필렛 가공: 주요 기능 및 설계 고려 사항

엔지니어링에서 CNC 필렛 가공은 내부 또는 외부 모서리를 둥글게 처리하는 것을 의미합니다. 이러한 둥근 모서리는 부품의 내부와 외부 모두에 적용될 수 있습니다.

볼록 필렛은 바깥쪽 필렛이고, 오목 필렛은 안쪽 필렛입니다. 주요 기능은 응력 집중을 최소화하고 구조물 내부에 응력을 분산시키는 것입니다.

필렛 반경은 내부 모서리 또는 모서리를 둥글게 처리하는 것을 의미합니다. 이는 주조 품질과 하중 지지력을 향상시킵니다. 또한, 필렛 반경을 적용하면 주조 설계의 성능도 개선될 수 있습니다. 

이 가이드를 통해 필렛이란 무엇인지, 필렛은 어떻게 가공되고 설계되는지, 그리고 주요 용도는 무엇인지 이해할 수 있습니다. 

필렛이란 무엇인가? 필렛의 목적과 디자인

이미지 이름: 필렛 가공

필렛 정의 엔지니어링 모서리는 방향 전환 시 응력을 줄이기 위해 사용됩니다. 또한 이러한 모서리가 매끄럽고 둥글면 마찰이 줄어들고 제품의 견고성과 수명이 향상됩니다. 모서리는 피로도를 낮추고 부품의 하중 지지 능력을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 대부분의 설계에서는 모따기보다는 필렛을 사용하여 응력을 줄입니다.

모서리 필렛은 실용적인 용도 외에도 미적인 효과를 더해줍니다. 모서리가 둥글게 처리되어 더욱 매끄럽고 전문적인 느낌을 줍니다. 내부 필렛은 오목하게 파인 것처럼 보이고, 외부 필렛은 돌출된 것처럼 보입니다. 하지만 필렛을 단순히 미적인 목적으로만 사용할 경우 CNC 가공은 비용과 시간이 많이 소요될 수 있습니다.

모서리 경사면(베벨 또는 챔퍼)은 종종 필렛과 비슷해 보이지만, 엄연히 다릅니다. 필렛은 둥근 모양인 반면, 베벨은 각도로 깎인 형태입니다. 가공된 모서리는 용접이나 기타 방법으로 견고하고 영구적인 연결을 만들어야 할 경우 베벨 처리를 할 수도 있습니다.

부품 설계 시 필렛 사용을 피해야 하는 경우는 언제일까요?

이미지 이름: 모서리가 둥글게 처리된 부분의 피로 저항

모서리 다듬기는 부품 디자인을 향상시키지만 경우에 따라 추가 비용을 발생시킬 수 있습니다. 기능적인 이점이 없는 경우에는 모서리 다듬기를 사용하지 마십시오. 다음은 모서리 다듬기를 피해야 하는 몇 가지 상황입니다.

바닥 가장자리의 필레는 피하세요

제목: 필렛 모서리 처리의 어려움

막힌 구멍이나 포켓의 바닥 모서리를 필렛 처리하면 외관이 개선되지만 추가 비용이 발생하는 경향이 있습니다. 볼 엔드밀이 필요하며, 이는 사각 엔드밀보다 가격이 비쌉니다. 이러한 엔드밀은 3D 가공 작업을 필요로 하므로 생산 속도가 느려지고 공정이 복잡해집니다. 또한, 볼 엔드밀은 사각 엔드밀에 비해 공구 수명이 짧고 재료 절삭 속도가 느립니다.

캐비티 바닥면의 응력 감소는 일반적으로 깊이 조절이나 형상 위치 변경을 통해 최적화됩니다. 이러한 변경은 바닥면에서 복잡한 캐비티를 필렛 가공하는 것보다 경제적입니다.

3D 프린팅 시 모서리를 둥글게 처리하는 필렛(모서리 모서리 다듬기)을 사용하지 마세요.

이미지 이름: 3D 필렛 모델

3D 프린팅 기술을 이용하면 복잡한 구조물을 제작할 수 있기 때문에 모서리 가공이 불필요해집니다. 응력 완화용 모서리 가공이 필요 없으며, 평평하거나 직선인 모서리, 날카로운 모서리와 같은 포켓 형태의 부품도 추가 가공 없이 직접 출력할 수 있습니다. 또한, 재료로 완전히 밀폐되어 가공이 필요 없는 밀폐형 캐비티를 설계하고 제작하는 것도 가능합니다.

3D 프린팅에서 다음으로 넘어갈 때 CNC 가공 공정설계를 재검토해야 합니다. 상당한 공정상의 제약으로 인해 시간과 비용이 낭비됩니다.

모따기와 필렛의 차이점은 무엇일까요?

이미지 이름: 필렛 vs 챔퍼 디자인

다음은 두 제품의 주요 차이점입니다. 필렛 대 모따기

가공:

• 필렛 가공 공정에서는 다양한 반경 크기에 맞는 공구가 필요합니다. 반면, 모따기 가공에서는 하나의 공구로 여러 치수를 가공할 수 있습니다.
• 모서리 가공은 모서리 필렛 가공에 비해 비용 효율적입니다. 필렛 가공은 일반적으로 부품 및 제작물의 생산 비용을 증가시킵니다.
• 필렛은 날카로운 모서리가 없어 더 안전합니다. 챔퍼는 만지면 날카로운 모서리가 생기므로 주의가 필요합니다.
• 필렛 가공은 응력을 더 큰 반경에 분산시켜 변형을 방지합니다. 반면 모따기는 응력을 한 곳에 집중시켜 휘어질 수 있습니다.
• 모서리를 깎아내는 작업에 비해 필렛 가공은 시간이 더 오래 걸립니다. 필렛 디자인은 좀 더 까다롭고 가공 시 더 높은 정확도가 요구됩니다.
• 필렛 가공은 곡선 모서리 때문에 더 많은 시간과 기술을 요구합니다. 주조와 단조는 필렛을 만드는 데 가장 적합한 몇 가지 방법입니다. 다른 공정에 비해 모따기는 더 빠르고 가공 작업이 많이 필요하지 않습니다.

필렛 가공 방법: 주요 고려 사항 

이미지 이름: 모서리 둥글게 처리된 그림

모서리 다듬기(필렛)를 설계할 때는 다음 사항을 고려하십시오.

1. CNC 가공에서 하단 끝부분

이미지 이름: 오목한 모서리 마감

캐비티의 오목한 모서리와 같이 바닥면이 둥근 모서리에 필렛을 가공하는 것은 CNC 공구를 사용하여 가공하기 어려운 부분입니다. 특히 볼 엔드밀과 같이 섬세하고 회전 속도가 느린 공구를 사용할 경우 더욱 그렇습니다. 이는 제조 비용과 납기를 상당히 증가시킵니다. 대부분의 경우 바닥면을 직각으로 가공하는 것이 상대적으로 저렴합니다.

설계에 기능상 모서리 다듬기(필렛)가 필요한 경우 3D 프린팅으로 전환해야 할 수도 있습니다. 적층 제조(AM) 공정을 사용하면 이러한 복잡한 형상을 다른 가공 공정의 어려움 없이 구현할 수 있습니다.

2. 수직 벽 사이의 내부 필렛

이미지 이름: 필렛 벽 디자인

CNC 밀링은 수직 측벽이 만나는 부분에 필렛이라고 불리는 둥근 안쪽 모서리를 본질적으로 생성합니다. 필렛의 크기는 특정 작업에 사용되는 엔드밀의 직경에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 직경 0.8mm의 공구를 사용하면 반경 0.4mm의 필렛이 생성됩니다. 이러한 공구로는 0.2mm와 같은 더 작은 반경의 필렛을 만드는 것은 불가능합니다.

또한, 수직면과 곡선면 사이를 필렛 가공할 때는 공구의 크기와 길이를 고려해야 합니다. CNC 기계를 사용할 때 최상의 결과를 얻으려면 엔드밀의 길이는 직경의 3~5배가 되어야 합니다.더 깊이 들어가 보세요에 판금 설계 지침)

필렛 용도

생선살을 자주 사용하는 용도는 다음과 같습니다.

1. 화장품 얼굴 모서리

모서리를 매끄럽게 다듬기 위해 모서리 부분에 필렛을 적용합니다. 이렇게 하면 모서리 사이가 부드럽고 깔끔하게 보입니다. 이러한 필렛은 부품의 강도나 강성을 향상시키지는 않지만 외관을 아름답게 하는 데 도움이 됩니다. 불필요한 비용 증가를 방지하기 위해 다른 기하학적 특성들을 결정한 후에 필렛 적용 여부를 결정해야 합니다. 기능에는 영향을 미치지 않으므로 가공 비용을 합리적으로 유지하기 위해 필요한 경우에만 적용하는 것이 좋습니다.

2. 사용 편의성 및 안전성 향상

필렛 가공은 금속 부품의 날카로운 모서리를 제거하는 데에도 도움이 되는데, 이러한 모서리는 종종 다루기 어렵습니다. 필렛 가공은 CNC 가공에서 새롭게 도입된 기능입니다. 날카로운 모서리를 제거하는 것은 물론, 인체공학적 설계에서 안전성을 향상시킵니다. 모서리를 둥글게 처리하면 사용자의 안전을 확보하고 부품을 더욱 안전하게 다룰 수 있습니다. 완벽한 곡률이 필요하지 않은 경우에는 날카로운 모서리를 구부려 제조 비용을 절감할 수도 있습니다.

3. 핀 및 패스너 배치 지원

모서리 필렛은 핀이나 패스너 삽입을 용이하게 하는 동시에 구멍 둘레 주변 구조물에 대한 고정력을 향상시켜 줍니다. 

압입식 또는 나사식 구멍에는 모따기가 선호되지만, 정밀 공차 적용 분야에서는 필렛이 부품 정렬에 도움이 될 수 있습니다. 

모서리가 둥글게 처리되어 있어 나사, 볼트, 핀과 잘 맞습니다. 모서리 경사면은 나사와 핀이 재료에 정확하게 삽입되도록 도와줍니다. 또한, 둥근 모서리는 응력 집중을 최소화하고, 접합면의 형상이 호환되도록 보장합니다.

필레가 필요한 경우는 언제일까요?

필렛 가공은 다음과 같은 이유로 매우 중요합니다.

1. 평면 사이의 내부 모서리

이미지 이름: 안쪽 모서리 필렛 처리

수직 벽 두 개 사이에 날카로운 직각 모서리를 가공하는 것은 불가능합니다. CNC 공구는 원형이고 축대칭이기 때문입니다. 이는 수직 벽이 180° 미만의 각도로 만나는 모든 모서리에 적용됩니다. 이러한 경우에는 가공을 위해 필렛이 필요합니다. DFM 분석 시 이러한 영역에 필렛을 적용하는 것이 좋습니다. 대부분의 CNC 밀링 공구는 축대칭입니다. 비록 불가능한 것은 아니지만 말입니다. 플라이 커터 선반 공구 중 일부는 축대칭 공구와 다릅니다. 이러한 공구는 특정 상황에서 유용할 수 있지만, 대부분의 CNC 작업에서는 여전히 필렛 가공이 필요합니다.

2. 경사진 표면 또는 유기적인 표면 사이의 전환

모서리를 둥글게 처리하는 것은 경사진 표면이나 유기적인 형태의 표면이 180° 미만의 각도로 다른 표면과 교차할 때 필수적입니다. 이러한 모서리는 일반적으로 볼 엔드밀을 사용하여 가공합니다. 

공구의 곡률 반경은 가능한 최소 필렛 크기를 결정합니다. 그렇지 않으면 이러한 표면 사이의 전환이 정확하지 않아 부품 강도가 저하될 수 있습니다. 최적의 필렛 설계는 유동성과 활용성을 향상시키는 동시에 구조물의 수명을 연장합니다.

3. 수직면과 경사면 사이의 전환

필렛은 구조물의 수직 벽면과 각진 부분, 곡선 부분 또는 유기적인 형태의 부분이 만나는 지점에 사용됩니다. 이 단계를 생략하면 금형을 열었을 때 접합부에 재료가 남아 설계가 변경될 수 있습니다. 이러한 문제는 사각 엔드밀이나 볼 엔드밀로는 필렛 없이 이러한 접합부에서 재료를 제거할 수 없기 때문에 발생합니다. 

필렛은 부품의 하중 지지력을 저하시키지 않으면서 두 부품을 매끄러운 모서리로 접합하는 데 유리합니다.

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