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가설 설정
- d : 파단후 시편의 단면적과 직경이다.
- 이를 행하기 전에 절삭가공의 유한요소 해석을 위해서 다음과 같이 가정하였다
- 첫째, 절식날이 절삭속도와 수직을 이루는 2차원 절삭에 대해서 해석하였으며 초경공구는 강체로 변형을 고려치 않았다 둘째, 절삭되는 칩의 형태는 유동형 칩 (flow type chip)으로 가정하였고, 재료는 Von-Mises의 항복조건을 따르며 탄성적 반응을 무시하는 이상화된 강소성 재료로 생각하였다 셋째, 피삭재는 등방성(isotropic)이며 관련유동 법칙(associated flow iule)을 만족하며, 표면장력은 피삭재와 공구 간에 일정하다
제안 방법
- 또 동일한 시편으로 다시 연속하여 750℃, 24hr + 900℃, 24hr + 950"C, 24hr로 열처리하고 위와 동일한 과정으로 처리, 현미경의 관찰을 통해 시편의 소성 변형된 깊이를 측정하였다. 이 관찰로부터 새 경정이 생기는 최소의 변형 8C1-, 제결정입도 D와 진 변형률 &와의 관게를 정량적으로 구할 수 있다.
- 2차원 절삭실험을 milling machine으로 수행하였고 초경공구를 milling arbor에 부착시켰으며 바이스에 고정된 시험편과 2차원 절삭운동을 하도록 하였다. 절삭공구는 다이아몬드 연삭숫돌과 Arkansas 숫돌을 이용하여 인선을 정밀가공하였다 (인선반경 : 1/ 이내, 인선폭 : 3㎜)
- 드릴 가공시 발생되는 절삭저항의 스러스트와 토오크의 측정은 압전형 공구동력계(Kistler, 92A)를 사용하였으며, 공구 동력계로부터 미소전류를 증폭하기 위하여 charge ampler(Kistler, 5017A)를 사용하였다. amplifier에서 증폭된 아날로그 신호는 A/D converter를 통해 얻어진 정량화된 데이터의 결과로 변환하여, 킴퓨터에시 분석하였다. Fig.
- . 그러나 정확한 해석을 위한 Kn값을 찾기 어려움이 있으므로 많은 반복해석을 통해 근사값을 취하였다. 해석에는 8절점 visco 106 요소가 사용되있고 집촉부분에는 contact 48 요소를 사용하이 모델링하였다.
- 그리고 카메라를 사용하여 시편의 소성 변형된 부분을 촬영하였다. 그리고 다시 같은 시편으로 연속하이 750℃, 24hr + 900℃, 24hr로 열처리하고 폴리싱, 부식, 시편의 촬엉을 반복하여 수행하였다.
- 02)로 정하였다. 그리고 압흔된 표면은 소성스트레인을 받은 부분을 폴리싱 한 후 소성스트레인을 받은 부분을 관찰하기 위해 부식액으로 부식을 실시하여 그 부분을 현미경으로 관찰하여 재결정웅답의 양호성을 확인하였다. 그리고 난 후 2차원 절삭을 실시한 시편을750 ℃(E- 0.
- 5)에서 24hr을 가열하고 sand paper를 사용하여 폴리싱 한 후 부식액을 사용하여 부식시키고 현미경으로 소성변형된 깊이를 관찰하있다. 그리고 카메라를 사용하여 시편의 소성 변형된 부분을 촬영하였다. 그리고 다시 같은 시편으로 연속하이 750℃, 24hr + 900℃, 24hr로 열처리하고 폴리싱, 부식, 시편의 촬엉을 반복하여 수행하였다.
- 이용하여 수행하였다. 민저 적절한 재결정 조건들을 결정하기 위하여 STS304시편에 1470N의 압축하중에서 60의 원뿔꼴 압흔기로 압흔하고 연속재결정법을 이용하여 진공로에서 시편을 열처리 한후 선명한 재결정역역의 성장을 볼 수 있는연속 가열온도와 가열시간을 750 ℃ + 24hr(8= 0.5), 900℃+24hr(£= 0.12), 950℃+24hr(E= 0.02)로 정하였다. 그리고 압흔된 표면은 소성스트레인을 받은 부분을 폴리싱 한 후 소성스트레인을 받은 부분을 관찰하기 위해 부식액으로 부식을 실시하여 그 부분을 현미경으로 관찰하여 재결정웅답의 양호성을 확인하였다.
- 본 논문에서는 피삭지]를 2차원 절삭가공후 발생하는 가공면으로부터의 소성변형된 깊이를 측정하는 방법으로 피삭재를 소성체로 가정한 유한요소법을 사용하였다 이를 연속재결정법을 사용하여 검증하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다
- 본 연구에서는 2차윈 절삭에 대한 이론적 설명과 유한요소법을 이용하여 2차원 절삭모넬을 구성하고 절삭력과 피삭재의 소성변형을 해석하였다 기게 부품의 가공면의 소성 스트레인 측정을 위해 개발된 연속 재결정법을 도입하여 그 해석결괴와 비 검증하였고 OxleyL(1) 절삭모델의 계산치와 비교하여 타당성을 검증하였다 또 절삭깊이 경사칙- 등의 절삭변수들에 따른 소성스트레인 분포 및 변형억의 크기 등을 정량적으로 평가 할 수 있었다
- 소성변형된 깊이를 구하는데 있어서 신뢰도를 높이기 위해서 10군데에서 소성변형된 깊이들을 측정하였다. 이와 같은 실힘을 통해 소성스트레인과 소성 변형된 깊이 dt와의 관계를 정량적으로 구할 수 있었고 그 결과를 유한요소 모델을 이용한 simulation 결과값과 비교하였다.
- 실험을 행하기 전에 시험편 가공시 생긴 응력과 불균일 등을 제거하기 위하여 각각 0.05, 0.04, 0.03, 0.02, 0.01㎜ 의 순으로 절삭깊이를 주고 중유를 절삭유로 사용하여 가공한 시험편에 대하여 2차원 절삭실험을 수행하였다. 실험은 simulation의 절삭조건과 동일하게 행하였다.
- 위의 사항을 바탕으로 절삭속도를 0.507m/min 으로 하고 상면경사각을 -10°, 0°, 10°, 20로 변화시켜 simulation을 수행하였고 각각의 상면경사각에 대해 절삭 깊이를 0.이, 0.04, 0.07, 0.1㎜ 로 변화시켜 simulation을 수하여 결과를 얻어내었다.
- 따른다. 유한요소 모델에서는 3028개의 node와 2868개 의 element를 사용하였고 접 촉엉역 의 정확한 해석을 위해 3배이상 세밀히 메쉬하였으며 피 삭재 표면에서의 접촉력 해석을 위해 contact 48 element를 적용하였고 강소성체 거동을 하면서 강체마찰과 쿨롱 마찰을 하는 마찰해석을 위해 vised06 ement를 선택하여 모델을 형성히였다
- 하였다. 절삭공구는 다이아몬드 연삭숫돌과 Arkansas 숫돌을 이용하여 인선을 정밀가공하였다 (인선반경 : 1/ 이내, 인선폭 : 3㎜)
- 한핀, 2차원 절삭과정을 유한요소밥을 이용헤 simulation 한 후 소성변형된 깊이를 검증하기 위해 연속 재결정법을 이용하여 수행하였다. 민저 적절한 재결정 조건들을 결정하기 위하여 STS304시편에 1470N의 압축하중에서 60의 원뿔꼴 압흔기로 압흔하고 연속재결정법을 이용하여 진공로에서 시편을 열처리 한후 선명한 재결정역역의 성장을 볼 수 있는연속 가열온도와 가열시간을 750 ℃ + 24hr(8= 0.
- 그러나 정확한 해석을 위한 Kn값을 찾기 어려움이 있으므로 많은 반복해석을 통해 근사값을 취하였다. 해석에는 8절점 visco 106 요소가 사용되있고 집촉부분에는 contact 48 요소를 사용하이 모델링하였다. 총 요소수는 3028개의 node와 2868기]의 element기- 시-용되있다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 공작기계는 CNC 밀링머신 (HNC-150)이다. 주축에 드릴을 고정시켰으며, 시험편 설치는 테이블에 공구 동력계를 체결하고, 그 위에 시험편을 고정시킨 지그를 부착하여 가공을 하였다.
데이터처리
- 이와 같은 실힘을 통해 소성스트레인과 소성 변형된 깊이 dt와의 관계를 정량적으로 구할 수 있었고 그 결과를 유한요소 모델을 이용한 simulation 결과값과 비교하였다. Fig.
이론/모형
- 주축에 드릴을 고정시켰으며, 시험편 설치는 테이블에 공구 동력계를 체결하고, 그 위에 시험편을 고정시킨 지그를 부착하여 가공을 하였다. 드릴 가공시 발생되는 절삭저항의 스러스트와 토오크의 측정은 압전형 공구동력계(Kistler, 92A)를 사용하였으며, 공구 동력계로부터 미소전류를 증폭하기 위하여 charge ampler(Kistler, 5017A)를 사용하였다. amplifier에서 증폭된 아날로그 신호는 A/D converter를 통해 얻어진 정량화된 데이터의 결과로 변환하여, 킴퓨터에시 분석하였다.
- 이 가정들을 기초로 mutilinear isotiopic hardening방법을 사용히여 절삭모델을 모델링하였다 이 모델은 Von Mises 항복기준을 사용하였고, 유동법칙은 associative flow이며 가공경화법칙은 등방성 경화 법칙을 따른다. 유한요소 모델에서는 3028개의 node와 2868개 의 element를 사용하였고 접 촉엉역 의 정확한 해석을 위해 3배이상 세밀히 메쉬하였으며 피 삭재 표면에서의 접촉력 해석을 위해 contact 48 element를 적용하였고 강소성체 거동을 하면서 강체마찰과 쿨롱 마찰을 하는 마찰해석을 위해 vised06 ement를 선택하여 모델을 형성히였다
성능/효과
- 1 본 절삭모델의 타당성을 검증하기 위해 절삭력의 경우 절삭깊이와 상면경사각의 변화에 따른 설삭력의 변화를 통해 절삭모델에서의 계산치와 실험치의 결과가 유사한 경향을 보임을 알 수 있었다.
- 2 각각의 절삭조건에 따론 소성스트레인의 분포 및 변형역의 크기 등을 유한요소모델을 사용하여 구하고 이를 연속재결정법을 통해 검증하였으며, 기계 가공 후 발생하는 소성변형증의 깊이를 재결정 실험이 아년 유한요소모델을 사용함으로 재결정 깊이를 기존의 방법보다 좀 더 빠른 시간내에 비슷한 값을 알아낼 수 있었다.
- Fig 7과 같이 절삭깊이가 증가할수록 실험치와 simulation한 값이 같은 경향으로 증가하고 있음을 알 수 있다. Fig 4 - Fig. 8의 결과에서 알 수 있듯이 본 실험에 적용한 유한요소 모델이 실제 절삭모델과 타당성을 가지고 있음을 알 수 있었다
- 507 m/min 일 때 상면경사각이 -10, 0°, 10°, 20로 변할 때 발생하는 절삭력의 변화를 나타낸 그림이다. 상면 경사각이 음(-)에서 양(+)으로 변할수록 절식력은 작아지는 경향을 보였다 마찬가지로 simulation을 통한 실험에서도 상면경사각이 증가할수록 절삭력이 작아지는 경향을 보였으며 실험치와 거의 비슷한 경향을 보이고 있음을 알 수 있었다
- 15㎜까지 변하는 실험이다. 실험결과는 절삭깊이가 증가될수록 절삭력은 선형적으로 증가하띠 유한요소해석에 의한 계산치는 Oxley 모델의 게산치보다 실힘에 의에 고한 계산치에 근접함을 알 수 있었다.
- 507m/min 일 때 절삭깊이를 증가하였을 때 스트레인 값이 0, 5 를 나타내는 가공된 표면에시의 재결정 깊이를 측징하여 나타낸 그림이다. 절삭깊이가 증가할수록 깊이 또한 증가하는 것을 알 수 있으며, simulation을 통한 값 역시 깉-이 증가함을 알 수 있다.
후속연구
- 난삭재인 STS 304의 절삭가공후 가공면의 표면에 형성된 소성스트레인을 측정하는데 유한요소 모딜을 사용하였다 이 모델의 타당성을 검증하기 위해 연속 재결정법을 사용하여 검증하였고 이 모델로 인해 소성 스트레인과 제결정된 소성변형된 깊이와의 관계를 비교하여 소성스트레인 해석의 신뢰도를 높이고 가공 후 정확한 응력해석을 행함으로서 보다 향상된 기계적 성질을 얻을 수 있을 것이다. 최근 이런 재료들의 내부 스트레인을 측정하는 방법으로 Ramaswamie는 X-ray 회절법을 이용하여 재결정된 입자의 크기와 유동층에서 금속학적 변화를 보고했고 She"는 크랙주위의 어느 지점에서의 변형률을 측정하고 인장 후 변형역의 분석을 재결정법이 명확하게 나타내준다는 사실을 발표했고, 김은 금속 가공 면의 소성스트레인을 해석하는데 있어서 소성 스트레인과 재결정후 입자의 크기와의 관계를 이용하였으며 lino, Suzuki등은 용집비드 주위에 형성되는 소성 영역의 범위를 측정하였다는 최근 연속 재결정법을 이용하여 크랙주변의 소성스트레인음 측정하였다
- 되었다. 또 침단기술이 적용되는 각종 전자 부품에서 초정밀 가공의 필요성이 증대하고 있기에 기계 가공면의 품질 향상을 뒷받침하기 위한 연구가 필연적으로 이루어져야 한다
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