절삭유제

왜 배우는가: 절삭유제는 거의 모든 금속 절삭·연삭 공정에서 공구 수명과 가공 품질을 좌우하는 보조 재료다. 실무에서는 작업 환경과 방호 대책에도 직접 관련되어 설비 안전의 기초 지식이 된다. 시험에서는 역할·구비조건·종류·효과·안전대책을 묻는 문항이 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제133회 1교시 12번, 제130회 1교시 5번, 제126회 4교시 1번, 제99회 4교시 6번, 제96회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

절삭유제는 절삭 가공 중 공구와 칩, 가공면 사이의 마찰열을 식히고 윤활하며 칩을 씻어내기 위해 공급하는 액체 재료이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 냉각작용: 절삭열을 빼앗아 공구와 가공물의 온도 상승을 막는다.
• 윤활작용: 공구 경사면과 칩 사이의 마찰을 줄인다.
• 세척작용: 가공 중 생긴 칩을 씻어 내어 절삭 부위를 깨끗하게 한다.
• 방청: 기계 부품과 공작물에 녹이 슬지 않도록 한다.
• 극압첨가제: 고온·고압 마찰면에서 보호막을 만드는 황·염소·인 계열 첨가 성분이다.
• 수용성 절삭유제: 원액을 물에 희석해 쓰는 유제로 냉각 효과가 크다.
• 비수용성 절삭유제: 기름을 원액 그대로 쓰는 유제로 윤활 효과가 크다.
• 구성인선 억제: 칩이 공구날에 눌어붙어 쌓이는 현상을 줄인다.

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 절삭유제는 쇠를 깎을 때 칼끝과 쇳밥에 뿌리는 액체다. 칼날이 금속을 밀어내면 마찰열이 생기고, 그 열로 공구가 물러지고 가공물이 늘어난다. 절삭유제는 이 열을 식히고 마찰을 줄여 공구를 오래 쓰게 한다.

정식으로는 금속을 절삭하거나 연삭할 때 공구와 가공물의 접촉면을 냉각하고 윤활하며 칩을 제거하는 목적으로 쓰는 유체를 말한다. 영어로는 cutting fluid, coolant, cutting oil 등으로 부른다. 원유를 정제한 광물유, 동식물성 유지, 이들을 섞은 혼합유, 물에 기름을 분산시킨 에멀전 등 형태가 다양하며 가공 조건과 재료에 따라 고른다.

핵심 용어를 차례로 풀이한다.

냉각작용은 절삭 과정에서 발생한 열을 유체가 흡수해 외부로 빼앗는 작용이다. 물은 비열과 기화열이 커서 고속 절삭과 연삭에서 냉각 효과가 두드러진다.

윤활작용은 공구 경사면과 칩 사이에 얇은 유막을 만들어 마찰계수를 낮추는 작용이다. 마찰이 줄면 절삭저항과 절삭동력이 함께 줄어든다.

세척작용은 칩을 씻어 흘려보내는 작용이다. 칩이 절삭 부위에 쌓이면 가공면이 긁히고 공구가 쌓인 칩을 다시 깎게 되므로 칩 배출은 가공 품질과 직결된다.

수용성 절삭유제는 원액을 물에 희석해 쓰는 유제다. 냉각과 세척 능력이 크고 인화 위험이 낮다. 유화유는 광물성 기름을 비눗물에 녹인 형태로 유백색을 띠며, 에멀존형은 원액을 10~30배, 솔류션형은 50~100배 로 희석해 쓴다.

비수용성 절삭유제는 기름을 원액 그대로 쓰는 유제다. 윤활 능력이 커서 경절삭이나 중절삭에 쓰이지만 냉각 능력은 수용성보다 작다. 비수용성 유제는 극압첨가제 유무에 따라 1종과 2종으로 나뉜다.

극압첨가제는 고온·고압에서 공구와 가공물이 직접 접촉할 때 금속 표면과 반응해 보호막을 만드는 첨가제다. 극압 상태에서 마찰을 줄이기 위해 광물유나 혼합유에 넣는다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 기계가공은 탄소공구강으로 만든 바이트를 저속으로 돌리는 방식이었다. 절삭속도가 올라가면 절삭열이 급격히 늘어나 공구 끝이 연해지고 마모가 빨라졌다. 이때 물이나 기름을 뿌려 열을 식히는 방법이 자리 잡았다.