두께는 맞았는데 평행도는 왜 틀어졌을까? S45C 하우징을 6번 뒤집어 가공한 기록

이 글은 현장에서 실제로 겪은 작업을 바탕으로 정리한 실패 기록입니다. 당시 측정값과 절삭조건이 모두 남아 있지 않아 원인을 하나로 단정하지 않고, 다음 작업에서 확인할 항목을 구분해 적었습니다.

작업 조건

항목	당시 조건
재질	S45C로 기억되는 강재
형상	구멍이 있는 하우징 형태, 옆면 평면가공 포함
소재 두께 / 목표 두께	44T → 40T
공구	Ø100 페이스커터
고정	바이스 2개
가공	황삭 약 1.5 mm, 정삭 약 0.2 mm
재세팅	약 6번 뒤집어 가공
결과	두께는 요구공차 안에 들어왔지만 평행도는 만족스럽지 않았음

※ 위 수치는 당시 작업자의 기억을 바탕으로 했습니다. 소재의 가로·세로 치수, 도면의 정확한 평행도 지시값, 가공 전후 실측값, 절삭속도와 이송은 기록이 없어 적지 않았습니다.

두께 공차와 평행도는 같은 결과가 아니다

여러 위치의 두께가 허용범위에 들어왔다고 해서 두 면이 반드시 서로 평행한 것은 아닙니다. 두께는 주로 두 면 사이의 거리이고, 평행도는 한 면이 기준면에 대해 얼마나 같은 방향을 유지하는지를 보는 기하공차입니다.

이번 작업도 최종 두께는 도면의 요구공차 안에 들어왔지만, 면 전체를 확인했을 때 평행도는 작업자가 기대한 수준에 이르지 못했습니다. “두께는 맞았는데 제품이 틀어진 것처럼 보이는” 상황이 생길 수 있다는 뜻입니다.

6번 뒤집었지만 더 좋아지지 않았던 이유

당시에는 양쪽 면을 번갈아 조금씩 깎으면 응력이 고르게 풀리고 정밀도가 좋아질 것이라고 생각했습니다. 하지만 재세팅할 때마다 기준면, 지지점, 바이스 조임 상태를 다시 만들어야 합니다. 횟수가 늘면 오차를 수정할 기회도 늘지만, 재현되지 않는 변수가 들어올 기회도 함께 늘어납니다.

특히 공작물을 바이스 2개에 걸쳐 고정할 때는 두 바이스의 높이, 평행, 조임력, 죠 들뜸, 받침 상태가 조금만 달라도 공작물이 비틀린 상태로 고정될 가능성이 있습니다. 고정한 상태에서 평면처럼 가공돼도 풀었을 때 원래 형상으로 돌아오며 차이가 나타날 수 있습니다.

원인은 하나로 단정할 수 없다

아래 항목은 이번 작업의 확정 원인이 아니라, 같은 현상이 생겼을 때 확인해야 할 가능성입니다.

1. 재세팅 때마다 달라지는 기준과 지지

칩 한 조각, 버, 죠의 들뜸, 서로 다른 조임 순서도 지지 상태를 바꿀 수 있습니다. 바이스 2개를 사용했다면 각 바이스의 높이와 고정 방향도 함께 확인해야 합니다.

2. 소재가 갖고 있던 잔류응력과 가공으로 생기는 응력

S45C는 JIS G 4051에 규정되는 기계구조용 탄소강 계열입니다. 유사한 중탄소강의 페이스밀링 연구에서는 절삭조건과 공구 형상 등이 가공 후 잔류응력에 영향을 줄 수 있다고 보고합니다. 또한 페이스밀링 중 열팽창과 가공 유기 잔류응력이 형상편차에 영향을 줄 수 있다는 연구도 있습니다.

다만 이 연구 결과만으로 이번 제품의 원인이 잔류응력이라고 단정할 수는 없습니다. 소재 상태, 형상, 열처리 이력과 실제 절삭조건이 기록되지 않았기 때문입니다.

3. 44T에서 40T로 제거한 양의 배분

총 4 mm를 어느 면에서 얼마씩 제거했는지, 처음 소재의 평면도와 평행도가 어땠는지에 따라 결과가 달라질 수 있습니다. 구멍과 포켓, 옆면 가공이 포함된 비대칭 형상이라면 위치별 강성도 달라집니다.

4. 절입량만으로는 평행도가 보장되지 않는다

황삭 1.5 mm와 정삭 0.2 mm라는 절입량만 보고 조건이 맞았는지 판단하기는 어렵습니다. 공구 런아웃, 스핀들 상태, 인서트 상태, 절삭속도, 이송, 공작물 돌출량과 고정 변형도 함께 봐야 합니다.

이 작업에서 배운 점

이번 경험으로 “많이 뒤집으면 무조건 좋아진다”는 생각을 버리게 됐습니다. 일반공차 작업이라면 기준면을 명확히 만들고, 필요한 횟수만 재현성 있게 가공하는 편이 오히려 안정적일 수 있습니다. 당시에는 두세 단계 정도로 나누어 가공하고 요구공차 안에 들어오면 마무리하는 쪽이 현실적이라는 판단을 했습니다.

이것도 모든 부품에 적용되는 정답은 아닙니다. 크기, 형상, 소재 상태와 도면 공차에 따라 공정은 달라져야 합니다.

다음에 같은 작업을 한다면 기록할 것

1. 도면의 기준면과 평행도 요구값
2. 가공 전 소재의 두께, 평면도와 평행 상태
3. 앞면과 뒷면에서 제거한 양
4. 바이스를 조이기 전후 인디케이터 변화
5. 두 바이스와 평행블록의 높이 차이
6. 공구 런아웃, 인서트 상태, 회전수와 이송
7. 각 공정 후 클램프를 푼 자유상태의 측정값
8. 측정 위치를 표시한 검사 기록

평행도는 기준면을 정한 뒤 정반과 인디케이터 등 적절한 측정 방법으로 여러 지점을 확인해야 합니다. 기계나 바이스에 물린 상태의 수치만으로 최종 자유상태를 판단하지 않는 것이 중요합니다.

더 정밀하다면 연마가 답일까?

평행도 요구가 밀링으로 안정적으로 확보하기 어려울 정도로 엄격하다면, 연마 여유를 남기고 전문업체에서 마무리하는 방법을 검토할 수 있습니다. 다만 연마가 모든 변형을 자동으로 해결하는 것은 아닙니다. 가공 후에도 소재가 계속 변형되면 연마 결과도 달라질 수 있으므로 기준면, 연마 여유, 열처리 이력과 최종 검사방법을 먼저 협의해야 합니다.

결론

이번 작업은 불량으로 끝난 사례는 아니었습니다. 두께는 요구공차 안에 들어왔습니다. 하지만 평행도는 만족스럽지 않았고, 여러 번 뒤집는 공정이 항상 더 정밀한 결과를 만드는 것은 아니라는 점을 배웠습니다.

비슷한 S45C 하우징이나 플레이트를 가공하면서 두께는 맞는데 평행도가 흔들렸던 경험이 있다면, 제품 형상과 고정 방법을 댓글로 나눠주세요. 다음 글에서는 실제 기록을 기준으로 재세팅 횟수를 줄이고 확인해야 할 순서를 정리해보겠습니다.

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참고자료

• JFE Steel, JIS G 4051 S45C 적용 사례
• Procedia CIRP, Prediction of Shape Deviations in Face Milling of Steel
• Al-Khwarizmi Engineering Journal, AISI 1045 페이스밀링 잔류응력 연구
• Mitutoyo, Quick Guide to Precision Measuring Instruments

※ 대표 이미지는 현장 경험을 바탕으로 AI로 제작한 재현 이미지이며 실제 작업 당시 사진은 아닙니다.