Ultrasonic machining has been known as one of the conventional machining methods in the glass fabrication processes. In ultrasonic machining, typically, glass is removed by the impulse energy of the abrasive generated by the ultrasonic power. However, when the machining feature decrease under hundre...
Ultrasonic machining has been known as one of the conventional machining methods in the glass fabrication processes. In ultrasonic machining, typically, glass is removed by the impulse energy of the abrasive generated by the ultrasonic power. However, when the machining feature decrease under hundreds of micrometers, as conventional ultrasonic machining uses only the impulse energy of the abrasive, the speed of ultrasonic machining decreases significantly and the surface roughness becomes deteriorated. To overcome this size effect, the chemicals which can erode glasses, such as HF, XF, etc, are added to the slurry. The chemical-assisted ultrasonic machining method, so called, is another alternating effective way for micro machining of glasses. In previous work, we used the hydrofluoric acid (HF) as an additive chemical. But, as the HF solution is too poisonous to be used as a ultrasonic process additive, it is needed to be substituted by other safe chemicals. As results of the machinability comparison of several chemicals, the GST-500F was selected to replace the HF. The GST-500F (pH $4.0{\pm}1.0$) is non-volatile, odorless. During experimental works, it was shown that the machining rate increases 1.5 times faster than the conventional ultrasonic machining. The machining load also decreases. However, the enlargement of the hole diameter and significant tool wear are still the problems to be solved.
Ultrasonic machining has been known as one of the conventional machining methods in the glass fabrication processes. In ultrasonic machining, typically, glass is removed by the impulse energy of the abrasive generated by the ultrasonic power. However, when the machining feature decrease under hundreds of micrometers, as conventional ultrasonic machining uses only the impulse energy of the abrasive, the speed of ultrasonic machining decreases significantly and the surface roughness becomes deteriorated. To overcome this size effect, the chemicals which can erode glasses, such as HF, XF, etc, are added to the slurry. The chemical-assisted ultrasonic machining method, so called, is another alternating effective way for micro machining of glasses. In previous work, we used the hydrofluoric acid (HF) as an additive chemical. But, as the HF solution is too poisonous to be used as a ultrasonic process additive, it is needed to be substituted by other safe chemicals. As results of the machinability comparison of several chemicals, the GST-500F was selected to replace the HF. The GST-500F (pH $4.0{\pm}1.0$) is non-volatile, odorless. During experimental works, it was shown that the machining rate increases 1.5 times faster than the conventional ultrasonic machining. The machining load also decreases. However, the enlargement of the hole diameter and significant tool wear are still the problems to be solved.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 기존의 초음파가공의 단점인 가공속도의 저하와 표면거 칠기의 악화를 극복하기 위하여 새로운 형식의 화학적 초음파 가공기법을 개발하였다. 일반적으로 유리의 침식은 불산(hydrofluoric acid, 이하 HF)을 이용하는데, 안전성 및 후처리에 문제점이 있어 본 연구에서는불산대체용액을 화학첨 가불로 사용하였다.
본 연구에서는 유리의 화학적 초음파가공의 특성을 알아보기 위해 입자크기 및 가공조건에 따른 비교실험을 수행하였다. 실험은 화학적 반응 등을 고려하여 후드 안에서 실험하였다.
제안 방법
(1) 최적의 불산대체용액으로 비교적 안전하게 화학적 초음파가공을 수행하였다.
형태로 작동된다. 가공력 변화를 관찰하여 USM과 CUSM 특성을 파악 하였다.
향상을 도모하였다. 마이크로 초음파가공기를 자체 설계 및 제작하여 유리의 미세 가공특성을 분석하였으며, 대처용액 및 가공법에 따른 소재제거율 및 가공력, 공구마모 등을 고찰하였다.
대상 데이터
9는 직경 200um의 초경공구로 유리관(직경 2000μ m, 두께 600μ m)에 공기배출용 구멍을 USM과 CUSM으로 연속가공한 결과를 보여주고 있다. 가공입자로는 GC# 600을 사용하였으며 공구의후진 없이 가공방향으로 일정한 속도로 700μm를 진행시켰으며, 1mm 간격으로 4개의 홀을 가공하였다.
본 연구에서 설계/제작한 마이크로 초음파 가공기는 크게 초음파 가진부, Z축 이송부 및 모니터링 시스템, 화학적 안전장치 부분으로 구성되어 있다.
1은 불산대체용액들을 비교 실험한 것이다. 불산은 4wt%, 불산대체용액들은 100wt%를 사용하였고, 가공입자는 WA # 600이며 초경공구의 직경은 1.5mm 이다. 총 가공시간은 5분으로 공정하였다.
특히 GST-500F는 다른 용액에 비해 가공속도도 빠른 편이고 다른 용액과는 달리 에칭 흔적이 거의 없었다. 이런 점을 고려하여 본 연구에서는 GST-500F를 불산 대체 용액으로 선정하여 실험하였다.
개발하였다. 일반적으로 유리의 침식은 불산(hydrofluoric acid, 이하 HF)을 이용하는데, 안전성 및 후처리에 문제점이 있어 본 연구에서는불산대체용액을 화학첨 가불로 사용하였다.
성능/효과
(2) 일반 초음파가공에 화학적 작용을 추가하여 가공속도를 크게 향상시켰다.
(3) 가공력의 비교를 통해 화학적 초음파 가공이 가공속도와 고애스팩트비 면에서 유리함을 밝혔다.
가공을 마친 공구 끝단을 광학현미경으로 측정한 결과 CUSM이 USM보다 약 3배정도 공구마모가 심한 것을 알 수 있었다. 이는 장시간 가공시 공구 끝단이 화학적인 영향으로 심하게 마모되는 것으로 추측된다.
네 가지 용액 모두 불산과 비슷한 가공 특성을 가졌으며 순수를 사용한 일반적인 초음파가공에 비하여 화학적인 초음파가공이 전반적으로 효율이 좋음을 알 수 있다. 특히 GST-500F는 다른 용액에 비해 가공속도도 빠른 편이고 다른 용액과는 달리 에칭 흔적이 거의 없었다.
즉, 불산대체용액을 슬러리에 첨가함으로써 가공입자에 의한 충격력과 화학적 침식을 동시에 작용시킴으로써 가공속도의 증가와 표면 거칠기의 향상을 도모하였다. 마이크로 초음파가공기를 자체 설계 및 제작하여 유리의 미세 가공특성을 분석하였으며, 대처용액 및 가공법에 따른 소재제거율 및 가공력, 공구마모 등을 고찰하였다.
참고문헌 (5)
Sun, Xi-Qing, Masuzawa, T., Fujino, M..
Micro ultrasonic machining and its applications in MEMS.
Sensors and actuators. A, Physical,
vol.57,
no.2,
159-164.
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