선삭 가공 시 딱 맞 는 절삭유 를 써야 하 는 이유 
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 입력 : 2018 . 04 . 11 09 : 18 
 절삭 가공 , 선삭 가공 모두 절삭유 는 피 삭 재 표면 의 가공 품질 을 결정 하 는 중요 한 요소 다 . 뿐 만 아니 라 절삭 공구 의 수명 에 도 지대 한 영향 을 끼친다 . 따라서 가공 성질 에 맞 는 최적 의 절삭유 를 선택 하 는 것 은 절삭 공구 를 선택 하 는 것 만큼 이나 중요 하 다 . 
 이번 4 월 호 에 는 절삭유 의 종류 와 선삭 가공 재질 에 따라 가장 잘 맞 는 절삭유 는 무엇 인지 살펴본다 . 이 콘텐츠 는 도서 출판 성안 당 에서 발행 한 ‘ 선삭 공구 의 모든 것 ’ 중 의 일부 를 발췌 하 고 다듬 은 것 이 다 . 
 절삭 가공 의 주역 은 어디 까지 나 공구 와 가공물 이 다 . 그리고 공구 수명 을 연장 하 고 다듬 질 면 거칠 기 나 치수 정밀도 를 향상 시키 기 위하 여 보조 역할 을 하 는 것 이 절삭유 다 . 
 1 . 절삭유 종류 와 기능 
 절삭유 의 주요 분류 와 각각 이 갖 는 특성 을 비교 한 것 을 < 표 1 > 에 나타냈 다 . 
 ▲ 표 1 절삭유 의 분류 와 특성 
 1 ) 불 수용성 절삭유 
 ‘ 미닫이 와 문지방 사이 에 재봉틀 기름 을 쳤 더니 잘 미끌어지 더라 ’ 하 는 경험 을 가진 사람 이 많 으리라 생각 한다 . 이것 은 기름 의 점성 효과 에 의한 것 으로 절삭 가공 에서 도 공구 와 가공물 또는 칩 사이 마찰 에 대하 여 동일 한 효과 가 나타난다 . 
 다만 , 실제 절삭 가공 에서 마찰 면은 고온 · 고압 에 노출 되 기 때문 에 기름막이 떨어져 나가 고 고체화 되 는데 , 이 는 여러 가지 첨가제 를 통해 보완 하 고 있 다 . 유성형 ( 油性 形 ) 은 광유 에 유지 또는 지방산 에스텔 등 의 유성 향상 제 를 첨가 한 것 이 다 . 
 그 들 분자 는 마찰 면 에 규칙 적 으로 물리 · 화학 흡착 되 어 금속 간 접촉 을 막아주 는 역할 을 한다 . 다만 이렇게 된 흡착 피막 은 일반 적 으로 하중 지지 능력 이 낮 고 비교 적 저온 에서 이탈 되 기 때문 에 열 의 발생 이 적 은 비철 금속 이나 강의 경절 삭 외 에 는 효과 적 이 지 않 다 . 
 반면 , 극 압 형 ( 極 壓 形 ) 의 절삭유 는 유성 향상 제 에 더 하 여 다시 염소 계 , 유황 계 화합물 로 대표 되 는 극 압 첨가제 란 것 이 배합 되 어 있 다 . 이것 은 마찰 면 에 높 은 녹는점 · 저 전단력 의 고체 윤활 피막 을 형성 하 여 마찰 · 마모 를 감소 시킨다 . 또 칩 이 날 끝 에 용착 되 는 것 도 적어져 날 끝 의 형성 이 억제 되 므로 다듬 질 면 거칠 기 도 향상 된다 . 
 극 압 형 절삭유 는 일 반강 이나 내열 합금강 등 의 중 절삭 또는 난 삭 재의 가공 등 에 쓰이 는데 일반 적 으로 공구 수명 을 연장 시키 는 데 는 염소 계 첨가제 가 많 은 불활성 극 압 형 , 다듬질 면 거칠 기 의 향상 에 는 유황 계 첨가제 가 많 은 활성 극 압 형 절삭유 가 적합 하 다 . 
 ▲ 불 수용성 절삭유 
 2 ) 수용성 절삭유 
 에멀션 ( Emulsion ) 형 은 광유 및 계면 활성제 를 주성분 으로 하 고 희석 액 은 보통 유백색 을 띈다 . 솔 루블 ( Soluble ) 형 은 계면 활성제 및 방청제 로 이루어지 고 희석 액 은 투명 또는 반투명 이 다 . 어느 것 이나 비열 ( 比熱 , Specific heat ) 이 불 수용성 절삭유 의 2 배 이상 이 기 때문 에 그 우수 한 냉각 효과 를 살려서 강 , 주철 , 비철 합 급 등 의 절삭 , 연삭 가공 에 쓰이 고 있 다 . 크 게 나누 면 윤활 성 이 비교 적 양호 한 에멀션 형 은 절삭 용 , 침투 성 과 세정 성 이 양호 한 솔 루블 형 은 연삭 용 으로 구분 된다 . 
 또 여기 에 극 압 첨가제 를 배합 해 윤활 성 을 좀 더 높일 수 있 는데 , 특히 에멀션 의 경우 지금 까지 수용성 화 는 어렵 다고 했 던 저속 중 ( 重 ) 절삭 에 도 적용 되 고 있 다 . 부차 적 인 성질 로 수용성 절삭유 에 는 연기 가 나 거나 화재 의 걱정 이 없 다는 이점 이 있 는 반면 , 녹 이나 부패 의 발생 에 는 충분 한 주의 가 필요 하 다 . 
 ▲ 수용성 절삭유 
 2 . 절삭유 선정 기준 
 일반 적 으로 선삭 가공 분야 에서 는 절삭 속도 의 고속화 에 따라 초경 이나 서멧 ( Cermet ) 의 스로 어웨이 팁 ( throw away tip ) 이 공구 의 주류 를 차지 하 고 있 다 . 그 와 함께 건식 절삭 의 비율 이 높 은 편 이 다 . 절삭유 가 필요 한 주 된 예 로 는 다듬질 면 정밀도 가 요구 되 는 다듬질 가공 , 내열강 등 의 난 삭 재 가공 , 그리고 NC 선반 이나 기존 의 고속 도 공구강 공구 를 쓰 고 있 는 가공 등 을 들 수 있 다 . 
 이번 장 에서 는 각 피 삭 재 마다 절삭유 의 효과 와 선정 포인트 에 대해 살펴본다 . 
 1 ) 탄소강 선삭 에 적합 한 절삭유 
 코팅 고속 도 공구강 을 포함 하 여 고속 도 공구강 공구 에 의한 절삭 에 는 극 압 첨가제 를 포함 하 지 않 는 범용 에멀션 또는 솔 루블 형 수용성 절삭유 가 권장 된다 . 가공 조건 이 엄하 여 공구 수명 또는 다듬질 면 거칠 기에 불안 을 느낄 경우 는 극 압 첨가제 가 들어간 중 절삭 용 에멀션 이 적합 하 다 . 
 불 수용성 절삭유 를 쓰 는 것 이 라면 우선 불활성 극 압 형 을 적용 해 보 는 것 이 좋 다 . 다만 , 탄소 함유량 이 0 . 3 % 정도 이하 의 저탄소강 에서 는 구성 날 끝 이나 용착물 이 남 기 쉬우므로 활성 극 압 형 의 불 수용성 절삭유 를 우선 적 으로 다루 는 경우 도 있 다 . < 그림 1 > 은 각종 절삭유 에 의한 다듬질 면 거칠 기 를 비교 한 것 이 다 . 불 수용성 절삭유 , 특히 염소 , 유황 계 극 압 첨가제 를 함유 하 는 활성 극 압 형 절삭유 에 의한 구성 날 끝 의 억제 효과 가 잘 나타나 있 다 . 
 ▲ 그림 1 절삭유 별 다듬질 면 거칠 기 
 또 NC 선반 , 특히 피터 맨 타임 의 샤프트 가 공기 등 에서 는 가이드 부시 의 스 커핑 등 을 방지 하 기 위하 여 불 수용성 절삭유 가 쓰이 는 경우 가 많 다 . 일반 적 으로 극 압 형 이 적합 하 지만 , 이 경우 는 동 이나 황동 부품 의 부식 ( 변색 ) 에 유의 할 필요 가 있 다 . 
 한편 초경 공 구 일 때 는 건식 또는 범용 수용성 절삭유 가 적당 하 다 . 초경 은 고속 도 공구강 에 비해 고온 강도 가 우수 하 므로 과도 한 냉각 은 필요 하 지 않 다 . 열 피로 에 의한 치핑 ( Chipping ) 의 발생 등 을 고려 하 여 수용성 절삭유 중 어느 것 이나 냉각 작용 이 좋 은 에멀션 형 이 바람직 하 다 . 
 저탄소강 에 대해서 는 고속 절삭 하 면 날 끝 온도 가 상승 하 여 구성 날 끝 은 용착 되 어 비교 적 양호 한 다듬질 면 이 얻 어 진다 . 따라서 극 압 형 보다 오히려 유성 형 인 불 수용성 절삭유 로 상응 한 효과 를 기대 할 수 있 다 . 
 또 마모 가 진행 된 공구 를 사용 할 때 에 는 절삭유 의 급유 효과 가 현저 하 다는 보고 가 있 다 . 다음 질 면 거칠 기 의 유지 개선 뿐 만 아니 라 공구 수명 의 연장 이 란 의미 에서 도 유제 의 효과 가 얼마나 큰가 를 시사 한다 . 
 그런데 절삭유 를 사용 할 경우 , 절삭유 종류 선택 은 물론 이거 니 와 급유 방식 이 중요 한 요인 이 된다 . 예 를 들 어 탱크 내 의 절삭유 온도 가 실내 온도 보다 20 ~ 30 ℃ 이상 높 아 지 면 절삭유 종류 를 재 검토 하 고 , 급 유량 이나 탱크 용량 을 늘리 는 방법 을 써야 한다 . 
 일반 적 으로 급유 량 은 분당 10 ~ 20 ℓ 이상 이 필요 한 것 으로 얘기 하 지만 가공 부품 의 크기 에 따라 이 값 은 변하 므로 각 가공 현장 에서 최 적량 을 정하 는 것 이 중요 하 다 . 또한 급유 효과 를 높이 는 방법 으로 는 고압 으로 절삭유 를 뿜어내 는 제트 급유 법 등 을 들 수 있 다 . 
 2 ) 합금강 선삭 에 적합 한 절삭유 
 고속 도 공구강 이나 초경 공구 를 사용 하 는 경우 에 도 절삭유 를 선정 하 는 기준 은 탄소강 과 크 게 다르 지 않 다 . 다만 , 합금강 은 탄소강 에 비해 단단 하 고 , 끈기 가 있 으며 , 용착물 이 생기 기 쉬우므로 다듬 질 면 정밀도 가 좋 지 않 을 때 는 조금 활성도 가 높 은 극 압 형 불 수용성 절삭유 가 적합 하 다 . 
 비교 적 피 삭 성 이 좋 은 크롬강 , 크롬몰리브덴강 등 에 대해서 는 범용 에멀션 , 피 삭 성 이 나쁜 니켈크롬강 , 니켈 크롬몰리브덴강 등 에 는 불활성 극 압 형 불 수용성 절삭유 를 쓰 는 경우 도 있 다 . 
 3 ) 스테인리스강 선삭 에 적합 한 절삭유 
 대부분 의 금속 은 소성 변형 을 받 아 경화 되 는 ‘ 가공 경화 ’ 란 성질 을 갖 고 있 다 . 그리고 이 현상 이 특히 잘 생기 는 재질 의 대표 가 스테인리스강 이 며 , 그 중 에서 도 오스테나이트 계 에 속하 는 재질 이 두드러진다 . 
 스테인리스강 의 절삭 에서 는 다듬질 면 에 변형 이 남 지 않 도록 , 또 형성 된 가공 경화 층 의 영향 을 피하 기 위하 여 예리 한 절삭 날 로 고 절삭 깊이 , 고 이송 절삭 을 하 는 것 이 원칙 으로 되 어 있 다 . 즉 , 공구 마모 를 방지 하 는 것 이 양호 한 절삭 을 하 기 위한 포인트 가 된다 . 
 다시 스테인리스강 은 본질 적 으로 끈 질겨 용착 성 이 강한 재료 다 . 따라서 절삭유 로 는 윤활 성 이 풍부 하 고 구성 날 끝 의 억제 작용 이 우수 한 활성 극 압 형 불 수용성 절삭유 또는 극 압 첨가제 를 함유 하 는 중 절삭 용 에멀션 이 바람직 하 다 . 
 또한 가공 경화 는 다듬질 면 만 아니 라 칩 부분 에서 도 동일 하 게 일어날 수 있 다 . 이 경우 단단 한 칩 이 공구 나 가공 면 을 흠집 내 는 일 이 발생 될 수 있 는데 , 이 를 방지 하 기 위해서 는 충분 한 급유 로 완전히 씻 어 내 야 한다 . 
 4 ) 주철 선삭 에 적합 한 절삭유 
 재질 이 연 해서 용착물 이 잘 나오 지 않 는 주철 의 절삭 에 는 초경 ‘ 스로 어웨이 팁 ’ 이 공구 의 주류 를 차지 하 고 있 다 . 고속 절삭 이 가능 하 고 다듬 질 면 정밀도 도 비교 적 좋 기 때문 에 필연 적 으로 건식 절삭 이 주체 가 된다 . 칩 처리 나 분진 대책 으로 수용성 절삭유 가 쓰이 는 일 이 있 으나 이런 경우 냉각 작용 이 은은 한 에멀션 형 의 절삭유 가 좋 다 . 
 고속 도 공구강 공구 를 사용 한 절삭 에서 공구 수명 의 연장 및 표면 거칠 기 의 향상 을 도모 할 경우 에 는 유성 형 불 수용성 절삭유 또는 범용 에멀션 이 권장 되 고 있 다 . 
 5 ) 알루미늄 합금 선삭 에 적합 한 절삭유 
 알루미늄 합금 은 연하 고 피 삭 성 이 양호 하나 반면 에 끈질긴 성질 때문 에 다듬 질 면 에 용착물 이 남 기 쉽 다는 결점 을 가지 고 있 다 . 따라서 절삭유 는 공구 의 종류 에 관계없이 불활성 극 압 형 불 수용성 절삭유 또는 범용 에멀션 이 유효 하 다 . 
 또한 알루미늄 합금 의 절삭 은 일반 적 으로 비교 적 고속 으로 이루어지 므로 발열량 도 그만큼 많 아 진다 . 그래서 가공 후 의 열 변형 을 막 기 위한 목적 으로 냉각 작용 이 큰 솔 루블 형 수용성 절삭유 가 쓰이 는 경우 가 있 다 . 
 알루미늄 은 양성 금속 이 라 부르 며 산 이나 알칼리 에 도 침식 되 기 쉬운 성질 을 갖 고 있 다 . 수용성 절삭유 는 내 부패 성 이나 방청 성 을 부여 하 기 위하 여 알칼리 성 으로 설정 되 어 있 으므로 만일 부식 ( 변색 ) 이 발생 되 는 기미 가 보이 면 PH 나 낮 은 것 으로 바꾸 어야 한다 . 
 6 ) 동합금 선삭 에 적합 한 절삭유 
 동 및 동합금 은 다른 재료 에 비해 피 삭 성 이 좋 고 용착물 도 잘 남 지 않 으므로 고속 도 공구강 공구 로 도 건식 절삭 이 가능 하 다 . 다만 약간 단단 한 황동 이나 청동 ( 인청동 ) 등 에서 는 유성 형 불 수용성 절삭유 가 유효 하 다 . 
 연한 순동 의 경우 는 절삭유 사용 조건 이 약간 달라지 는데 , 다듬질 면 을 좋 게 하 기 위하 여 불 수용성 절삭유 를 사용 하 는 경우 에 는 부식 문제 를 첫 째 로 고려 하 여 불활성 형 을 선택 하 는 것 이 좋 다 . 
 7 ) 기타 난 삭 재 선삭 에 적합 한 절삭유 
 니켈 합금 을 비롯 하 여 초 내열 합금 이나 티탄 합금 등 소위 난 삭 재 라 부르 는 것 은 대체로 단단 하 고 끈질긴 성질 을 가지 고 있 다 . 그러나 무엇 보다 다른 특징 은 열전도 성 이 극히 나쁘 다는 점 이 다 . 따라서 절삭유 를 선정 할 때 는 축적 된 열 에 의한 공구 의 연화 를 어떻게 막 는가 가 관건 이 다 . 
 일반 적 으로 는 염소 계 극 압 첨가제 를 함유 하 는 중 절삭 용 에멀션 이 많이 쓰이 고 있 다 . 다만 티탄 합금 과 같이 비교 적 용착물 이 나오 기 쉬운 금속 을 깎 을 때 나 특히 다듬질 정밀도 가 요구 되 는 가공 에서 는 활성 극 압 형 불 수용성 절삭유 가 적합 하 다 . 
 난 삭 재의 가공 에서 는 CBN ( 질화붕소 ) 공구 나 다이아몬드 공구 등 이 주로 쓰인다 . 대표 적 인 예 로 세라믹 절삭 을 들 수 있 다 . < 그림 2 > 는 솔 루블 형 수용성 절삭유 의 적용 예 이 다 . 세라믹 가공 에서 절삭유 의 효과 에 대해서 는 아직 정확 하 지 않 은 점 이 많 다 . 이 예 에서 도 소결 다이아몬드 공구 에 대해서 는 양호 한 마모 방지 효과 를 발휘 하 고 있 지만 CBN , 세라믹 ( 흑 세라 ) 공구 에서 는 역 으로 마모 를 촉진 시키 고 있 다 . 과냉각 에 의한 열 피로 의 예 로 해석 되 지만 절삭유 를 선정 할 때 에 는 윤활 효과 와 냉각 효과 의 균형 을 충분히 생각 할 필요 가 있 다 . 
 ▲ 그림 2 각종 공구 재료 의 마모 에 미치 는 절삭유 의 효과 
 또 신 소재 로 사용 되 는 공구 재질 에 는 세라믹 과 함께 섬유 강화 플라스틱 이 있 다 . 다이아몬드 공구 에 의한 절삭 에 대하 여 주로 수용성 절삭유 가 사용 되 고 있 는데 , 이것 은 우수 한 절삭 성능 을 발휘 하 기 위한 것 도 있 지만 아주 작 은 분진 을 발생 시키 지 않 는다는 특징 도 사용 이유 가 된다 . 아주 작 은 분진 은 인체 에 악영향 을 미칠 수 있 기 때문 이 다 . 
 원문 ｜ 도서 출판 성 안당 ‘ 선삭 공구 의 모든 것 ’ 
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