현대 제조 분야에서 컴퓨터 수치 제어(CNC) 가공은 금속 부품의 설계, 프로토타입 제작 및 생산 방식에 혁명을 일으켰습니다. 이 첨단 기술 CAD 소프트웨어 프로그래밍된 지침에 따라 정밀 절삭 도구를 사용하여 금속 가공에서 타의 추종을 불허하는 수준의 정확성, 반복성 및 다양성을 달성합니다.
이 포괄적인 가이드는 금속 CNC 가공의 복잡한 사항, 원리, 프로세스, 장점, 다양한 산업에서의 응용 분야 등을 깊이 있게 다룹니다.
금속 CNC 가공이란?
금속 CNC 가공은 원하는 모양이나 구성 요소를 만들기 위해 단단한 금속 블록(작업물 또는 블랭크라고 함)에서 재료를 제거하는 삭감 제조 공정입니다. 이 공정은 절삭 공구의 이동을 미리 정해진 경로를 따라 지시하는 컴퓨터 프로그램에 의해 제어되어 매우 복잡한 형상을 놀라운 정밀도로 달성할 수 있습니다.
CNC 가공에 사용되는 금속 유형
CNC 가공은 다양한 금속으로 작업할 수 있으며, 각각은 다른 응용 분야에 적합한 고유한 특성을 제공합니다. 일반적인 금속은 다음과 같습니다.
1. 알류미늄
알루미늄은 뛰어난 가공성, 가벼운 특성, 다재다능함으로 인해 CNC 가공에서 가장 일반적으로 사용되는 금속 중 하나입니다. 항공우주, 자동차, 전자, 소비자 제품을 포함한 다양한 산업에서 널리 사용됩니다.
주요 속성 :
- 밀도: 2.7g/cm³ (2700kg/m³)
- 융점: 660.3°C (1220.5°F)
- 비등점: 2519°C (4566°F)
- 열전도율: 235W/m·K
- 전기 전도도: 37.7 x 10^6 S/m
- 비열용량: 0.897 J/g·K
- 열팽창계수 : 22.2 x 10^-6 /K
- 반사율 : 가시광선의 80-85%
- 인장 강도: 70-700MPa
- 항복 강도: 40-550 MPa
- 신장률: 8-20% (합금에 따라 다름)
- 탄성계수: 69 GPa(10,000 ksi)
일반 등급:
| 알루미늄 등급 | 주요 속성 | CNC 가공 기술 |
|---|---|---|
| 5052 | 높은 내식성, 양호한 용접성, 중간~높은 강도 | 가공이 가능하지만 가공이 더 어려울 수 있음; 마찰을 피하기 위해 윤활제를 사용하세요 |
| 6061 | 우수한 기계적 성질, 양호한 용접성, 양호한 내식성 | 가공성이 매우 우수합니다. 고속 도구를 사용하고 칩 제거 전략을 고려하십시오. |
| 6063 | 내식성이 양호하고 용접성이 우수하며 강도가 중간 수준입니다. | 높은 이송 속도와 매끄러운 마감으로 가공 가능; 날카로운 도구 사용 |
| 7075 | 강도가 매우 높고 내식성이 보통이며 용접이 어려움 | 경도가 높아 날카로운 도구와 제어된 이송 속도로 정밀 가공이 필요합니다. |
| 5083 | 극한 환경에서도 뛰어난 성능, 고강도, 우수한 내식성 | 기계 가공이 더 어렵습니다. 도구 마모를 방지하기 위해 느린 속도와 충분한 윤활을 사용하십시오. |
어플리케이션 : 항공우주, 자동차, 전자, 소비재 산업에서 널리 사용됩니다. 6061 및 7075와 같은 일반적인 알루미늄 합금은 종종 구조적 구성 요소, 하우징 및 인클로저에 선택됩니다.
2. 스테인리스 강
스테인리스 스틸은 강도, 내구성, 부식 방지 기능이 뛰어나 의료 기기부터 자동차 부품까지 다양한 분야에 적합합니다.
주요 속성 :
- 밀도: 7.8g/cm³ (7800kg/m³)
- 융점: 1375-1530°C (2500-2800°F)
- 비등점: 약 2750°C(5000°F)
- 열전도도: 16-25 W/m·K
- 전기 전도도: 1.45 x 10^6 S/m
- 비열용량: 0.50 J/g·K
- 열팽창계수 : 16-20 x 10^-6 /K
- 인장 강도: 480-1300MPa
- 항복 강도: 210-1000 MPa
- 신장률: 40-60% (등급에 따라 다름)
- 경도: 일반적으로 150-200 HB
- 탄성계수: 200 GPa(29,000 ksi)
일반 등급:
| 스테인레스 스틸 그레이드 | 주요 속성 | CNC 가공 기술 |
|---|---|---|
| 303 | 우수한 가공성, 내식성 양호, 비자성 | 쉽게 가공 가능, 최소한의 도구 마모로 고속 CNC 가공에 이상적 |
| 304 | 내식성이 우수하고 성형성이 우수하며 비자성입니다. | 적당한 가공성; 날카로운 도구와 낮은 속도를 사용하여 작업 경화를 방지합니다. |
| 316 | 특히 해양 환경에서 뛰어난 내식성, 비자성 | 기계 가공이 더 어렵습니다. 느린 속도, 높은 윤활성 및 날카로운 도구를 사용하십시오. |
| 416 | 가공성이 우수하고 내식성이 좋으며 자성이 좋다 | 스테인리스강 중 최고의 가공성; 낮은 공구 마모로 고속 가공에 적합 |
| 440C | 매우 높은 경도, 뛰어난 내마모성, 자기성 | 경도로 인해 가공이 어렵습니다. 매우 느린 속도와 강력한 공구를 사용하십시오. |
| 17-4PH | 고강도, 내식성 양호, 기계적 성질 우수, 자기성 | 경도와 강도를 처리하기 위해 감소된 속도와 고품질 도구로 신중한 가공이 필요합니다. |
어플리케이션 : 의료, 식품 가공, 해양 및 화학 산업에 사용됩니다. 스테인리스 스틸은 수술 도구, 패스너 및 해양 구성 요소와 같이 강도와 내식성의 조합이 필요한 부품에 이상적입니다.
3. 강철
강철, 특히 탄소강은 강도, 저렴성, 폭넓은 가용성으로 인해 CNC 가공의 필수품입니다. 내구성과 구조적 무결성이 필요한 부품에 자주 사용됩니다.
주요 속성 :
- 밀도: 7.75-8.05 g/cm³ (7750-8050 kg/m³)
- 융점: 1425-1540°C (2597-2804°F)
- 비등점: 약 3000°C(5432°F)
- 열전도도: 43-60 W/m·K
- 전기 전도도: 10-20% IACS
- 비열용량: 0.486 J/g·K
- 열팽창계수 : 11-16 x 10^-6 /K
- 자기적 특성: 자기적
- 인장 강도: 370-2000MPa
- 항복 강도: 250-1500 MPa
- 신장 : 10-50 %
- 경도: 120-600 HB
- 탄성계수: 200-210 GPa(29,000-30,500 ksi)
일반 등급:
| 철강 학년 | 주요 속성 | CNC 가공 기술 |
|---|---|---|
| 4140(합금강) | 강도가 높고, 인성이 좋으며, 피로 저항성이 우수합니다. | 기계 가공이 더 어렵습니다. 더 느린 속도와 강력하고 내열성 도구를 사용하세요. |
| A36(구조용 강철) | 용접성이 좋고 강도가 적당하여 널리 사용됨 | 쉽게 가공 가능; 표준 공구로 고속으로 가공 가능 |
| O1(공구강) | 경도가 높고, 내마모성이 우수하며, 인성이 좋다 | 가공이 어려움; 저속, 고윤활, 강력한 카바이드 공구 사용 |
| D2(공구강) | 매우 높은 경도, 뛰어난 내마모성, 높은 압축 강도 | 가공이 매우 어렵습니다. 경도를 처리하기 위해 매우 느린 속도와 견고한 도구가 필요합니다. |
| A2(공기경화공구강) | 경도가 높고, 내마모성이 우수하며, 치수 안정성이 우수함 | 가공이 어렵습니다. 낮은 속도, 충분한 윤활 및 고품질 도구를 사용하십시오. |
어플리케이션 : 자동차 산업에서 기어, 샤프트 및 기타 기계 구성품에 일반적으로 사용됩니다. 또한 건설에서 도구, 볼트 및 구조 요소를 만드는 데 사용됩니다.
4. 티탄
티타늄은 뛰어난 강도, 낮은 밀도, 내식성으로 유명하여 특히 항공우주, 의료, 해양 산업과 같은 고성능 응용 분야에 이상적인 선택입니다.
주요 속성 :
- 밀도: 4.5g/cm³ (4500kg/m³)
- 융점: 1885°C (3415°F)
- 비등점: 3287°C (5949°F)
- 열전도율: 21.9W/m·K
- 전기 전도도: 2.38 x 10^6 S/m
- 비열용량: 0.523 J/g·K
- 열팽창계수 : 8.6 x 10^-6 /K
- 인장 강도: 240-1400MPa
- 항복 강도: 140-1300 MPa
- 신장 : 10-30 %
- 탄성계수: 116 GPa(16,800 ksi)
일반 등급:
| 티타늄 등급 | 주요 속성 | CNC 가공 기술 |
|---|---|---|
| 학년 1 | 순수 티타늄, 내식성 우수, 고연성 | 표준 도구로 가공하기 쉽습니다. 작업 경화를 피하기 위해 더 높은 속도와 날카로운 도구를 사용하십시오. |
| 학년 2 | 순수 티타늄, 강도와 연성의 균형이 좋고 내식성이 우수합니다. | 1등급과 유사함; 열 축적을 관리하기 위해 날카로운 도구와 적당한 속도가 필요함 |
| 학년 3 | 2급보다 강도가 높고 내식성이 좋으며 연성이 적당하다. | 과도한 도구 마모를 방지하기 위해 제어된 절단 속도와 날카로운 도구가 필요합니다. |
| 학년 4 | 강도가 높고, 내식성이 좋으며, 연성이 낮음 | 기계 가공이 더 어렵습니다. 느린 속도, 높은 윤활성 및 견고한 도구를 사용하십시오. |
| 5등급(Ti-6Al-4V) | 알루미늄과 바나듐 합금으로 강도가 높고 피로저항성이 우수함 | 가공이 어려움; 낮은 속도, 고품질 공구 및 높은 윤활을 사용하여 열과 공구 마모를 관리합니다. |
어플리케이션 : 항공우주, 의료 및 군사 산업에서 광범위하게 사용됩니다. 티타늄은 항공기 부품, 임플란트 및 고성능 스포츠 장비와 같은 중요한 구성 요소에 이상적입니다.
5. 황동
구리와 아연의 합금인 황동은 뛰어난 가공성, 내식성, 매력적인 외관으로 선호됩니다. 장식, 전기 및 배관 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다.
주요 속성 :
- 밀도: 8.4-8.7 g/cm³ (8400-8700 kg/m³)
- 융점: 900-940°C (1652-1724°F)
- 비등점: 약 2700°C(4892°F)
- 열전도도: 109-130 W/m·K
- 전기 전도도: 15-50% IACS
- 비열용량: 0.380 J/g·K
- 열팽창계수 : 18.7 x 10^-6 /K
- 인장 강도: 200-600MPa
- 항복 강도: 100-450 MPa
- 신장 : 15-60 %
- 경도: 일반적으로 55-100 HB
- 탄성계수: 90-110 GPa(13,000-16,000 ksi)
일반 등급:
| 황동 등급 | 주요 속성 | CNC 가공 기술 |
|---|---|---|
| C36000(쾌삭 황동) | 우수한 가공성, 양호한 내식성, 높은 가공성 | 황동 등급 중 가장 뛰어난 가공성; 최소한의 도구 마모로 고속 가공을 사용 |
| C26000(황동) | 내식성이 양호하고 강도가 적당하며 성형성이 양호하다 | 표준 도구로 쉽게 가공 가능; 작업 경화를 방지하기 위해 적당한 절삭 속도를 사용하세요 |
| C28000(황동) | 내식성이 양호하고, 가공성이 적당하며, 강도가 양호하다. | 표준 공구로 가공 가능; 적당한 속도와 윤활을 사용하여 열 축적을 관리합니다. |
| C33000(저연 황동) | 우수한 가공성, 높은 내마모성, 안전을 위한 납 함량 감소 | C36000과 유사, 최소한의 도구 마모와 적절한 냉각을 통해 고속 가공을 사용합니다. |
어플리케이션 : 배관, 전기 부품 및 장식 품목에 사용됩니다. 황동은 피팅, 밸브 및 커넥터와 같이 정밀성과 매끄러운 마감이 필요한 부품에 자주 선택됩니다.
6. 구리
구리는 전기 및 열 전도성이 높아 전기 부품, 열교환기, 배관 시스템에 적합합니다.
주요 속성 :
- 밀도: 8.96g/cm³ (8960kg/m³)
- 융점: 1084.62°C (1984.32°F)
- 비등점: 2562°C (4644°F)
- 열전도율: 401W/m·K
- 전기 전도도: 58.6 x 10^6 S/m(100% IACS)
- 비열용량: 0.385 J/g·K
- 열팽창계수 : 16.5 x 10^-6 /K
- 인장 강도: 210-370MPa
- 항복 강도: 33-350 MPa
- 신장률 : 15-50% (가공에 따라 다름)
- 경도: 일반적으로 40-110 HB
- 탄성계수: 110-128 GPa(16,000-18,500 ksi)
일반 등급:
| 구리 등급 | 주요 속성 | CNC 가공 기술 |
|---|---|---|
| C11000(전기 구리) | 높은 전기 및 열 전도성, 우수한 내식성 | 쉽게 가공 가능; 최적의 결과를 위해 고속 및 날카로운 도구 사용 |
| C10100(무산소 구리) | 고순도, 우수한 전기 전도성, 우수한 내식성 | C11000과 유사하며 최소한의 도구 마모로 고속 가공에 적합합니다. |
| C36000(자유절단 구리) | 우수한 가공성, 양호한 전기 전도성, 높은 내식성 | 최상의 가공성; 최소한의 도구 마모로 고속 가공을 사용하세요 |
| C19400(구리-인 합금) | 고강도, 우수한 열 및 전기 전도성, 우수한 피로 저항성 | 제어된 속도와 고품질 도구를 사용한 신중한 가공이 필요합니다. |
어플리케이션 : 전자, 자동차, HVAC 산업에서 일반적입니다. 구리는 전기 커넥터, 열교환기, 높은 전도성이 필요한 구성 요소에 사용됩니다.
7. 마그네슘
마그네슘은 가장 가벼운 구조용 금속으로, 낮은 밀도, 좋은 강도, 뛰어난 가공성을 결합했습니다. 자동차 및 항공우주 산업과 같이 중량 감소가 중요한 응용 분야에 사용됩니다.
주요 속성 :
- 밀도: 1.74g/cm³ (1740kg/m³)
- 융점: 650°C (1202°F)
- 비등점: 1091°C (1994°F)
- 열전도율: 156W/m·K
- 전기 전도도: 2.3 x 10^6 S/m
- 비열용량: 1.023 J/g·K
- 열팽창계수 : 24-26 x 10^-6 /K
- 인장 강도: 150-300MPa
- 항복 강도: 65-160 MPa
- 신장 : 2-20 %
- 경도: 일반적으로 30-100 HB
- 탄성계수: 45 GPa(6,500 ksi)
일반 등급:
| 마그네슘 등급 | 주요 속성 | CNC 가공 기술 |
|---|---|---|
| AZ31B | 강도, 연성, 내식성의 균형이 양호함 | 표준 도구로 쉽게 가공 가능; 적당한 속도와 충분한 냉각을 사용하여 열을 관리합니다. |
| AZ61A | AZ31B보다 강도가 높고 내식성이 우수함 | 중간 속도로 가공 가능; 적절한 윤활을 사용하여 긁힘과 도구 마모를 방지하십시오. |
| AZ80A | 고강도, 적당한 연성, 우수한 내식성 | 신중한 가공이 필요합니다. 열과 도구 마모를 관리하기 위해 느린 속도와 고품질 도구를 사용하십시오. |
| AM60B | 강도가 높고, 충격 저항성이 좋으며, 내식성이 좋습니다. | 기계 가공이 더 어렵습니다. 느린 속도, 높은 윤활성 및 견고한 도구를 사용하십시오. |
| WE43 | 고강도, 우수한 내식성, 우수한 피로 저항성 | 가공이 어려움; 매우 느린 속도, 고품질 도구, 철저한 냉각을 사용하여 열 관리 |
어플리케이션 : 자동차, 항공우주 및 전자 산업에서 일반적으로 사용됩니다. 마그네슘은 종종 하우징, 브래킷 및 프레임과 같은 경량 구성품에 선택됩니다.
8. 인코넬
인코넬은 극한의 온도, 부식 및 산화를 견뎌낼 수 있는 능력으로 알려진 니켈-크롬 초합금 계열입니다. 항공우주, 화학 처리 및 발전에 일반적으로 사용됩니다.
주요 속성 :
- 밀도: 8.2-8.5 g/cm³ (8200-8500 kg/m³)
- 융점: 1350-1400°C (2462-2552°F)
- 비등점: 약 2500°C(4532°F)
- 열전도도: 11-15 W/m·K
- 전기 전도도: 1.3 x 10^6 S/m
- 비열용량: 0.435 J/g·K
- 열팽창계수 : 12.8-13.3 x 10^-6 /K
- 인장 강도: 550-1100MPa
- 항복 강도: 240-850 MPa
- 신장 : 30-50 %
- 경도: 일반적으로 180-350 HB
- 탄성계수: 205 GPa(29,700 ksi)
일반 등급:
| 인코넬 등급 | 주요 속성 | CNC 가공 기술 |
|---|---|---|
| 인코넬 600 | 우수한 산화 및 내식성, 고온에서의 우수한 기계적 성질 | 열과 도구 마모를 관리하려면 느린 속도와 강력하고 고품질의 도구가 필요합니다. |
| 인코넬 625 | 고강도, 우수한 피로 및 열 피로 강도, 우수한 산화 및 내식성 | 가공이 어려움; 매우 느린 속도, 고품질 툴링, 철저한 냉각을 사용하여 경도와 열을 처리합니다. |
| 인코넬 718 | 고강도, 우수한 산화 및 내식성, 양호한 용접성 | 가공하기 어려움; 느린 속도, 강력한 공구 및 적절한 윤활을 사용하여 재료의 인성을 관리합니다. |
| 인코넬 730 | 고온에서 높은 강도와 산화 및 부식에 대한 저항성 | 가공 어려움을 관리하기 위해 제어된 속도, 고품질 툴링 및 충분한 냉각이 필요합니다. |
| 인코넬 800 | 우수한 산화 및 내식성, 우수한 고온 안정성 | 더 낮은 속도와 고품질 도구로 가공하여 재료의 인성을 처리하고 열을 관리할 수 있습니다. |
어플리케이션 : 주로 항공우주 및 에너지 부문에서 사용됩니다. Inconel은 터빈 블레이드, 배기 시스템 및 기타 고온 응용 분야에 이상적입니다.
금속 CNC 가공 작업의 종류
금속 CNC 가공 내에서는 원하는 결과와 재료 속성에 따라 몇 가지 특정 프로세스가 사용됩니다.
| 가공 공정 | 기술설명 | 일반적인 용도 | 주요 프로세스 |
|---|---|---|---|
| 선회 | 절삭 공구가 재료를 제거하는 동안 회전하는 작업물 | 원통형 부품(샤프트, 부싱, 링) | 페이싱, 터닝, 드릴링, 보링 |
| 갈기 | 회전 커터는 고정된 작업물에서 재료를 제거합니다. | 복잡한 모양, 슬롯, 구멍, 표면 마감 | 페이스 밀링, 엔드 밀링, 슬롯 밀링, 컨투어 밀링 |
| 교련 | 회전 드릴 비트를 사용하여 구멍 만들기 | 고정장치, 정렬을 위한 정밀 구멍 | 드릴, 리밍, 탭핑 |
| 연마 | 연마 휠은 미세한 표면 마감을 위해 재료를 제거합니다. | 정확한 치수, 매끄러운 표면 | 평면연삭, 원통연삭, 내면연삭 |
| 방전 가공(EDM) | 전기 방전을 사용하여 재료 제거 | 경금속, 복잡한 형상, 정밀 부품 | 싱커 방전 가공, 와이어 방전 가공 |
| 레이저 절단 | 고출력 레이저 빔으로 금속 절단 | 복잡한 모양, 복잡한 디자인 | 금속판 절단, 조각 |
| 워터젯 커팅 | 고압수로 절단, 때때로 연마제와 혼합 | 두꺼운 소재, 복잡한 형상, 열에 민감한 소재 | 연마제 워터젯 절단, 순수 워터젯 절단 |
| 전기화학 가공(ECM) | 전기화학 반응을 통한 물질 제거 | 경질소재의 정밀가공 | 전기화학 연삭, 전기화학 드릴링 |
| 스위스 머시닝 | 소구경 부품의 고정밀 선삭 | 의료기기, 항공우주부품, 소형기계부품 | 세로선삭, 교차 드릴링, 나사 절삭 |
금속 CNC 가공의 장점
금속 CNC 가공의 장점은 다음과 같습니다.
- 고품질 부품에 대한 정확한 측정과 엄격한 허용 오차를 제공합니다.
- 수동으로 구현하기 어려운 복잡하고 세부적인 디자인을 가공할 수 있습니다.
- 여러 생산 과정에서 균일성과 일관성을 보장합니다.
- 더 빠른 가공 공정으로 리드타임이 단축되고 생산성이 향상됩니다.
- 수동 개입을 최소화하여 인건비와 인적 오류를 줄입니다.
- 알루미늄, 강철, 티타늄 등 다양한 금속에 적합합니다.
- 최소한의 추가 처리로 고품질 표면 마감을 달성합니다.
- 효율적인 절단 기술은 낭비를 줄이고 재료 비용을 낮춥니다.
- 복잡한 작업과 정확도 향상을 위해 다축과 고급 기술을 활용합니다.
- 다양한 디자인 및 생산 요구 사항에 맞게 쉽게 프로그래밍할 수 있습니다.
- 대량의 부품에 대해 일관된 품질과 치수를 유지합니다.
- 정확하고 효율적인 생산 계획을 위해 설계 소프트웨어와 인터페이스합니다.
- 항공우주 및 의료와 같은 고정밀 산업의 엄격한 사양을 충족합니다.
- 날카로운 도구의 수동 취급과 위험한 작업을 줄여 안전 기준을 향상시킵니다.
금속 CNC 가공의 미래
5축 가공, 하이브리드 가공(가산 및 감산 공정 결합), 예측 유지 관리를 위한 AI 통합과 같은 CNC 기술의 발전은 금속 CNC 가공으로 달성할 수 있는 것의 경계를 넓히고 있습니다. 산업이 더 높은 정밀도, 더 빠른 생산 시간, 더 복잡한 디자인을 계속 요구함에 따라 금속 CNC 가공은 현대 제조의 최전선에 남을 것입니다.
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자주 묻는 질문
CNC 가공은 알루미늄, 강철, 스테인리스 강철, 티타늄, 황동, 구리, 마그네슘, 인코넬, 청동, 아연과 같은 금속으로 작업합니다. 각 금속은 강도, 내식성 또는 가공성과 같은 다른 특성을 제공합니다.
금속 CNC 가공은 기계, 공구 및 재료 비용, 노동 및 간접비와 같은 요인으로 인해 비쌀 수 있습니다. 그러나 비용은 부품의 복잡성, 사용된 금속 유형 및 생산량에 따라 달라질 수 있습니다.
금속 CNC 가공에 필요한 시간은 부품의 복잡성, 재료 유형, 생산량과 같은 요인에 따라 다릅니다. 간단한 부품은 몇 시간 안에 가공할 수 있지만, 더 복잡하거나 큰 부품은 며칠이 걸릴 수 있습니다. 일반적으로 CNC 가공은 효율적이지만 정확한 시간은 특정 프로젝트 요구 사항에 따라 달라집니다.
일반적으로 CNC 기계는 몇 밀리미터에서 수 센티미터에 이르는 금속 두께를 처리할 수 있습니다. 예를 들어, 표준 CNC 밀은 최대 약 10-20cm(4-8인치) 두께의 금속을 절단할 수 있는 반면, 더 크고 견고한 기계나 특수 장비는 더 두꺼운 재료를 처리할 수 있습니다.
이 글은 BOYI TECHNOLOGY 팀 엔지니어들이 작성했습니다. 푸취안 첸(Fuquan Chen)은 쾌속 조형, 금속 부품 및 플라스틱 부품 제조 분야에서 20년 경력을 보유한 전문 엔지니어이자 기술 전문가입니다.
