숏피닝 (Shot Peening), 숏블라스트, 샌드블라스트, 그리트 블라스트

<구분>

• 특수가공
  • 방전가공 (EDM) 
  • 초음파가공(UM)
  • 전해가공(ECM)
  • 전해연삭(ECG)
  • 전해연마 (EP)
  • 화학적 가공 (CM)
  • 숏피닝 (Shot Peening)  ★
  • 버핑과 폴리싱
  • 압부가공
  • 전자빔가공 (EBM)
  • 고온가공 
  • 레이저가공

<기출>

• 13-1-6 숏피닝(shot peening)에 대하여 설명하시오 

 

1. 개요

 

1) 정의

 표면경화법 중 하나로, 주철 및 주강으로 이루어진 쇠구슬을 재료 표면에 분사하여 표면경화를 하고, 일감을 다듬질하며 피로강도나 기타 기계적 성질을 향상시키는 가공법

 

숏피닝

좌측이 압축공기분사식, 우측이 원심력 이용식

2) 목적

• 가공경화 : 결정립이 변형, 미세화
• 피로강도 향상 : 숏피닝에 의한 잔류압축응력의 영향 
• 전경화와는 다르게 심부는 경화하지 않고 표면만 경화 → 적절한 인성과 강도, 경도를 만족 
• 피로강도 향상, 수명 향상, 기계적 성질 향상 목적

부품	피로한도 증가 (%)	부품	피로한도 증가 (%)
크랭크축	910	코일 스프링	1370
판스프링	620	기어	1510
연결봉	1000	라커 암	1400

3) 원리

• 강구를 재료의 표면에 분사하면 충격부위에 소성변형 발생
• 변형된 표면은 변형되지않은 내부 균형(평형)을 맞추기 위해 표면에 압축 잔류응력이 발생함 
• 압축공기를 이용(노즐을 이동시키기 용이해 구멍의 내면 가공에 용이)
• 원심력을 이용해 분사(고속회전하는 임펠러로 분사 - 생산능률이 높음)

숏피닝 피로강도 향상 기본 원리

 

2. 특징

 

1) 장점

• 금속재질의 피로수명과 표면경도 증대
• 용접부위의 인장잔류응력을 상쇄
• 금속의 산화 특성 및 슬래그, 이물질 제거 (쇼트 블라스트 효과)
• 재료 중심부 연성, 인성 유지되며 표면층만 경화 (표면부터 0.2 ~ 0.7mm까지 가공경화) 
• 설비 투자비가 비교적 저렴 (열처리 대비)

2) 단점

• 표면부에 미세균열이나 날카로운 부분이 있을시 균열이 발생되거나 진전된다 

3) 쇼트볼 종류

철제쇼트와 동 또는 유리 쇼트가 있다 
일반적인 크기는 0.5 ~ 1mm 크기가 가장 많이 사용된다 

• 칠드주철
• 가단주철
• 주강
• 컷와이어 
• 유리쇼트 

4) 숏피닝 영향인자

• 쇼트볼 크기
• 공작물 경도
• 쇼트볼 속도 
• 쇼트볼 투사 각도 : 수직에 가까울수록 잔류응력 형성이 좋음  

5) SSPC 표면처리 등급

방법	표면처리 규격		내용
	SSPC-SP	SIS
용제세척 (Solvent Cleaning)	SSPC-SP1-63		용제, 증기, 유화제, 세척제 등에 의한 세척으로 염고 같은 오염물질을 제거 하는 방법
수공구세척 (Hand Tool Leaning)	SSPC-SP2-63	ST2	수공구치퍼, 연마지, 철솔, 그라인더 등을 사용하여 느슨한 녹, 흑피 및 구도막을 제거하는 방법
동력공구세척 (Power Tool Cleaning)	SSPC-SP3-63	ST3	동력공구치퍼, 연마지, 철솔, 그라인더 등을 사용하여 느슨한 녹, 흑피 및 구도막을 제거하는 방법
새철재의 화염세척 (Flame Cleaning of New Steel)	SSPC-SP4-63		화염을 사용하여 녹, 느슨한 흑피를 제거한 후 철솔로 마루리한다. 작업상 위험도와 철재변형의 우려가 있음
완전나금속블라스트 세척 (White Metal Blast Cleaning)	SSPC-SP5-63	SA3	모래, Grit, Shot를 사용하여 눈에 보이는 녹, 흑피 및 구도막을 블라스트 세척으로 모두 제거함
일반블라스트 세척 (Commercial Blast Cleaning)	SSPC-SP6-63	SA2	표면적의 ⅓이상까지 눈에 보이는 모든 이물질을 블라스트 세척함
브러쉬블라스트 세척 (Brush-off Blast Cleaning)	SSPC-SP7-63	SA1	단단히 부착된 흑피, 녹 및 구도막을 제외한 모든 이물질을 블라스트 세척함
산처리 (Pickling)	SSPC-SP8-63		현장용으로 적합지 않고 일정한 시설을 같춘 실내 방법으로만 활용가능함 삼처리 및 전해산처리로 녹과 흑피를 완전히 제거함
자연방치후 블라스트 세척 (Weathering Following Blast Cleaning)	SSPC-SP9-63		흑피의 일부 혹은 전부를 제거함(1971년 폐지)
준나금속 블라스트 세척 (Near White Blast Cleaning)	SSPC-SP10-63	SA2 ½	표면적의 95% 이상까지 눈에 보이는 모든 이물질을 블라스트 세척함

 

3. 비슷하지만 다른 공정 정리 

 

1) 쇼트 블라스트 (Shot blasting), 그리트 블라스트 (Grit blasting)

칠드주철의 구를 파쇄하여 예리한 모서리를 가진 소립(그리트)를 사용하면 블라스트의 효과가 현저해지는데 이를 그리트 블라스트라 함 

또한, 철가루나 커트와이어를 투사하는것을 쇼트 블라스트라고 함 

• 주조 공정 등 이후의 스케일을 제거
• 녹, 도막 등 표면에 부착되어 있는 오염물을 제거 

탱크제품의 쇼트블라스트 및 액체도장 (youtube.com)

2) 샌드 블라스트 (Sand blasting)

규사나 연마제 등의 광물 입자를 투사

• 주조 공정 등 이후의 스케일을 제거
• 녹, 도막 등 표면에 부착되어 있는 오염물을 제거 
• 모래가 공작물과 충돌시 미세하게 부서지므로 절삭량이 비교적 적고 모래소모량이 ㅁ낳아지며 미세한 모래 입자가 작업자의 건강을 해칠 수 있다 

https://youtu.be/2Q2VMR1wfwE?si=cjFe1GqCbEj-lwmw

 

3)배럴 연마

큰 용기에 가공물과 연마제를 투입(가공물, 매체, 물 및 컴파운드)하여 진동 또는 회전시킴으로써, 가공물 상호간 혹은 가공물과 매체와의 상대운동 차이에 의해 연마를 실시하는 방법
크기가 작거나 개수가 많은 제품을 동시에 연마할 때 많이 사용

 

• 가공정밀도는 떨어지지만 빠른 시간 내에 가공이 가능함
• 단순 작업인 버 제거에 많이 사용됨 
• 대량생산에 적합
• 숙련도가 필요없다
• 노동력이 적게 든다 

배럴연마

 

 

4. 참고 자료