버니싱

버니싱(burnishing)은 다른 물체와의 미끄러지는 접촉으로 인해 표면이 소성 변형되는 현상이다. 이는 표면을 매끄럽게 하고 더 빛나게 만든다. 버니싱은 접촉 응력이 재료의 항복 강도를 국부적으로 초과하는 경우 모든 미끄러지는 표면에서 발생할 수 있다. 이 현상은 결함 모드로서 의도치 않게 발생할 수도 있고, 금속가공 또는 제조 공정의 일부로서 의도적으로 발생할 수도 있다. 이는 냉간 가공 하에서 압착하는 작업이다.

 결함 모드 (의도치 않게) 
섬네일|right|220px|공이 평평한 판을 가로질러 홈을 파고 있다.
경화된 공이 더 부드러운 평평한 판에 작용하는 것은 버니싱 과정을 잘 보여준다. 공이 판에 직접 눌리면 접촉하는 부분 주변의 두 물체 모두에 응력이 발생한다. 이 수직항력이 증가하면 공과 판의 표면 모두 변형된다.

경화된 공에 의해 발생하는 변형은 압력이 가해지는 힘의 크기에 따라 증가한다. 힘이 작으면, 힘이 해제될 때 공과 판의 표면 모두 원래의 변형되지 않은 모양으로 돌아간다. 이 경우, 판의 응력은 항상 재료의 항복 강도보다 작으므로 변형은 순전히 탄성적이다. 평평한 판이 공보다 부드럽다고 주어졌으므로, 판의 표면이 항상 더 많이 변형될 것이다.

섬네일|탄성 변형 (A)과 소성 변형 (B)
더 큰 힘이 가해지면 소성 변형도 발생하고 판의 표면은 영구적으로 변형될 것이다. 공에 의해 밀려난 융기된 재료의 고리 모양으로 둘러싸인 그릇 모양의 자국이 남을 것이다. 공과 판 사이의 응력은 헤르츠 응력 이론에 의해 더 자세히 설명된다.

공을 판 위로 끌고 가는 것은 누르는 것과는 다른 효과를 낼 것이다. 이 경우, 공에 가해지는 힘은 두 가지 구성 요소 힘으로 분해될 수 있다: 하나는 판 표면에 수직으로 눌러 들어가는 힘이고, 다른 하나는 접선 방향으로 끌고 가는 힘이다. 접선 구성 요소가 증가하면 공은 판을 따라 미끄러지기 시작할 것이다. 동시에 수직항력은 정적 상황과 마찬가지로 두 물체를 모두 변형시킬 것이다. 수직항력이 낮으면 공은 판에 마찰되지만 표면을 영구적으로 변형시키지는 않을 것이다. 마찰 작용은 마찰과 열을 발생시키지만 판에 자국을 남기지는 않을 것이다. 그러나 수직항력이 증가하면 결국 판 표면의 응력이 항복 강도를 초과할 것이다. 이때 공은 표면을 파고들어 뒤에 홈을 만들 것이다. 공의 경작 작용이 버니싱이다. 버니싱은 공이 회전할 수 있을 때도 발생하는데, 위 시나리오에서 볼 베어링의 경우처럼 위에서 다른 평판이 내려와 아래 방향으로 하중을 유도하고 동시에 공의 회전과 이동을 유발하는 경우와 같다.

섬네일|right|확대하면 두 평판은 몇 개의 돌출부에서만 접촉한다.
버니싱은 두 개의 평판처럼 서로 접촉하는 표면에서 발생하지만, 미시적인 규모에서 일어난다. 아무리 매끄러운 표면이라도 충분히 확대해서 보면 불완전함이 있을 것이다. 표면의 일반적인 형태 위로 뻗어 있는 불완전함을 돌기라고 하며, 이 돌기들은 판을 따라 끌려가는 공처럼 다른 표면의 재료를 파낼 수 있다. 이러한 많은 돌기들의 결합된 효과는 버니싱과 관련된 번들거리는 질감을 만들어낸다.

 미끄럼 접촉에 미치는 영향 
버니싱은 다양한 이유로 기계 부품에서 일반적으로 바람직하지 않으며, 때로는 단순히 그 효과가 예측 불가능하기 때문이다. 가벼운 버니싱이라도 부품의 표면 조도를 크게 바꿀 것이다. 처음에는 표면이 더 매끄러워지지만, 반복적인 미끄럼 작용으로 인해 미끄럼 방향을 따라 표면에 홈이 생길 것이다. 버니싱과 관련된 소성 변형은 표면을 경화시키고 압축 잔류 응력을 발생시킨다. 이러한 특성은 일반적으로 유리하지만, 과도한 버니싱은 표면 아래에 균열을 유발하여 박리를 일으키는데, 이는 표면의 상층이 벌크 재료에서 벗겨지는 현상이다.

버니싱은 기계의 성능에도 영향을 미칠 수 있다. 버니싱과 관련된 소성 변형은 마찰만으로 발생하는 것보다 더 많은 열과 마찰을 발생시킨다. 이는 기계의 효율성을 감소시키고 속도를 제한한다. 또한, 소성 변형은 부품의 형태와 기하학적 구조를 변경하여 기계의 정밀도와 정확도를 감소시킨다. 더 높은 마찰과 저하된 형태의 조합은 종종 부품이 고장 날 때까지 지속적으로 악화되는 폭주 상황으로 이어진다.

파괴적인 버니싱을 방지하려면 미끄럼을 피해야 하며, 구름 상황에서는 하중이 박리 임계값보다 낮아야 한다. 서로 미끄러지는 기계 영역에는 롤러 베어링을 삽입하여 구성 요소가 미끄럼 접촉 대신 구름 접촉을 하도록 할 수 있다. 미끄럼을 피할 수 없다면 구성 요소 사이에 윤활유를 추가해야 한다. 이 경우 윤활유의 목적은 윤활유 막으로 구성 요소를 분리하여 접촉하지 못하게 하는 것이다. 윤활유는 또한 하중을 더 넓은 영역에 분산시켜 국부 접촉력이 높지 않도록 한다. 이미 윤활유가 있었다면 그 막 두께를 늘려야 한다. 일반적으로 이는 윤활유의 점성도를 높여 달성할 수 있다.

 제조에서 (의도적으로) 
버니싱이 항상 원치 않는 것은 아니다. 통제된 방식으로 발생하면 바람직한 효과를 가질 수 있다. 버니싱 공정은 가공물의 크기, 모양, 표면 조도 또는 표면 경도를 개선하기 위해 제조에 사용된다. 이는 본질적으로 작은 규모로 발생하는 성형 작업이다. 버니싱의 이점은 종종 피로 파괴 방지, 부식 및 응력 부식 방지, 시각적 결함을 제거하기 위한 표면 텍스처링, 기공 폐쇄, 표면 압축 잔류 응력 생성 등을 포함한다.

버니싱 공정에는 여러 형태가 있으며, 가장 일반적인 것은 롤러 버니싱과 볼 버니싱(그 중 일부는 볼라이징이라고도 함)이다. 두 경우 모두 버니싱 도구가 공작물에 대고 움직여 표면을 소성 변형시킨다. 후자의 경우(볼라이징에서는 항상) 마찰이 발생하고, 전자의 경우 일반적으로 회전하고 구른다. 공작물은 상온이거나, 도구에 가해지는 힘과 마모를 줄이기 위해 가열될 수 있다. 도구는 일반적으로 수명을 늘리기 위해 특수 재료로 경화되고 코팅된다.

볼 버니싱 또는 볼라이징은 연삭, 호닝 또는 폴리싱을 포함한 다른 구멍 마무리 작업을 대체한다. 볼라이징 도구는 구멍을 통해 밀어 넣는 하나 이상의 크기가 큰 볼로 구성된다. 이 도구는 브로치와 유사하지만, 재료를 절삭하는 대신 밀어낸다. 볼 버니싱은 또한 디버링 작업으로도 사용된다. 양쪽에서 뚫린 관통 구멍 중앙의 버를 제거하는 데 특히 유용하다.

다른 유형의 볼 버니싱 도구는 때때로 CNC 밀링 센터에서 볼 노즈 밀링 작업 후에 사용되는데, 이때 경화된 볼은 볼펜과 유사한 홀더에 지그재그 공구 경로를 따라 적용되며, '잉크' 대신 가압되고 재활용되는 윤활유가 사용된다. 이는 '준정밀' 절삭으로 얻는 기계 가공된 표면의 생산성과 느리고 시간이 많이 걸리는 정밀 절삭으로 얻을 수 있는 것보다 더 나은 표면 마감을 결합한다. 버니싱의 이송 속도는 정밀 가공보다는 '급속 이송'과 관련이 있다.

롤러 버니싱 또는 표면 롤링은 원통형, 원추형 또는 디스크 모양의 가공물에 사용된다. 이 도구는 롤러 베어링과 유사하지만, 롤러는 일반적으로 매우 약간 경사져 있어서 외접 직경을 정확하게 조정할 수 있다. 롤러는 롤러 베어링처럼 케이지 내에서 회전하는 것이 일반적이다. 롤러 버니싱의 일반적인 적용 분야에는 유압 시스템 구성 요소, 샤프트 필렛 및 밀봉 표면이 포함된다.
크기 조절을 매우 정밀하게 할 수 있다.

버니싱은 가공 과정에서도 어느 정도 발생한다. 선반 가공에서는 절삭 공구가 날카롭지 않거나, 큰 음의 경사각을 사용하거나, 매우 작은 절삭 깊이를 사용하거나, 공작물 재료가 끈적할 때 버니싱이 발생한다. 절삭 공구가 마모되면 더 뭉툭해지고 버니싱 효과가 더 뚜렷해진다. 연삭에서는 연마 입자가 무작위로 배열되고 일부가 날카롭지 않으므로 항상 어느 정도의 버니싱이 발생한다. 이것이 연삭이 선반 가공보다 효율이 낮고 더 많은 열을 발생하는 이유이다. 드릴링에서는 드릴이 드릴링 시 재료를 버니싱하는 랜드를 가지고 있을 때 버니싱이 발생한다. 일반적인 트위스트 드릴 또는 직선형 홈 드릴은 구멍을 통과하도록 안내하는 2개의 랜드를 가지고 있다. 리머와 유사한 버니싱 드릴에는 4개 이상의 랜드가 있다.

버니시 세팅은 플러시, 집시 또는 샷 세팅이라고도 하며, 보석 세팅에 사용되는 세팅 기술이다. 스톤의 거들, 즉 최대 직경 지점이 금속 표면 바로 아래에 오도록 구멍을 뚫고 그 안에 스톤을 삽입한다. 버니싱 도구를 사용하여 스톤 주변의 금속을 밀어 스톤을 고정하고 버니싱된 가장자리가 있는 플러시 모양을 만든다. 이 유형의 세팅은 오랜 역사를 가지고 있지만 현대 장신구에서 부활하고 있다.

 같이 보기 
 저소성 버니싱

 각주 

 외부 링크 
 버니싱 공정

분류:기계공학
분류:금속가공