ㅇㅇ만 알면 가공이 쉬워진다?

금속 소재별 특성과 가공 차이

– 알루미늄, 철(스틸), 스테인리스, 그리고 실무자의 판단 기준

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금속 가공을 하다 보면 가장 먼저 고려해야 할 것이 바로 '소재'다. 소재에 따라 절삭 조건, 공구 선택, 냉각 방식까지 전부 달라진다. 아무리 좋은 장비, 숙련된 작업자라도 소재 특성을 무시하면 결과는 불량의 연속이다.

특히 절삭 가공에서는 재료가 가진 '열전도율', '가공경화 성향', '칩 배출성', '인장강도', '비중' 등 다양한 물성 특성을 정확히 이해해야 한다. 이 모든 요소는 단순한 데이터가 아니라, 우리가 실제로 어떤 방식으로 공구를 선택하고 절삭 전략을 짤지를 결정짓는 핵심 변수다.

나는 처음 알루미늄을 깎다가 칩이 공구에 눌어붙어 엔드밀 두 개를 하루 만에 날린 적이 있다. 그 다음날엔 스테인리스를 세 시간 동안 깎다가 진동과 열 때문에 공구를 다섯 번 교체했고, 결국 마감 품질도 만족스럽지 못했다. 철은 감으로도 잘 가공된다고 생각해서 무심코 RPM을 올렸다가 엔드밀이 순식간에 부러진 기억도 있다. 이처럼 각 소재마다의 고유 특성과 그것이 가공에 미치는 영향을 체감한 경험은, 이후 내 가공 전략에 큰 영향을 주었다.

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1. 알루미늄 (Aluminum)

✅ 재료 특성

• 밀도가 낮고, 가볍다
• 연성이 좋아 가공 시 변형 가능성 있음
• 열전도율과 전기전도성이 뛰어남
• 산화 피막으로 내식성이 우수함
• 절삭 저항이 낮아 고속 가공에 유리함
• 평균 비중 2.7

🛠 가공 특성

• 높은 회전수와 빠른 이송 속도로도 안정적인 가공 가능
• 칩이 길게 이어져 배출이 어려움 (칩 끼임 발생)
• 절삭 열로 인해 칩이 공구에 '용착'되는 현상 잦음
• 특히 연질 알루미늄일수록 칩 문제와 표면 품질 문제가 동반됨

🔧 실무 팁

• 2날 또는 3날 엔드밀을 사용하여 칩 배출 확보
• DLC, TiB2 코팅된 초경공구 사용 시 칩 용착 방지에 효과적
• 냉각수는 직접 분사 방식으로 설정하여 절삭면을 식혀주는 것이 좋음
• 고압 에어 블로우를 병행하여 칩을 외부로 강제 배출
• 고정이 불안정하면 진동 유발로 표면 품질이 크게 저하될 수 있음

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2. 철 / 스틸 (Steel)

✅ 재료 특성

• 탄소량에 따라 연강, 중탄소강, 공구강 등으로 분류됨
• 인장강도, 경도, 내마모성이 우수한 편
• 내부 응력 분포가 균일하지 않아 가공 시 치수 안정성 주의 필요
• 가공 후 열처리 여부에 따라 재질 특성이 극단적으로 변할 수 있음
• 평균 비중 7.8

🛠 가공 특성

• 고속 회전에 취약하며, 공구 파손 위험이 높음
• 절삭 중 발생하는 마찰 열로 인해 공구 마모가 가속됨
• 칩이 단단하고 날카로워 장비 내부 손상 유발 가능성 있음
• 열전도율은 보통 수준이나, 축열 특성으로 장시간 가공 시 과열됨

🔧 실무 팁

• 중저속 회전수와 고토크 피드를 우선 설정
• 절삭 깊이는 깊게, 이송 속도는 안정적으로 세팅
• 구조용 강재 가공 시 절삭 전 예열 작업이 품질 향상에 도움
• 초경공구 + 수냉 방식 냉각을 병행하여 마모 억제
• 열처리강 가공 시 공구 손상 위험 있으므로 마무리 가공은 절삭 조건을 더욱 보수적으로 설정

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3. 스테인리스 (Stainless Steel)

✅ 재료 특성

• 크롬, 니켈 함유로 인한 높은 내식성
• 열팽창률이 크고, 열전도율은 낮음
• 강도가 높고, 경도도 높은 편이나 인성 또한 강함
• '가공경화' 발생률이 매우 높음 → 가공 후 재질 강도가 상승하는 현상
• 평균 비중 8.0

🛠 가공 특성

• 가공경화로 인해 동일한 구간 재가공 시 공구 파손률 상승
• 칩이 길게 끊기지 않고 감기기 쉬움 → 칩 배출 불량 및 공구 파손 유발
• 마찰열 축적 → 표면 경화 및 절삭 저항 증가
• 고정력이 부족할 경우 진동 및 공차 초과 발생 빈번

🔧 실무 팁

• 고경도 초경 공구(TiAlN 코팅) 사용
• 깊이 일정하게, 진입각 일정하게 유지
• 절삭 깊이를 줄이되 이송은 너무 느리지 않게 설정 → 공구 마모 줄임
• 고압 냉각을 통해 칩 배출 원활히 유도해야 함
• 절삭 중 멈춤 없이 가공을 완료하는 연속 가공 전략 유리함

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4. 금속 소재 가공 비교표

항목 : 알루미늄, 철(스틸), 스테인리스

밀도	낮음	중간	높음
열전도율	매우 높음	중간	낮음
가공경화	없음	거의 없음	매우 심함
칩 배출	양호	보통	불량
공구 수명	김	보통	짧음
냉각수 필요도	중간	높음	매우 높음
진동 민감도	낮음	중간	높음
적정 RPM	높음	중간	낮음~중간
주요 문제점	용착	진동·열	마모·경화

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5. 마무리 – 소재를 이해해야 진짜 가공이 된다

금속 가공에서 소재는 '조건'이자 '전략'이다. 동일한 기계, 동일한 공구를 가지고도 소재에 따라 결과는 천차만별이다. 그렇기 때문에 단순히 프로그램을 짠다거나 절삭 조건을 입력하는 것만으로는 부족하다.

어떤 소재는 열에 약하고, 어떤 소재는 진동에 민감하며, 어떤 소재는 마찰로 인해 공구를 금방 소모시킨다. 이 모든 걸 알고 '미리 예측하는 힘'이 바로 실무자의 실력이다. 공구 파손, 마감 품질 저하, 칩 배출 문제 등은 대부분 소재를 무시하고 동일한 방식으로 접근했을 때 발생하는 문제다.

알루미늄, 철, 스테인리스 가공 현장에서 가장 많이 마주하는 이 세 가지 소재만 제대로 이해해도 전체 가공 품질은 한 단계 올라간다. 각각의 물성과 특성, 그리고 가공 중 발생하는 변수를 이해하고 컨트롤할 수 있다면, 당신은 단순한 작업자를 넘어선 '기술자'로 거듭날 수 있다. 마지막으로 소재와 특징을 알면 가공이 쉬워진다.