금속가공유 입자 제거 장치 선정

금속가공유는 사용하는 동안 미세 금속칩, 마모 물질, 각종 고형물 등의 입자에 의해 오염될 수밖에 없습니다. 이런 성분들은 외부에서 유입되는 유압 작동유(hydraulic oil)나 윤활유(lubricating oil)와 같은 타유(tramp oil)와 더불어, 가공 효율과 생산성, 생산 품질을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 미생물들이 번식하기 좋은 환경을 제공하여 금속가공유의 부패를 가속화시키기 때문에 반드시 제거해 주어야만 합니다.

시중에는 다양한 종류의 입자 제거 장치들이 나와 있는데, 금속가공유의 에멀션 성분에 영향을 주어서는 안 되므로, 화학적 방식이 아닌 물리적/기계적 여과(filtration) 또는 분리(separation) 장치만 적용할 수 있습니다.

여과/분리 장치를 적용하기 전에 반드시 알아야 할 것은, 금속가공유 내 오염 입자 크기의 분포입니다. 가공 방식과 재료에 따라 입자 크기 분포는 크게 달라지므로, 가공 기준에 따라 제거해야 할 입자 최소 크기를 고려하여 적절한 장치를 선택하여야 합니다. (아래 그림은 실리콘 합금을 재료로 하여 다양한 형태의 금속가공을 하는 경우 발생하는 입자 분포를 나타낸 예입니다.)

Source: V. P. Astakhov and S. Joksch, Metalworking fluids(MWFs) for cutting and grinding - Fundamentals and recent Advances, 2012.

입자의 여과와 분리는 기본적으로 입자와 유체의 밀도(density)차를 이용하는 것으로, 점도(viscosity)가 금속가공유에 미치는 영향에 대해서도 정확히 알고 있는 것이 장치 선정에 있어서 매우 중요합니다. 예를 들어, 금속가공유에 비해 고형 성분의 점도가 높을 경우, 침전 속도와 유속이 낮아질 수 있습니다.

현장에서 자주 범하는 실수 중 하나는, 입자의 크기나 특성과 상관 없이 모든 입자를 하나의 장치로 모두 제거하려 하는 것입니다. 각각의 여과/분리 장치에는 제거할 수 있는 최소 입자 크기와 적절한 최대 입자 크기의 범위가 있습니다. 작은 입자를 제거하기에 적합한 장치에 지나치게 큰 입자가 유입되면, 여재가 자주 막혀 이를 따로 세척하거나 교체해 줄 수밖에 없습니다. 따라서, 입자 분포와 가공 시 허용되는 최소 입자 크기를 고려하여, 각 여과/분리 장치가 최상의 성능을 발휘할 수 있는 적절한 범위 내에서, 전처리를 포함한 2단 또는 그 이상의 처리 공정으로 구분하여 프로세스를 구성하는 것이 바람직합니다.

아래 표는 독일 엔지니어 협회(VDI)가 제시하는 "금속가공유 입자 제거를 위한 여과/분리 장치 선정 기준(예)"이니 참고하시기 바랍니다.