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문제 정의
- 본 연구에서는 혹연형상과 기지조직이 상이한 회주철 (GC 25), 구상혹연주철 (GCD 45, GCD 50, GCD 70, GCD HSMo), 펄라이트(pearlite) 가단주철(GCMP) 에 있어서, 주철의 조직이 절삭성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 일정한 절삭조건하에서 선삭가공 (turning) 후 각 주철의 절삭저항, 공구의 마모, 그리고절삭가공 표면조도 등에 대한 절삭성을 비교하예3], 주철의 흑연형상, 기지조직 변화와 절삭성에 따른 상관관계를 검토하였다.
- 흑연형상과 기지조직이 상이한 주철을 선삭가공을 통하여 흑연형상 및 기지조직이 절삭성에 미치는 영향을평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- )시험기를 사용하여, cross head speed 2mm/min에서 각 조건당 3개의 시험편을 사용하여 평균한 결과를 관찰하였다. 각 시편의 흑연분포 및 기지조직, 절삭면 및 칩의 관찰은 광학현미경, FE-SEM(Jeol type)으로 행하였고, 조직의 정량적 분석은 Image analyzer(Pro-Plus2)S- 행하였다.
- 16 mm/rev, 절삭거리 1 km의 일정한 절삭조건하에서선삭가공을 행하면서 절삭성을 평가하였다. 고응답성을가진 압전형 힘센서(Kistler사, type : 9257B» 이용한 3축 공구동력계를 이용하여 절삭력의 신호를 획득하고그에 따른 공구마멸과 표면조도를 측정 비교하였다.
- 본 실험에서는 절입과 이송, 회전속도를 일정하게 고정시키고 실험을 행하였으며, Table 3에 가공조건을 나타내었다. 본 연구의 실험방법은 직경 30 mm의 환봉형 시편을 선반가공하여 3축 공구동력계를 이용 절삭 방향과 평행하며 공구의 절삭방향과는 반대로 작용하는 주분력 (principal cutting force), 절삭깊이의 반대 반향으로 작용하는 배분력 (thrust force), 그리고 이송 방향과 반대방향으로 작용하는 이송분력 (feed force)을 매 가공 패스(pass)마다 1번씩 동일한 시점에서 획득하고 [5] , 공구현미경을 통해 가공시 피삭재의 표면과 마주 보는 여유면 (flank fhce)과 칩이 흘러가는 공구의 윗면인 경사면(rake fhce)의 공구마멸정도를 측정하였으며 [6] , 가공후 절삭방향과 수직한 방향으로 각 시편의 표면 조도를 비교하였다.
- 본 실험에서는 혹연형상과 기지조직이 상이한 회주철 (GC 25), 구상혹연주철 (GCD 45, GCD 50, GCD 70, GCD HSMo), 펄라이트 가단주철 (GCMP)의 시편을 준비하여 범용 선반에서 텅스텐탄화물(WC)에 부분적으로 티탄탄화물, 탄탈과 니오븀의 복합탄화물을 첨가시켜 코발트(Co)결합제를 사용한 초경공구 중에서 주철절삭용인 K계열의 초경공구(SNGN120408 K20)로절삭속도 80 m/min, 절삭깊 이 0.25 mm, 이송속도 0.16 mm/rev, 절삭거리 1 km의 일정한 절삭조건하에서선삭가공을 행하면서 절삭성을 평가하였다. 고응답성을가진 압전형 힘센서(Kistler사, type : 9257B» 이용한 3축 공구동력계를 이용하여 절삭력의 신호를 획득하고그에 따른 공구마멸과 표면조도를 측정 비교하였다.
- 본 연구의 실험방법은 직경 30 mm의 환봉형 시편을 선반가공하여 3축 공구동력계를 이용 절삭 방향과 평행하며 공구의 절삭방향과는 반대로 작용하는 주분력 (principal cutting force), 절삭깊이의 반대 반향으로 작용하는 배분력 (thrust force), 그리고 이송 방향과 반대방향으로 작용하는 이송분력 (feed force)을 매 가공 패스(pass)마다 1번씩 동일한 시점에서 획득하고 [5] , 공구현미경을 통해 가공시 피삭재의 표면과 마주 보는 여유면 (flank fhce)과 칩이 흘러가는 공구의 윗면인 경사면(rake fhce)의 공구마멸정도를 측정하였으며 [6] , 가공후 절삭방향과 수직한 방향으로 각 시편의 표면 조도를 비교하였다. 표면조도는 절삭길이 1000 m 가공 후 기준길이 2.
- 주철의 경도측정은 ASTM E 10의 규격에 따른 브리넬 경도(Brinell hardness) 측정법 중 3000 kg 하중, 10 mm indenter diameter, 30 sec load time의 방식으로 실행하였다. 시편의 두께는 8 mm로 가공하였으며 , 각 시편당 10회씩 경도값을 측정하였다. 인장시편은 ASTM 규격에 맞추어 제조하여, 8516(Instron co.
- 시편의 두께는 8 mm로 가공하였으며 , 각 시편당 10회씩 경도값을 측정하였다. 인장시편은 ASTM 규격에 맞추어 제조하여, 8516(Instron co.)시험기를 사용하여, cross head speed 2mm/min에서 각 조건당 3개의 시험편을 사용하여 평균한 결과를 관찰하였다. 각 시편의 흑연분포 및 기지조직, 절삭면 및 칩의 관찰은 광학현미경, FE-SEM(Jeol type)으로 행하였고, 조직의 정량적 분석은 Image analyzer(Pro-Plus2)S- 행하였다.
- 절삭력을 통한 가공성 평가를 위해 본 실험에서 사용된 실험장비와 사양을 Table 2에 나타내었다[4丄 절입에 따른 주속을 일정하게 유지하기 위하여 공작물반경에 따른 일정한 주속에 해당하는 보정된 회전수로조절하는 변속기 (inverter)를 사용하여 실험을 행하였으며, 주축에 물린 공작물의 반대쪽을 센터 (center)/}공하여 물림으로써 채터 (chatter)진동을 방지하였다. Fig.
- 본 연구의 실험방법은 직경 30 mm의 환봉형 시편을 선반가공하여 3축 공구동력계를 이용 절삭 방향과 평행하며 공구의 절삭방향과는 반대로 작용하는 주분력 (principal cutting force), 절삭깊이의 반대 반향으로 작용하는 배분력 (thrust force), 그리고 이송 방향과 반대방향으로 작용하는 이송분력 (feed force)을 매 가공 패스(pass)마다 1번씩 동일한 시점에서 획득하고 [5] , 공구현미경을 통해 가공시 피삭재의 표면과 마주 보는 여유면 (flank fhce)과 칩이 흘러가는 공구의 윗면인 경사면(rake fhce)의 공구마멸정도를 측정하였으며 [6] , 가공후 절삭방향과 수직한 방향으로 각 시편의 표면 조도를 비교하였다. 표면조도는 절삭길이 1000 m 가공 후 기준길이 2.5 mm로 하여 측정한 중심선 평균 거칠기 (Ahthmetical Mean Deviation of the Propile: Ra) 와 십점 평균 거칠기 (Ten Point Height of Irregularities : Rz)를 측정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 기지조직과 흑연형상이 상이한 6 종의 주철의 광학현미경 조직을 Fig. 2에, SEM 조직을 Fig. 3에 나타내었다. Fig.
이론/모형
- 본 실험에 사용된 주철의 화학조성을 Table 1에 나타내었으며, 영화금속에서 제공하였다.주철의 경도측정은 ASTM E 10의 규격에 따른 브리넬 경도(Brinell hardness) 측정법 중 3000 kg 하중, 10 mm indenter diameter, 30 sec load time의 방식으로 실행하였다. 시편의 두께는 8 mm로 가공하였으며 , 각 시편당 10회씩 경도값을 측정하였다.
성능/효과
- Table 4에는 Image analyzer^] 상분석 결과를 나타내는데, GCD 45, GCD 50, GCD 70 순으로 펄라이트 분율이 12, 54, 74%로 증가하고 흑연입수 및 직경은 감소하고 있다. (e)는 GCD HSMo 구상흑연주철조직으로 흑연화조장원소인 Si과 강도 향상을 위해 Mo이 첨가됨에 따라 기지전체가 페라이트 조직으로 변화하고, 흑연의 평균입경이 감소하는 대신 단위면적당 흑연입수가 중가하였으며 입자간 간격이 감소하였음을 알 수 있다.[7-10] (f)는 가단주철의 조직으로 펄라이트 기지내 분산 분포된 괴상형태의 소려탄소(tempered carbon)를 관찰할 수 있다[11].
- 1. 선식시의 배분력은 GCMP, GCD 70, GCD 50, GC 25, GCD 45, GCD HSMo 순으로 분력이 감소하여 동순으로 절삭성이 증가중]는 것으로 나타났다. 절삭력이 클수록 공구마멸량이 많으며, 절삭력이 가장 큰 GCMP가 공구마멸량이 가장 많았다.
- 2. 같은 구상흑연형상을 가지는 GCD HSMo, GCD 45, 50, 70의 경우 절삭성은 기지조직이 연질의 페라이트가 감소하는 GCD HSMo, GCD 45, 50, 70 순으로 절삭성이 감소하였다.
- 3. 비슷한 경도를 가지는 GC 25, GCD 50의 비교에서는 GC 25가 펄라이트 분율이 높음에도 불구하고절삭성에 있어 편상흑연이 구상혹연보다 우수하였다.
- 절삭방향으로 흑연입자주위의 기지가 연신되고 흑연입자의 탈락이 일어나거나 절단된 모습을 볼 수 있었으며, 칩에서도 검은 색으로 나타나는 흑연입자의 모습을 관찰할 수 있었다. GCD 50과 GCMP의 경우는 연속적인 칩 형상을 보이나, GC 25은 단속적인 형태의 칩이 나타났다. 이는혹연의 선단형상이 예리한 편상혹연의 경우 흑연선단에서 응력집중이 용이하고 이에따른 혹연과 기지조직간의 균열발생에 따라 계면분리가 용이하여 절삭가공중 칩 브레이커로서의 역할이 증대되는 것으로 사료된다.
- GCMP, GC 25, GCD 70, GCD 50, GCD 45, GCD HSMo 순으로 표면조도가 감소하고 있다. GCMP의 표면조도가 가장 나쁘며, GCD HSMo의 표면조도가 가장 양호한 것으로 나타났다.
- (c)와 (d)는 GCD 50과 GCD 70의 구상혹연주철조직으로 펄라이트기지와 구상혹연 주위의 백색 페라이트 조직을 갖는전형적인 Bull's eye조직을 보여주고 있다. 강도가 증가하는 GCD 45, GCD 50, GCD 70 순으로 기지내펄라이트 분율이 증가함을 알 수 있다. Table 4에는 Image analyzer^] 상분석 결과를 나타내는데, GCD 45, GCD 50, GCD 70 순으로 펄라이트 분율이 12, 54, 74%로 증가하고 흑연입수 및 직경은 감소하고 있다.
- 9에는 혹연형상과 기지조직이 상이한 6종의 주철에서 경도와 절삭력 중 초기 배분력과의 관계를 나타내었다. 우선 같은 구상흑연주철로 기지조직과 경도를 달리하는 GCD 45, 50, 70의 관계를 살펴보면 경도가 중가할수록 배분력이 증가하는 비례관계를 보였다.
- 이상과 같이 절삭력, 공구마멸특성, 표면조도, 혹연형상과 기지조직과의 관계를 비교 검토한 결과 기지 내 페라이트 분율의 증가는 절삭성을 향상시키며, 흑연 형상의 선단이 예리한 편상혹연일수록 절삭성이 향상되고, 또한 혹연의 입수가 많고 간격이 좁을수록 절삭성이 향상되는 것으로 사료된다.
- 6에 나타내었다. 절삭 길이가 중가함에 따라 공구마멸량은 중가하며, 절삭력이 클수록 공구마멸량이 많은 것을 관찰할 수 있었다. 주철종류별로는 GCMP, GCD 70, GCD 50, GC 25, GCD 45, GCD HSMo 순으로 공구마멸량이 감소하였다.
- 선식시의 배분력은 GCMP, GCD 70, GCD 50, GC 25, GCD 45, GCD HSMo 순으로 분력이 감소하여 동순으로 절삭성이 증가중]는 것으로 나타났다. 절삭력이 클수록 공구마멸량이 많으며, 절삭력이 가장 큰 GCMP가 공구마멸량이 가장 많았다. 표면조도는 GCD HSMo가 가장 양호하였으며, 기지내 페라이트 분율이증가할수록 표면조도가 양호한 것으로 나타났다.
- 10에는 GC 25, GCD 50, GCMP의 절삭면의 SEM 조직과칩 사진을 병행하여 나타내었다. 절삭방향으로 흑연입자주위의 기지가 연신되고 흑연입자의 탈락이 일어나거나 절단된 모습을 볼 수 있었으며, 칩에서도 검은 색으로 나타나는 흑연입자의 모습을 관찰할 수 있었다. GCD 50과 GCMP의 경우는 연속적인 칩 형상을 보이나, GC 25은 단속적인 형태의 칩이 나타났다.
- 5). 주분력과 이송분력의 경우 GCMP, GCD 70, GCD 50, GCD 45, GC 25, GCD HSMo 순忐, 배분력은 GCMP, GCD 70, GCD 50, GC 25, GCD 45, GCD HSMo 순으로 감소하였다. 절삭 거리에 따른 공구의 마멸량을 Fig.
- 절삭 길이가 중가함에 따라 공구마멸량은 중가하며, 절삭력이 클수록 공구마멸량이 많은 것을 관찰할 수 있었다. 주철종류별로는 GCMP, GCD 70, GCD 50, GC 25, GCD 45, GCD HSMo 순으로 공구마멸량이 감소하였다. 절삭력이 가장 큰 GCMI의 경우 다른 재종에 비해 공구마멸이 가장 크게 나타났으며, 절삭력이 가장작은 GCD HSM。가 공구마멸량이 가장 작게 나타났다.
- 절삭력이 클수록 공구마멸량이 많으며, 절삭력이 가장 큰 GCMP가 공구마멸량이 가장 많았다. 표면조도는 GCD HSMo가 가장 양호하였으며, 기지내 페라이트 분율이증가할수록 표면조도가 양호한 것으로 나타났다.
- 기지내 페라이트 분율이 증가함에따라 절삭저항이 낮게 나타났다. 흑연형상은 다르지만비슷한 경도를 갖는 GC 25와 GCD 50을 비교했을때, GC 25가 GCD 5(보다 절삭력 이 작게 나타났으며, GC 25가 경질의 펄라이트 분율이 GCD 5Q보다도 큼을 고려하더라도 절삭저항력은 편상흑연의 경우가 구상흑연에 비해 낮은 것으로 판단된다. Fig.
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