CNC 가공에서 금속 및 플라스틱 부품의 분할 가공 방법

CNC 가공은 21세기 제품 생산에서 가장 중요한 제조 공정 중 하나로 자리 잡았습니다. 특히 5축 CNC 장비가 폭넓게 보급되면서 훨씬 복잡한 구조도 가공할 수 있게 되었습니다.

다만 CNC 가공에도 여전히 한계는 존재합니다. CNC 장비의 이송 범위, 소재 두께, 절삭 공구 길이, 부품 구조 등의 요인 때문에 일부 부품은 한 덩어리로 가공할 수 없습니다. 이러한 제약을 극복하기 위해 CNC 가공에서는 부품을 나누어 가공하는 분할 방식을 자주 사용합니다.

소재 종류별 분할 방법

가공 과정에서 부품을 나누는 방법은 소재의 특성과 가공 요구 사항에 따라 달라집니다. 일반적으로 소재는 금속과 플라스틱으로 구분되며, 각각의 가공 특성과 사용 목적에 맞는 고유한 분할 방식이 있습니다. 이 장에서는 Sendot Technology가 금속 및 플라스틱 부품의 다양한 분할 방법과 구체적인 적용 사례를 소개합니다.

금속 부품의 분할 방법

금속 소재의 경우 대표적인 분할 방법은 용접, 그리고 나사 체결용 홀을 설계해 고정하는 방식입니다. 구조 검증과 테스트 초기 단계에서는 뒷면에 나사 홀을 설계하고 나사로 체결해 분할된 금속 시제품을 결합하는 경우가 많습니다. 분할된 부품을 용접하는 방식과 비교하면 조립이 쉽고 변형이 발생할 가능성도 낮습니다.

예를 들어 이 복잡한 형상의 알루미늄 합금 자동차 리플렉터를 살펴보겠습니다. 구조적 특징상 CNC 가공 시 분할이 불가피합니다. 이때 다른 부품과의 조립에 영향을 주지 않는 적절한 공간에 나사 보스를 설계해 분할된 부품을 연결할 수 있습니다. 또한 나사 보스 설계가 리플렉터의 외관을 해쳐서는 안 되므로, 금속 부품을 분할할 때 보스는 보통 부품 뒷면에 배치합니다.

플라스틱 부품의 분할 방법

플라스틱 부품의 분할은 접착제를 사용하지 않는 방식과 화학 접합(접착) 방식의 두 가지로 나눌 수 있습니다.

접착제를 사용하지 않는 분할

금속 부품 분할과 마찬가지로 나사 홀을 설계하고 나사로 체결해 고정하는 방식입니다.

화학 접합(접착)

화학 접합으로 플라스틱 부품을 분할하는 경우는 다시 불투명 플라스틱과 투명 플라스틱으로 나뉩니다.

불투명 플라스틱

불투명 플라스틱 부품에서는 분할 시 접합 강도가 가장 중요한 고려 사항입니다. 대표적인 분할 방식으로는 지그재그 조인트(아래 그림 왼쪽)와 단차 조인트(아래 그림 오른쪽)가 있습니다.

두 조인트 모두 분할된 부품이 구조적으로 서로 구속되도록 하여 구조적 완결성을 유지합니다. 동시에 분할면의 접촉 면적을 넓혀 더 견고한 접합을 보장합니다. 다만 접착 면적이 지나치게 넓으면 접착제를 균일하게 도포하기 어려워 접합 강도가 일정하지 않을 수 있습니다.

단차 조인트는 보통 부품 소재 두께의 1/2 × 2 mm를 기준으로 분할합니다. 예를 들어 소재 두께가 3 mm라면 일반적으로 1.5 × 2 mm 단차로 나누어 접합합니다. 지그재그 조인트는 높이 3~5 mm가 일반적이며, 길이는 부품 구조에 따라 조정하는데 보통 30~50 mm입니다.

투명 플라스틱

일반적으로 투명 플라스틱 부품은 부품 모서리의 윤곽선을 따라 직선 절단 방식으로 분할합니다. 다만 자동차 램프의 투명 부품을 분할할 때는 빛이 투과하고 유도되는 영역을 반드시 피해야 한다는 점에 유의해야 합니다.

아래 헤드램프를 예로 들면, 헤드램프 상단의 큰 곡면 투명부는 하나의 덩어리로 분할해야 합니다. 이 곡면을 나누어 접합하면 점등 시 분할선의 그림자가 비쳐 빛의 투과에 영향을 주기 때문입니다.

아래 투명 부품들도 함께 살펴보세요. 여러 개의 부품으로 나누어 가공하고 폴리싱한 뒤 하나로 접합했지만, 최종 부품에서는 접합선이 거의 보이지 않아 마치 한 덩어리로 만든 것처럼 보입니다.

분할 가공은 왜 주로 시제품 단계에서 사용될까요?

특히 플라스틱 시제품에서 CNC 프로토타입 가공에 분할이 자주 사용되는 이유가 궁금할 수 있습니다. 다음과 같은 이유로 양산 단계에서는 거의 사용되지 않습니다.

생산 단계마다 선택하는 공정이 다릅니다. 시제품 제작에는 CNC 가공을, 시험 생산에는 진공 주형을, 양산에는 사출 성형을 사용합니다.

설령 시제품부터 양산까지 CNC 가공을 사용하더라도, 시제품 단계에서 분할이 필요했던 부위는 시험 생산 단계에서 수정됩니다. 이를 통해 양산 시에는 부품을 한 덩어리로 가공할 수 있게 되어 생산 효율이 높아집니다.

맺음말

CNC 가공에서의 부품 분할은 장비 이송 범위, 소재 두께, 공구 길이, 부품 구조에서 오는 제약을 극복하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 CNC 가공의 활용 범위를 넓히고 비용도 절감할 수 있습니다. 따라서 이러한 분할 방법은 CNC 가공에서 상당한 실용적 가치를 지닙니다.