일반 CNC 드릴링에는 135° 스플릿 포인트 M35 HSS-Co 자버 드릴(DIN 338)이 적합하다. 자기중심잡기(self-centering) 형상 덕분에 대부분의 평면 가공에서 센터 드릴링 없이도 작업이 가능하며, 30 HRC 이하의 강재를 안정적으로 가공할 수 있다. H7 공차가 필요한 막힌 홀에는 0.1–0.3 mm 여유를 남기고 스파이럴 플루트 초경 리머를 추가하고, 관통 홀에는 스트레이트 플루트 리머를 사용한다. 잘못된 조합은 공구와 소재의 낭비로 이어지지만, 올바른 조합이라면 단일 셋업으로 H7 공차를 달성할 수 있다. 이 가이드에서는 각 공구 유형별 형상, 소재 등급, 코팅, 용도를 상세히 분석하여 홀 가공 작업에 최적인 드릴 비트와 리머를 선정할 수 있도록 안내한다.
절삭 공구의 종류, 등급, 코팅에 대한 전체적인 개요는 절삭 공구 종합 가이드를 참조한다.
드릴 비트 유형과 용도별 선택 기준
자버 트위스트 드릴, 센터 드릴, 스텝 드릴의 세 가지 유형이 일반 금속가공 현장의 홀 가공 작업 대부분을 포괄한다. 각 유형은 특정 작업에 최적화된 고유한 형상을 갖추고 있다.
자버 트위스트 드릴(DIN 338 / ANSI/ASME B94.11)은 범용 홀 가공의 핵심 공구이다. 표준 자버 길이는 드릴 직경의 약 7-10배에 해당하는 홈 길이를 가지며, 강성과 깊이 능력 사이에서 균형을 유지한다. 미터 규격 0.3 mm부터 20 mm까지, 와이어 게이지 #60부터 #1까지, 레터 사이즈 A부터 Z까지, 인치 분수 3/64"부터 11/16"까지 폭넓게 제공된다. ISO 235는 ISO 치수 체계를 적용하는 평행 샹크 자버 및 스텁 시리즈 드릴의 국제 규격이며, ANSI/ASME B94.11은 북미 시장에서 동일 공구군을 규정하는 규격이다.
센터 드릴(DIN 333)은 짧은 파일럿 드릴과 60° 카운터싱크를 하나의 공구에 결합한 형태이다. Type A는 소형 바디로 경~중절삭 가공에 적합하고, Type B는 바디 직경이 크고 카운터싱크가 깊어 중절삭 가공과 대형 드릴 사전 위치 결정에 적합하다. 미터 규격 1-8 mm, 인치 규격 #0부터 #18까지 제공된다.
스텝 드릴은 하나의 공구로 여러 직경의 홀 가공이 필요한 판금, 알루미늄, 플라스틱 가공용으로 설계되었다. 미터 규격 4-38 mm, 인치 규격 1/8"부터 1-3/8"까지, 비트당 5-14개의 스텝으로 구성된다. 스트레이트 플루트 또는 스파이럴 플루트로 제공되며, 육각 샹크 또는 3면 샹크를 선택할 수 있다.
포인트 각도 선정 -- 118° vs 135° vs 140°
포인트 각도는 드릴링 성능을 좌우하는 가장 중요한 형상 파라미터로, 추력, 중심 정확도, 칩 형성에 직접 영향을 미친다.
| 요소 | 118° 표준 | 135° 스플릿 포인트 | 140° 고경도 소재용 |
|---|---|---|---|
| 자기중심잡기 | 불량 -- 곡면에서 편향 발생 | 양호 -- 스플릿 포인트가 편향 방지 | 보통 -- 센터 드릴링 필요 |
| 추력 | 높음 | 118° 대비 15-20% 낮음 | 118° 대비 20-25% 낮음 |
| 최적 소재 | 목재, 플라스틱, 연질 금속 | 강, 스테인리스강, 알루미늄 | 경화강 (>35 HRC), 주철 |
| 칩 형성 | 두껍고 넓은 칩 | 얇은 칩, 배출 우수 | 매우 얇은 칩, 칩당 열 발생 낮음 |
| 홀 입구 품질 | 버 발생 가능 | 평면에서 깨끗한 입구 | 깨끗한 입구, 최소 버 |
CNC 가공에서는 135° 스플릿 포인트가 기본 선택이 되는데, 자기중심잡기 기능이 대부분의 평면 가공에서 센터 드릴링을 생략할 수 있게 하여, 홀당 공구 교환을 한 번 줄일 수 있기 때문이다. 118°는 수동 드릴링과 연질 소재에 적합하며, 140°는 35 HRC 이상의 경화강이나 마모성 주철을 가공할 때만 사용한다.
포인트 각도 경험 법칙
피삭재 경도가 높을수록 포인트 각도도 커져야 한다. 일반 강재 가공(30 HRC 이하)에서는 135° 스플릿 포인트 하나로 90%의 작업을 파일럿 홀 없이 처리할 수 있다.
소재 등급과 코팅 선정
드릴 비트 모재와 코팅의 조합이 주어진 피삭재에서의 내열성, 수명, 최대 절삭속도의 상한을 결정한다. 아래 표는 가장 많이 사용되는 세 가지 모재 등급과 권장 코팅 조합을 정리한 것이다.
| 특성 | HSS (M2) | HSS-Co M35 (5% Co) | 초경 솔리드 |
|---|---|---|---|
| 경도 | 63-65 HRC | 66-68 HRC | 89-93 HRA (~1,600 HV) |
| 최대 절삭 온도 | 550°C | 620°C | 800°C |
| 연강 절삭속도 | 20-30 m/min | 30-45 m/min | 80-120 m/min |
| 스테인리스강 절삭속도 | 8-15 m/min | 15-25 m/min | 40-70 m/min |
| HSS 대비 공구 수명 | 기준 | 1.5-2x | 5-10x |
| HSS 대비 비용 | 1x | 1.3-1.8x | 4-8x |
초경 솔리드 드릴은 강재에서 HSS 대비 3–5× 빠른 속도로 가공할 수 있고 5–10× 긴 수명을 보이지만, 공구당 비용이 4–8× 높아 공구 교환 시간이 중요한 양산 CNC 가공에서 주로 경제성이 확보된다.
코팅 선정은 추가적인 성능 향상을 제공한다:
- TiN (금색) -- 2,300 HV 표면 경도, 마찰 30-40% 감소, 최대 사용 온도 600°C. M35 HSS-Co 드릴의 강재 및 알루미늄 가공에 적합한데, 낮은 증착 온도가 HSS-Co 모재 경도를 보존하면서도 일반 HSS 절삭속도 영역에서 효과적인 마찰 저감을 제공하기 때문이다.
- TiAlN (다크 그레이) -- 3,300 HV 표면 경도, 최대 사용 온도 800°C. 스테인리스강, 티타늄 합금, 경화 소재의 고속 CNC 드릴링에 적합한데, 알루미늄 산화막 배리어층이 TiN 코팅이 용해되는 온도에서도 산화를 억제하기 때문이다. 스텝 드릴의 스파이럴 플루트 사양에도 사용된다.
- AlTiN+TiSiN (브론즈) -- 다층 나노 복합 코팅으로, 강재용 초경 솔리드 리머의 기본 코팅으로 적합하다. TiSiN 외층이 마모성 환경에서 자기 갱신 경도를 제공하여, 단일층 TiAlN 대비 리머 수명이 연장된다.
- TiAlSiN (흑색) -- 고온 사양으로, 900°C 이상의 온도에서 단속 절삭과 가혹한 조건에 적합하다. 실리콘 함유량이 치밀한 Si₃N₄ 입계 네트워크를 형성하여 열 사이클 환경에서도 경도를 유지한다.
코팅 부적합 조합
일반 HSS 드릴에 TiAlN과 같은 고온 코팅을 적용하는 것은 역효과를 낳는다. 코팅과 무관하게 모재가 550°C에서 연화되기 때문이다. 코팅 등급을 모재 등급에 맞추어야 한다: HSS-Co에는 TiN, 초경에는 TiAlN/AlTiN.
센터 드릴 vs 스폿 드릴 -- 올바른 스타터 공구 선택
센터 드릴과 스폿 드릴은 호환되지 않는다. 센터 드릴(DIN 333)은 60° 선반 센터 홀을 가공하고, 스폿 드릴(90° 또는 120°)은 CNC 드릴링을 위한 견고한 시작점을 형성한다. 이 두 공구를 혼동하는 것은 스타터 홀 가공에서 가장 흔한 실수 중 하나이다.
센터 드릴(DIN 333)은 파일럿 홀과 60° 카운터싱크를 동시에 가공한다. 주요 용도는 심압대 지지를 위한 선반 센터 홀 가공이다. Type A(소형 바디, 3.15-20 mm 바디 직경)는 경작업에 적합하고, Type B(대형 바디, 깊은 카운터싱크)는 중절삭 선삭 가공과 대형 사전 위치 결정에 안정성을 제공한다.
스폿 드릴은 후속 트위스트 드릴을 위한 시작점만을 형성하도록 설계된 짧고 견고한 바디를 가진 공구이다. 일반적으로 90° 또는 120° 포인트 각도를 사용하며, 동일 직경의 센터 드릴보다 강성이 높다.
| 기준 | 센터 드릴 (DIN 333) | 스폿 드릴 |
|---|---|---|
| 주요 용도 | 선반 센터 홀 | 드릴 시작점 |
| 포인트 각도 | 60° (표준) | 90° 또는 120° |
| 바디 강성 | 보통 -- 긴 파일럿 부 | 높음 -- 짧고 견고한 설계 |
| CNC 스폿 드릴링 | 소경 홀에 사용 가능 | 위치 정밀도 면에서 선호 |
| 카운터싱크 기능 | 있음 -- 60° 챔퍼 내장 | 없음 |
| 깊이 대 직경 비 | 1:1 ~ 2:1 파일럿 깊이 | 0.5:1 딤플만 형성 |
위치 정밀도가 중요한 CNC 가공에서는 전용 90° 또는 120° 스폿 드릴이 센터 드릴보다 일반적으로 선호되는데, 짧고 견고한 바디가 추력 하에서 휨이 적기 때문이다. 센터 드릴은 양센터 선삭을 위한 60° 카운터싱크가 필요하거나, 드릴링과 카운터싱크를 하나의 작업으로 합쳐 공구 교환을 줄이고자 할 때 사용한다.
리머 선정 -- 스파이럴 플루트 vs 스트레이트 플루트
리밍은 드릴 가공된 홀을 H9에서 H7 공차(10 mm 홀 기준 15 µm 범위)로, Ra 0.4–1.6 µm 표면 조도로 마무리하는 데 사용된다. 스파이럴 플루트와 스트레이트 플루트의 두 가지 리머 유형은 각각 다른 홀 형상에 최적화되어 있다.
스파이럴 플루트 리머는 나선형 절삭날이 칩을 위쪽으로 끌어올리므로, 칩이 아래로 빠져나갈 수 없는 막힌 홀에 적합하다. 초경 솔리드 소재로 4 플루트(3-5 mm) 또는 6 플루트(6-16 mm), 미터 규격 3-16 mm 및 인치 규격 1/8"-1/2" 사이즈로 제공된다.
스트레이트 플루트 리머는 축 방향 절삭날이 칩을 아래쪽으로 밀어내는 구조이다. 칩이 자유롭게 아래로 배출되는 관통 홀의 표준 선택이다. 스파이럴 사양과 동일한 사이즈 범위 및 플루트 수 구성을 갖추고 있다.
선반 및 래디얼 드릴에 사용되는 모스테이퍼 샹크 머신 리머의 경우 ISO 521이 관련 치수 규격이며, 이 가이드에서 다루는 평행 샹크 초경 리머는 일반 DIN/ISO H7 공차 관행을 따른다.
| 요소 | 스파이럴 플루트 | 스트레이트 플루트 |
|---|---|---|
| 홀 유형 | 막힌 홀 | 관통 홀 |
| 칩 방향 | 위쪽 (홀 밖으로) | 아래쪽 (홀 관통) |
| 표면 조도 | Ra 0.4-0.8 um 일반적 | Ra 0.8-1.6 um 일반적 |
| 채터 저항 | 높음 -- 나선형 맞물림 | 낮음 -- 전폭 맞물림 |
| 강성 | 약간 낮음 | 높음 |
| 비용 | 동일 | 동일 |
✦ 스파이럴 플루트 리머 최적 용도
- 칩이 위쪽으로 배출되어야 하는 막힌 홀
- 단속 절삭(교차 홀, 키홈)
- 길고 끊기지 않는 칩이 발생하는 소재
- Ra 0.8 um 이하의 마무리 가공
✦ 스트레이트 플루트 리머 최적 용도
- 칩이 아래로 자유롭게 배출되는 관통 홀
- 짧은 홀 (깊이 2x 직경 미만)
- 깨지기 쉬운 칩이 발생하는 취성 소재 (주철, 황동)
- 채터가 문제되지 않는 환경에서의 최대 강성
절삭속도, 이송량 및 실용 권장사항
리밍은 드릴링보다 보수적인 속도가 필요하다 — 동일 소재에서 HSS 리머는 드릴링 속도의 30–50%, 초경 솔리드 리머는 50–70% 수준이 일반적이다. 사전 드릴 가공된 홀은 리머 직경 대비 0.1-0.3 mm (0.004-0.012") 작게 가공해야 한다. 여유가 너무 크면 채터와 조기 마모가 발생하고, 너무 작으면 절삭 없이 문지르는 현상이 나타난다.
강재(30 HRC 이하) 초경 리머 권장 초기 파라미터:
- 절삭속도: 60-100 m/min (동일 소재 드릴링 속도의 대략 50-70%)
- 회전당 이송량: 0.1-0.3 mm/rev (드릴링보다 높음 -- 리머는 일정한 칩 부하가 필요)
- 여유량: 직경 기준 0.15-0.25 mm
- 절삭유: 강재에는 플러드 쿨런트 강력 권장, 막힌 홀에는 쿨런트 관통 방식 선호
알루미늄 및 비철 소재:
- 절삭속도: 100-200 m/min
- 회전당 이송량: 0.15-0.4 mm/rev
- 빌트업 에지 방지를 위해 무코팅 초경 리머 사용
판단 기준: 홀 공차가 H9 이하라면 양질의 135° 스플릿 포인트 M35 드릴만으로 리밍 없이 충분한 결과를 얻을 수 있는 경우가 많다. H7 이상의 공차에는 언더사이즈 드릴링 후 리밍이 필요하다. H6 또는 보링 마무리가 요구되는 경우에는 드릴-리밍-보링 또는 드릴-리밍-호닝 시퀀스를 고려한다.
용도별 드릴 및 리머 빠른 선정표
아래 표는 가장 일반적인 홀 가공 시나리오별로 권장 공구, 소재, 초기 절삭속도 범위를 정리한 것으로, 1차 선정 시 참고용이며, 실제 가공 시에는 기계 및 셋업 조건에 맞추어 확인이 필요하다.
특정 용도에 적합한 드릴 유형과 리머 유형의 매칭은 홀 가공 시퀀스에서 가장 큰 영향을 미치는 결정이다. 잘못된 공구 형상이나 코팅 등급 선택은 공구 자체보다 불량품과 재연삭 비용으로 더 큰 손실을 가져온다.
| 시나리오 | 공구 유형 | 소재 | 절삭속도 범위 | 선정 이유 |
|---|---|---|---|---|
| 일반 CNC 드릴링, 30 HRC 이하 연강 | 135° 스플릿 포인트 자버 드릴 (DIN 338) | M35 HSS-Co + TiN | 30-45 m/min | 자기중심잡기 포인트로 스폿 드릴 공정 생략 가능; M35 코발트가 620°C 적열 경도 유지 |
| 양산 드릴링, 강 + 스테인리스강 | 135° 스플릿 포인트 자버 드릴 | 초경 솔리드 + TiAlN | 80-200 m/min | 초경으로 3-5x 높은 절삭속도 가능; TiAlN이 800°C 건식 절삭 열에 견딤 |
| 35 HRC 이상 경화강 드릴링 | 140° 포인트 드릴 | 초경 솔리드 + AlTiN | 40-80 m/min | 넓은 포인트 각도가 추력을 20-25% 낮추어 경질 모재의 진입부 치핑 방지 |
| 판금, 알루미늄, 플라스틱, 다단 직경 | 스텝 드릴 (4-38 mm) | HSS-Co + TiAlN 스파이럴 | 20-60 m/min | 단일 공구로 5-14개 별도 드릴 대체; 스파이럴 홈이 알루미늄의 긴 칩 배출 |
| CNC 위치 정밀도 확보용 스타터 홀 | 90° 또는 120° 스폿 드릴 | 초경 솔리드 | 60-100 m/min | 짧고 견고한 바디가 센터 드릴보다 휨이 적어 ±0.025 mm 위치 정밀도 유지 |
| H7 막힌 홀, 강재 | 스파이럴 플루트 리머 (4-6 플루트) | 초경 솔리드 + AlTiN+TiSiN | 60-100 m/min | 나선형 홈이 칩을 위쪽으로 끌어올려 막힌 홀에서 재절삭 방지 |
| H7 관통 홀, 강재 | 스트레이트 플루트 리머 (4-6 플루트) | 초경 솔리드 + AlTiN+TiSiN | 60-100 m/min | 축 방향 홈이 칩을 아래로 배출; 전폭 맞물림으로 강성 확보 |
| H7 홀, 알루미늄 및 비철 소재 | 스트레이트 또는 스파이럴 플루트 리머 | 초경 솔리드, 무코팅 | 100-200 m/min | 무코팅 절삭날이 저융점 합금의 빌트업 에지 방지 |
드릴 유형은 작업에, 리머 유형은 홀에 맞추어 선정한다.
일반 CNC 드릴링에는 135° 스플릿 포인트 M35 HSS-Co 자버 드릴(DIN 338)을 사용한다. 자기중심잡기 기능으로 30 HRC 이하 강재를 안정적으로 가공할 수 있다. H7 공차가 필요하면 막힌 홀에는 스파이럴 플루트 초경 리머를, 관통 홀에는 스트레이트 플루트 리머를 추가한다. 센터 드릴은 선반 작업에, 스텝 드릴은 판금 가공에 한정하여 사용한다. 코팅 등급은 모재 등급에 맞추어야 한다: HSS-Co에는 TiN, 초경 솔리드에는 AlTiN+TiSiN.
스폿 드릴 대신 센터 드릴을 사용해야 하는 경우는?
양센터 선삭을 위한 60° 카운터싱크가 필요하거나, 파일럿 홀과 카운터싱크를 하나의 작업으로 합치고자 할 때 센터 드릴(DIN 333)을 사용한다. 평면에서의 CNC 위치 정밀도가 중요한 경우에는 전용 90° 또는 120° 스폿 드릴이 더 짧고 견고한 바디로 인해 선호된다.
H7과 H9 홀 공차의 차이는?
ISO 286-2에 따르면, 10 mm 홀(6-10 mm 범위) 기준 H7은 +0.000 ~ +0.015 mm (15 µm 범위), H9는 +0.000 ~ +0.036 mm (36 µm 범위)이다. H7은 일반적으로 드릴링 후 리밍이 필요하며, H9는 정밀 연삭 트위스트 드릴만으로 달성 가능한 경우가 많다.
스파이럴 플루트 리머와 스트레이트 플루트 리머 중 어느 쪽을 선택해야 하는가?
막힌 홀에는 스파이럴 플루트를 선택한다. 나선형 절삭 작용이 칩을 위쪽으로 끌어올려 홀 내부에서의 재절삭과 그로 인한 표면 손상을 방지한다. 관통 홀에는 칩이 아래로 자유롭게 배출되는 스트레이트 플루트를 선택한다. 직경 2× 미만의 짧은 홀에서는 스트레이트 플루트가 강성 면에서도 유리하다. 양쪽 모두 초경 솔리드 소재에서 H7 공차(10 mm 홀 기준 ±0.015 mm)를 달성할 수 있다.
M35 HSS-Co가 표준 HSS보다 강재 드릴링에서 우수한 이유는?
M35는 5% 코발트를 함유하여 적열 경도가 550°C에서 620°C로 상승하고, 전체 경도가 63-65 HRC에서 66-68 HRC로 높아진다. 이를 통해 표준 M2 HSS 대비 강재 및 스테인리스강 가공에서 30-50% 높은 절삭속도와 1.5-2x 긴 공구 수명을 달성할 수 있다.
리밍을 위해 얼마나 여유를 남겨야 하는가?
강재용 초경 리머의 경우 직경 기준 0.1-0.3 mm (0.004-0.012 inches)을 남긴다. 여유가 0.3 mm를 초과하면 과도한 열 발생과 채터가 나타난다. 0.05 mm 미만이면 리머가 절삭 없이 문지르게 되어, 광택이 남는 불량 표면과 급속한 플랭크 마모가 발생한다.
