들 속도는 동일한 재질에서 드릴링 속도의 3분의 2로 설정하는 것이 일반적입니다. 예를 들어, 드릴링 속도가 500 r/min인 경우, 적절한 리밍 속도는 500 × 0.660 = 330 r/min입니다.

리밍에 캔드 사이클 사용

리밍 공정은 다른 구멍 가공 공정과 유사합니다. 막힌 구멍의 경우, 드릴링 후 리밍을 진행하지만, 구멍 안에 남아 있는 드릴링 칩이 리머의 작동을 방해할 수 있습니다. 따라서 작업자가 칩을 모두 제거할 수 있도록 리밍 전에 M00 프로그램 정지 명령을 사용해야 합니다.

리밍 프로그램에서도 고정 사이클을 사용합니다. FANUC 제어 장치에는 전용 리밍 사이클이 정의되어 있지 않지만, G85는 구멍 안으로 들어갈 때와 나올 때 동일한 이송 속도로 가공하기 때문에 적합합니다.