기어 가공이라고 하면 뭔가 공장에서나 쓰는 전문적인 이야기처럼 들리지만, 사실 우리 일상에서 쓰는 물건 중에 기어가 들어간 게 엄청 많거든요. 자동차 변속기부터 시계, 심지어 장난감까지 다 기어가 들어가 있잖아요. 그래서 오늘은 기어 가공이 어떤 식으로 이루어지는지, 종류별로 어떤 특징이 있는지 한번 정리해 봤어요.
기어 가공은 크게 보면 블랭크 준비, 치형 가공, 열처리, 정밀 가공 이렇게 네 단계로 나뉘어요. 블랭크라는 건 기어의 기본 형태를 만드는 과정인데, 여기서 단조나 주조 같은 방법을 써서 금속 덩어리를 기어 모양에 가깝게 만들어놓는 거예요. 단조는 프레스로 눌러서 형태를 잡는 거고, 주조는 녹인 금속을 틀에 부어서 만드는 방식이에요. 용도에 따라 방법이 달라지는데, 강도가 높아야 하는 부품은 주로 단조를 많이 쓴다고 보시면 됩니다.
치형 가공이 기어 가공의 핵심이라고 할 수 있는데요. 여기서 기어의 이빨 모양을 깎아내는 거예요. 대표적인 방법으로는 호빙이랑 기어 셰이핑이 있어요. 호빙은 호브라는 공구를 회전시키면서 기어 이빨을 깎는 방식인데, 정확도가 높고 생산 속도도 빨라서 대량 생산에 많이 쓰여요. 기어 셰이핑은 왕복 운동하는 절삭 공구로 이빨을 깎는 건데, 내접 기어처럼 호빙으로 못 만드는 형태를 가공할 때 주로 사용해요.
쉐이빙이라는 방법도 있는데, 이건 이미 가공된 기어의 표면을 더 매끄럽게 다듬는 과정이에요. 얇은 금속칩을 깎아내면서 정밀도를 높이는 건데, 열처리 전에 하는 경우가 많아요. 열처리를 하면 기어 표면이 단단해지거든요. 그런데 열처리 과정에서 약간의 변형이 생길 수 있어서, 그 다음에 연삭이나 호닝 같은 정밀 가공을 한 번 더 해주는 거예요.
요즘은 CNC 가공 기술이 발달해서 컴퓨터로 제어하는 기계가 복잡한 형상의 기어도 정밀하게 만들어내요. 베벨 기어나 하이포이드 기어처럼 축이 교차하는 형태의 기어도 CNC로 깎을 수 있고, 반복 정밀도가 높아서 품질이 균일하다는 장점이 있어요. 물론 장비 가격이 비싸긴 하지만 대량 생산할 때는 오히려 단가가 낮아지기도 해요.
기어의 종류도 참 다양한데요. 가장 흔한 스퍼 기어는 이빨이 축과 평행하게 되어 있어서 구조가 단순하고 제작이 쉬워요. 헬리컬 기어는 이빨이 비스듬하게 나 있어서 소음이 적고 부드럽게 돌아가는 게 특징이고요. 베벨 기어는 두 축이 직각으로 만나는 곳에 쓰이고, 웜 기어는 큰 감속비를 얻을 수 있어서 엘리베이터나 컨베이어에 많이 들어갑니다. 어떤 기어를 쓸지는 전달해야 하는 동력이나 속도, 설치 공간 등을 고려해서 결정하게 돼요.