2.1.6 브로우치 가공 (Broaching)

브로우칭은 다수의 날이 순차적으로 배열된 공구(broach)로 공작물 표면을 세게 누른 상태에서 1회 통과시켜 브로우치의 단면 형상대로 공작물을 가공하는 방법이다.

호환성이 요구되는 정밀도가 높은 제품을 1회에 가공할 수 있으며, 복잡한 형상의 제품에도 적용이 용이하다.

단, 브로우치의 제작에 많은 비용이 소요되므로 주로 대량 생산에 적용된다.

1) 브로우치의 종류

브로우치는 분류 기준에 따라 아래와 같이 여러 가지로 분류할 수 있다.

분류 기준	종류	특성	비고
구동 방법	인발식	- 브로우치를 끌어 당겨 가공하는 방식 - 길이가 길고 많은 날이 있는 형태	가장 일반적인 방식
	압입식	- 브로우치를 뒤에서 밀어 넣어 가공하는 방식 - 길이가 짧고 날 수가 적어 강성이 큰 형태	보통 2회 이상으로 가공 브로우치 제작 용이
	회전식	- 원판형 브로우치의 측면 날로 회전하며 가공 - 무부하 복귀운동이 불필요해 작업 능률 우수	표면 가공에 적용 효율적인 가공 가능
가공면 위치	내면	- 구멍 내면 가공 - 구멍 내벽에 의해 안내되므로 안내를 위한    별도의 특별한 장치 불필요	복잡한 단면 형상 구멍도 고정도로 쉽게 가공
	표면	- 평면 또는 곡면으로 된 공작물 외면 가공 - 강성이 높은 안내면 필요
	외면	- 공작물의 전체 외주 가공(예 ; 기어 전체이) - 보통 브로우치를 여러개로 분할 제작하고   조립하여 사용
구조	일체형	- 브로우치 전체를 일체로 제작	Solid Broach
	조립형	- 브로우치를 분할해 제작하고 조립해 사용 - 외면 브로우치에 주로 적용	Combined Broach
	심은날	- 분리된 절삭날을 본체에 부착 사용	Inserted Type Broach
기능	단능형	- 절삭 또는 소성 변형(버니싱) 중 한가지 기능   만을 가진 브로우치	예) 버니싱용 브로우치
	복합형	- 위의 두가지 기능이 복합된 브로우치 - 앞부분의 절삭날로 절삭후 맨 뒤의 둥근 날로   버니싱
가공량	거친 절삭용		아래 '절삭 깊이' 참조
	다듬질 절삭용
	버니싱용

2) 브로우치의 구조

일반 브로우치를 구성하고 있는 부분은 아래 4가지로 구분할 수 있다.

구분	설명	특기 사항
생크(shank)	기계에 브로우치를 장착하기 위한 부분 인발식에서는 주로 코터(Cotter) 사용
안내부	브로우치를 안내할 수 있도록 전가공면보다 약간 작은 칫수(0.02~0.05 mm)의 동일 단면 형상으로 한 부위	가공 구멍 길이보다 길게 함
절삭부	실지로 절삭을 행하는 날 부위 - 각 절삭날당 절삭량을 일정하게 해야 됨.
평행부	절삭부에서 절삭한 면의 치수 정밀도와 면 조도 개선을 위해 설치된 동일 칫수의 평행한 수개의 날 부위

◆ 절삭날의 피치

절삭날의 피치는 거친 절삭용에서는 칩 배출을 위해 크게 할 필요가 있으며, 다듬질용은 작게한다.

또, 유동형 칩이 나오는 재료보다 주철, 청동 등과 같이 열단형이나 전단형 칩이 나오는 재료에서 피치를 더 크게 할 필요가 있다.

단, 거친 절삭용에서도 가공시 최소 2~3개의 절삭날이 동시에 절삭을 행하도록 할 필요가 있으며, 보통 아래 식을 기준으로 결정한다.

피치 = 1.75 * SQRT(공작물 길이) (mm)

◆ 절삭 깊이

브로우치 가공에서 절삭 깊이는 각 절삭날 한 개당 절삭 깊이를 의미한다.

절삭 깊이가 너무 작으면 절삭날이 가공물에 파고 들기 힘들게 되어 여유면 마찰로 인한 마모로 수명이 단축된다.

반면에 너무 크면 다듬질면의 조도가 나빠지고, 진동이 생길 우려도 증가하므로, 적정한 수준에서 결정할 필요가 있다.

일반적으로 적용되는 절삭 깊이는 아래 표와 같다.

구분		절삭 깊이	비고
거친 절삭	대형	0.1 ~ 0.2 mm
	중소형	0.01 ~ 0.08 mm
다듬질 절삭		0.02 mm 이하
버니싱		0 ~ 0.003 mm

◆ 절삭날 형상

 - 경사각

클수록 절삭성이 좋아지고 다듬질면도 양호해지지만, 너무 커지면 절삭날의 강성이 약해져 변형으로 인한 진동 등의 문제로 수명이 짧아진다.

브로우치는 일반적으로 제작 비용이 아주 고가인 공구인 점을 고려해 수명 연장을 위해 다른 공구에 비해 경사각을 약간 작게 한다.

 - 여유각

브로우치 가공에서 여유각이 절삭성에 미치는 영향은 아주 작다.

되도록 여유각을 작게 해 절삭날의 수명을 길게 하는 것이 유리하다.

 - 랜드(Land)부

랜드부의 주 설치 목적은 재연삭시 칫수 변화를 줄이기 위한 것이다.

그러므로, 재연삭 칫수 변화가 크게 문제가 되지 않는 거친 절삭을 하는 절삭날일수록 작게 하며, 일반적으로 하나의 브로우치 내에서도 랜드 폭은 다르게 적용한다.

◆ 절삭날 경사각

표면 브로우치나 각형 내면 브로우치는 일반적으로 절삭날이 순차적으로 공작물과 접촉하도록 해 진동을 줄이고 절삭성을 개선할 수 있도록, 절삭날을 축방향에 대해 직각으로 하지 않고 경사지게 하는 경우가 많다.

절삭날 경사각(Inclination Angle)은 한 개의 절삭날 전체가 공작물 내부로 들어갔을 때, 다음 절삭날이 공작물과 접촉을 하고 있도록 해야 된다.

예) 각형 내면 브로우치의 경우 절삭날 경사각 계산

      : Tan(절삭날 경사각) > (피치 / 공작물 폭)

◆ 칩 브레이커 (Chip Breaker)

브로우치 가공에서는 보통 폭이 넓은 칩이 발생하게 되므로, 칩을 잘게 잘라 칩 배출을 용이하게 할 수 있도록 절삭날에 칩 브레이커를 만들어 준다.

보통 간격 10~15 mm, 폭 0.5~2 mm, 깊이 0.5~1 mm 정도로 하며, 인접하고 있는 절삭날과 엇갈리게 한다 (한칸씩 걸러 동일 위치).

최종 다듬질면 손상을 막기 위해 맨 뒤의 5~8개의 절삭날에는 칩 브레이커를 만들지 않는다.

◆ 버니싱용 브로우치

버니싱용 브로우치는 버니싱 전용의 단능형과 다듬질 절삭날 뒤에 버니싱날이 있는 복합형의 2가지 종류가 있다.

버니싱용 브로우치의 날당 다듬질 여유는 0.02 mm 이내, 전체 버니싱 여유는 0.15 mm 이내로 한다.

버니싱날은 다듬질면 표면조도를 위해 랩핑해 사용한다.

◆ 회전 브로우치

원판의 측면에 날이 있는 밀링 커터와 비슷한 형태의 브로우치를 말한다.

1회전하는 동안에 거친 절삭과 다듬질 절삭을 완료한다.

절삭량이 크고, 정도가 높으며 다듬질면의 조도도 우수하고, 작업 능률이 높은 장점이 있다.

3) 브로우칭 머신

브로우칭 머신의 구동은 보통 유압식이나 나사와 너트에 의한 기계식이 사용된다.

용량은 최대 인장력(톤 : ton)과 브로우치를 붙이는 슬라이드의 행정 길이로 표시한다.

브로우칭 머신은 아래와 같이 구분할 수 있다.

분류 기준	구분	설 명	비고
브로우치 설치방향	수평형	브로우치가 수평으로 설치 - 내면 가공용 장비를 표면 가공에도 사용 가능 - 행정 길이에 제한이 없어, 아주 긴 제품도 가공 가능
	수직형	브로우치가 수직으로 설치 - 기계 설치 면적이 작아도 됨 - 자중으로 인한 처짐이 없어 정밀도 우수
용도	내면	내면 가공용(Internal Broaching Machine)
	표면	표면 가공용(Surface Broaching Machine)
동시 설치 브로우치 수	단축형	한 개의 브로우치만 설치
	다축형	작업 능률 향상을 위해 여러개의 브로우치 사용 - 여러개의 공작물 동시 가공 또는 작업중 공작물 교체
작업방식	인발	인발식 브로우치 사용 장비
	압입	압입식 브로우치 사용 장비
	연속	다수의 공작물을 연속적으로 가공하는 장비로 주로 표면 브로우칭 장비에 적용
	회전	회전식 브로우치 사용 장비

4) 브로우치의 재연마

일반적으로 브로우치는 공작물 500~2500개 정도를 가공하면 재연마가 필요하다.

브로우치는 평행부의 절삭날이 없어질 때까지 계속 재연마 사용이 가능하다.