최근 급격하게 발전하는 산업에 른 전문화된 산업 사회에서 새로운 재료에 의한 강도와 우수한 기계적 특성에 따른 초경량화 및 금속재료의 대체 가능성 이 높은 신소재 개발과 응용 분야에 관심이 집중되고 있다. 그 중 대표적으로 탄소섬유복합재는 비강성과 비강도, 내마멸성, 피로 특성 등 우수한 기계적 특 성으로 인해 ㅕ러 분야에서 응용된다. 특히, 항공기, 자동차, 선박, 스포츠용품 및 의료기기 산업 등에서 많이 사용되고 있으며, 알루미늄 합금에 비해 비중은 절반수준이고 그에 비해 강도가 훨씬 뛰어난 특성을 가지고 있어 경량화가 필 요한 항공기 기체나 자동차 구조 및 부품재료로써 사용량이 증가하는 추세에 있다. 신소재인 ...
최근 급격하게 발전하는 산업에 른 전문화된 산업 사회에서 새로운 재료에 의한 강도와 우수한 기계적 특성에 따른 초경량화 및 금속재료의 대체 가능성 이 높은 신소재 개발과 응용 분야에 관심이 집중되고 있다. 그 중 대표적으로 탄소섬유복합재는 비강성과 비강도, 내마멸성, 피로 특성 등 우수한 기계적 특 성으로 인해 ㅕ러 분야에서 응용된다. 특히, 항공기, 자동차, 선박, 스포츠용품 및 의료기기 산업 등에서 많이 사용되고 있으며, 알루미늄 합금에 비해 비중은 절반수준이고 그에 비해 강도가 훨씬 뛰어난 특성을 가지고 있어 경량화가 필 요한 항공기 기체나 자동차 구조 및 부품재료로써 사용량이 증가하는 추세에 있다. 신소재인 CFRP 복합재료의 이용이 다양하게 증가됨에 따라 절삭가공 중 드릴 가공에 대한 연구도 절실히 요구되고 있지만 아직 미흡한 실정이며 복합 재료의 적층 배향각이나 적층수 차이에 따른 가공기술 향상 및 가공특성에 대한 연구가 필요하다. 복합재료는 절삭 가공시 금속재료와는 달리 이방성 재료이므로 가공조건이나 드릴의 형상 재질들에 따라서 나타나는 가공 특성이 금속 재료와는 다르다. 가 공시 발생하는 burr 현상 및 박리현상은 복합재료 가공에서 가장 큰 단점으로 지적되고 있다. 따라서 본 연구에서는 머시닝센터공작기계 및 초음파 로터리 스핀들 머시닝 센터를 사용하여 CFRP 복합재료를 드릴 가공하고 결함 발생에 대하여 분석하고 그 발생된 결함에 대하여 2차 제거 가공을 실시하여 결함을 제거 하고자 하였다. 또한 드릴 가공시의 최적의 가공 조건을 찾고 2차 결함 제거 가공시 각각의 조건을 세분화 하여 각 조건에 따른 효율성과 결함 제거에 대한 타당성을 알아보았다. CFRP 소재의 구멍 가공에서가공 조건 중 공구 1회전당 이송량의 영향이 지배 적이다. 작은 이송 속도에서는 출구 결함이 많이 일어나는 반면 이송속도가 점 점 빨라질 경우 입구측 결함이 생성되는 점과 동시에 출구 측 결함은 줄어드는 것을 알 수 있다. 또한 구멍 결함 가고에서는 공구의 기하학적 형상 특히, 공구 선단각은 구멍 결함에 큰 비중을 차지 한다. 결과적으로 선단각이 더 작은 조건 에서 출구측 결함이 더 작다. 초음파 진동 절삭 구멍 가공의 경우 초음파 진동 의 영향으로 인해 이송속도의 증가 현상을 가져와서 구멍 결함을 줄여주는 것 을 알 수 있다. 그러나 이미 발생된 구멍 가공 결함에 대해서는 미절삭 섬유 및 폴리머가 기계적 강도가 작아 초음파 진동 절삭으로 2차 가공을 진행하여도 큰 영향이 없었다. 효율적인 버 제거를 위해서는 새로운 공구의 개발 및 연구가 더 필요한 실정이다.
최근 급격하게 발전하는 산업에 른 전문화된 산업 사회에서 새로운 재료에 의한 강도와 우수한 기계적 특성에 따른 초경량화 및 금속재료의 대체 가능성 이 높은 신소재 개발과 응용 분야에 관심이 집중되고 있다. 그 중 대표적으로 탄소섬유복합재는 비강성과 비강도, 내마멸성, 피로 특성 등 우수한 기계적 특 성으로 인해 ㅕ러 분야에서 응용된다. 특히, 항공기, 자동차, 선박, 스포츠용품 및 의료기기 산업 등에서 많이 사용되고 있으며, 알루미늄 합금에 비해 비중은 절반수준이고 그에 비해 강도가 훨씬 뛰어난 특성을 가지고 있어 경량화가 필 요한 항공기 기체나 자동차 구조 및 부품재료로써 사용량이 증가하는 추세에 있다. 신소재인 CFRP 복합재료의 이용이 다양하게 증가됨에 따라 절삭가공 중 드릴 가공에 대한 연구도 절실히 요구되고 있지만 아직 미흡한 실정이며 복합 재료의 적층 배향각이나 적층수 차이에 따른 가공기술 향상 및 가공특성에 대한 연구가 필요하다. 복합재료는 절삭 가공시 금속재료와는 달리 이방성 재료이므로 가공조건이나 드릴의 형상 재질들에 따라서 나타나는 가공 특성이 금속 재료와는 다르다. 가 공시 발생하는 burr 현상 및 박리현상은 복합재료 가공에서 가장 큰 단점으로 지적되고 있다. 따라서 본 연구에서는 머시닝센터 공작기계 및 초음파 로터리 스핀들 머시닝 센터를 사용하여 CFRP 복합재료를 드릴 가공하고 결함 발생에 대하여 분석하고 그 발생된 결함에 대하여 2차 제거 가공을 실시하여 결함을 제거 하고자 하였다. 또한 드릴 가공시의 최적의 가공 조건을 찾고 2차 결함 제거 가공시 각각의 조건을 세분화 하여 각 조건에 따른 효율성과 결함 제거에 대한 타당성을 알아보았다. CFRP 소재의 구멍 가공에서가공 조건 중 공구 1회전당 이송량의 영향이 지배 적이다. 작은 이송 속도에서는 출구 결함이 많이 일어나는 반면 이송속도가 점 점 빨라질 경우 입구측 결함이 생성되는 점과 동시에 출구 측 결함은 줄어드는 것을 알 수 있다. 또한 구멍 결함 가고에서는 공구의 기하학적 형상 특히, 공구 선단각은 구멍 결함에 큰 비중을 차지 한다. 결과적으로 선단각이 더 작은 조건 에서 출구측 결함이 더 작다. 초음파 진동 절삭 구멍 가공의 경우 초음파 진동 의 영향으로 인해 이송속도의 증가 현상을 가져와서 구멍 결함을 줄여주는 것 을 알 수 있다. 그러나 이미 발생된 구멍 가공 결함에 대해서는 미절삭 섬유 및 폴리머가 기계적 강도가 작아 초음파 진동 절삭으로 2차 가공을 진행하여도 큰 영향이 없었다. 효율적인 버 제거를 위해서는 새로운 공구의 개발 및 연구가 더 필요한 실정이다.
CFRP has many worldwide industrial applications due to its low weight and high strength characteristics. CFRP is a composite material and is composed of carbon fibers embedded in a polymer matrix. It provides excellent resistance against abrasion, corrosion and failure due tofatigue. In particular, ...
CFRP has many worldwide industrial applications due to its low weight and high strength characteristics. CFRP is a composite material and is composed of carbon fibers embedded in a polymer matrix. It provides excellent resistance against abrasion, corrosion and failure due tofatigue. In particular, its demand is increasing in aeronautics, automotive and medical industry due to its characteristics superior to aluminum alloys which was once thought to be the best for certain applications. Beside this, machining of CFRP is really difficult and tricky. Most conventional machining methods are bad at machining of composites like CFRP. Several effects during its machining causes its laminates to flow off leaving uncut carbon fibers and low edge detail. Researchers around the globe are still working hard to machine this composite effectively. In present study, we have tried to drill CFRP composite effectively. This requires a good knowledge about anisotropic behavior of CFRP and characteristics of carbon fibers. A hybrid drilling process has been developed to make burr free drilling. Drilling process assisted with ultrasonic capabilities is proved to be an effective tool to overcome all those problems inherited with machining of CFRP. Various process parameters are taken into consideration like feed rate, drilling speed, tool condition, tool geometry, quality of machined hole and edge details. Optimal conditions are found after performing a series of experiments designed by using DOE. The following observations has been made. AT low feed rates, the edge detail at entry is satisfactory while reverse is true at hole exit. Tool tip angles has great influence on hole geometry. Ultrasonic drilling is helpful in minimizing the errors caused due to ordinary machining/drilling. Increasing ultrasonic frequency results in better edge details and reduces the number of uncut fibers.
CFRP has many worldwide industrial applications due to its low weight and high strength characteristics. CFRP is a composite material and is composed of carbon fibers embedded in a polymer matrix. It provides excellent resistance against abrasion, corrosion and failure due tofatigue. In particular, its demand is increasing in aeronautics, automotive and medical industry due to its characteristics superior to aluminum alloys which was once thought to be the best for certain applications. Beside this, machining of CFRP is really difficult and tricky. Most conventional machining methods are bad at machining of composites like CFRP. Several effects during its machining causes its laminates to flow off leaving uncut carbon fibers and low edge detail. Researchers around the globe are still working hard to machine this composite effectively. In present study, we have tried to drill CFRP composite effectively. This requires a good knowledge about anisotropic behavior of CFRP and characteristics of carbon fibers. A hybrid drilling process has been developed to make burr free drilling. Drilling process assisted with ultrasonic capabilities is proved to be an effective tool to overcome all those problems inherited with machining of CFRP. Various process parameters are taken into consideration like feed rate, drilling speed, tool condition, tool geometry, quality of machined hole and edge details. Optimal conditions are found after performing a series of experiments designed by using DOE. The following observations has been made. AT low feed rates, the edge detail at entry is satisfactory while reverse is true at hole exit. Tool tip angles has great influence on hole geometry. Ultrasonic drilling is helpful in minimizing the errors caused due to ordinary machining/drilling. Increasing ultrasonic frequency results in better edge details and reduces the number of uncut fibers.
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