선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 티타늄 합금 Gr2를 사용하여 절단 인자의 변화에 의한 AWJ 절단 실험을 통하여 표면 특성 및 정밀도를 검토하고, AWJ 절단에 대한 표면 정밀도를 향상시키기 위한 최적 절단조건을 제시하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 이상의 결과를 고려하여 AWJ 절단에 의한 표면 정밀도를 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 중심선평균 거칠기(Ra)로 표시하여 평가한다.
제안 방법
- 시험편의 제작은 우선 티타늄 합금 Gr2 판재를 폭 60 mm, 두께 10 mm, 길이 150 mm로 연삭 가공하여 세척하고, 완전히 건조시킨 후 판재를 CNC AWJ 절단기에 고정한다. CNC 프로그램을 이용하여 절단조 건을 설정한 후 75X15X10 mm의 치수로 8개의 시험편을 절단 가공하였다. 각각의 절단조건을 CNC 프로그램으로 입력하여 조건의 변화에 따른 오차가 없도록 하고, 이 결과를 모니터를 통하여 확인하였다.
- CNC 프로그램을 이용하여 절단조 건을 설정한 후 75X15X10 mm의 치수로 8개의 시험편을 절단 가공하였다. 각각의 절단조건을 CNC 프로그램으로 입력하여 조건의 변화에 따른 오차가 없도록 하고, 이 결과를 모니터를 통하여 확인하였다.
- 사용 압력은 310 MPa (45000 psi), 345 MPa (50000 psi), 379 MPa (55000 psi), 414 MPa (60000 psi)의 4단계로 변화시키고, 절단 속도는 각각 150. 200, 250, 300, 350 mm/min의 5단계로 변화시켰다. 시험편 지그를 사용하여 테이블에 고정시키고, 각 실험에 대한 절단조건의 설정은 CNC AWJ 시스템에서 사용하는 고유의 프로그램을 이용하여 제어하였다.
- 200, 250, 300, 350 mm/min의 5단계로 변화시켰다. 시험편 지그를 사용하여 테이블에 고정시키고, 각 실험에 대한 절단조건의 설정은 CNC AWJ 시스템에서 사용하는 고유의 프로그램을 이용하여 제어하였다. 절단 가공된 시험편은 광학식 표면 측정기(Rodenstock사제 모델 RM600-S)를 사용하여 각 시험편의 표면 거칠기를 측정하였다.
- 시험편 지그를 사용하여 테이블에 고정시키고, 각 실험에 대한 절단조건의 설정은 CNC AWJ 시스템에서 사용하는 고유의 프로그램을 이용하여 제어하였다. 절단 가공된 시험편은 광학식 표면 측정기(Rodenstock사제 모델 RM600-S)를 사용하여 각 시험편의 표면 거칠기를 측정하였다.
- 실험결과는 동일 절단 조건에서 실험한 3개의 시험편에 대해서 표면조도 측정기를 사용하여 절단 두께의 상부에서 아래쪽으로 2 mm. 4 mm, 6 mm, 그리고 8 mm 떨어진 지점을 각각 3회씩 측정하여 그 평균값을 사용하였다.
- 티타늄 합금 Gr2를 사용하여 주요 절단인자의 변화에 의한 AWJ 절단 실험을 통하여 절단 표면특성 및 절단 정밀도를 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 사용 압력은 310 MPa (45000 psi), 345 MPa (50000 psi), 379 MPa (55000 psi), 414 MPa (60000 psi)의 4단계로 변화시키고, 절단 속도는 각각 150. 200, 250, 300, 350 mm/min의 5단계로 변화시켰다.
대상 데이터
- 시험편 재료는 우주항공, 가스터빈 및 생체 재료로서 널리 응용되고 있는 티타늄 합금을 사용하였다. 본 실험에 사용된 티타늄 합금 Gr2는 내식성이 우수하고, 구조물 제작시 변형이 적기 때문에 파이프의 제작에 널리 사용되고 있다.
- 시험편의 제작은 우선 티타늄 합금 Gr2 판재를 폭 60 mm, 두께 10 mm, 길이 150 mm로 연삭 가공하여 세척하고, 완전히 건조시킨 후 판재를 CNC AWJ 절단기에 고정한다. CNC 프로그램을 이용하여 절단조 건을 설정한 후 75X15X10 mm의 치수로 8개의 시험편을 절단 가공하였다.
- 연마제는 Garnet #80을 사용하고, 노즐의 지름은 mm이며, 재료와 노즐과의 거리(stand off distance)는 3 mm로 설정하였다. AWJ 절단실험에 사용된 각 절단조건을 Table 3에 나타낸다.
이론/모형
- 소성유동에 의한 절단량(VP)은 연마제 입자가 파묻히지 않는 경우만을 고려하는 수정 Finnie의 모델을 사용하여 평가하고, 단일 충격에 의한 절단량은 다음 식과 같이 표시된다.
성능/효과
- 본 실험에서 얻어진 Fig. 4의 결과로부터 절단압력에 대한 절단표면 특성은 절단압력이 낮을수록 절단속도에 대한 절단충격으로 인하여 표면 거칠기의 편차가 크다. 또한 절단속도가 가장 저속일 때 절단 정밀도가 양호하다.
- AWJ 절단에서 이러한 현상이 나타나는 것은 연마제 입자의 다중 충격에 의해 재료가 누적 침식되기 때 문에 식(6)에서 절단압력과 절단속도의 상호작용으로 균열파괴와 소성유동에 의한 절단량에 영향을 미친다. 따라서 절단압력이 저압일수록 절단속도는 저속으로 하 는 것이 침식 시간의 증가로 양호한 표면이 얻어지고, 고압일수록 속도변화에 영향을 별로 받지 않는 표면 거칠기를 형성하는 것을 알 수 있다. 또한, 식(6)에서 연마제의 충격각도가 직각일 때 재료의 절단량이 가장 큰 것을 알 수 있고, 본 실험에서는 노즐의 충격각도를 90°로 제한하였다.
- 따라서 절단 두께 10 mm의 재료는 절단압력이 310 MPa일 때 절단속도를 150〜300 mm/min, 345 MPa일 때 150~250 mm/min, 379 MPa일 때 15 0—300 mm/min, 그리고 414 MPa일 때 절단속도 150-350 mm/min의 범위에서 양호한 절단 표면을 얻을 수 있다. 그러므로 전압력 범위에서 정밀한 절단 표면을 얻으려면 절단속도를 150〜250 mm/min으로 설정하는 것이 최적조건으로 판단된다.
- 1절의 압력변화에 의한 절 단표면 특성을 나타내며, 연마제의 침식으로 절단이 되기 때문에 압력변화에 대한 절단속도가 150 mm/min의 저속일 때는 저압에서, 350 mm/min의 고속일 때는 고압에서 양호한 절단표면을 얻을 수 있다. 절단압 력 414 MPa를 제외한 동일 압력에서 절단속도가 증가할수록 표면은 거칠어지고, 절단속도 300 mm/min 일 때 절단압력 414 MPa에서 약간 거칠게 나타나고, 절단속도 150 mm/min에서 절단압력 379 MPa일 때 표면 거칠기가 매우 작은 정밀한 표면이 얻어진다.
- 이상의 결과에서 일반적으로 난삭재로 알려진 티타늄 합금을 AWJ로 절단할 경우 최적절단조건을 설정하면 표면 거칠기(Ra)는 3 iim 정도를 얻을 수 있다. 이러한 표면 정밀도는 재료의 차이로 인해 직접적인 비교는 곤란하지만, 터빈 블레이드의 에어 포일 부위를 글래스 볼로 블라스팅한 경우와 같은 우수한 표면 정밀도를 얻을 수 있다.
- 이러한 표면 정밀도는 재료의 차이로 인해 직접적인 비교는 곤란하지만, 터빈 블레이드의 에어 포일 부위를 글래스 볼로 블라스팅한 경우와 같은 우수한 표면 정밀도를 얻을 수 있다. 따라서 타 절단법에 비하여 정밀한 절단표 면이 얻어지므로 별도의 마무리 가공을 줄일 수 있고, 더욱 정밀한 표면 정밀도를 얻기 위해 연마를 필요로 하더라도 타 절단법에 비하여 연마시간 및 경비를 절감할 수 있을 것으로 판단된다.
- (1) 절단입력 310 MPa일 때 절단속도 150 mm/min, 절단압력 414 MPa에서 350 mm/min일 때 가장 양 호한 표면이 얻어지고, 절단압력의 상승에 따라 절단속도도 증가시켜야 양호한 절단표면을 얻는다.
- (2) 절단 두께 10 mm일 때 전압력 범위에서 정밀한 절단 표면을 얻으려면 절단속도를 150〜250 mm/min으로 설정하는 것이 최적조건으로 판단된다.
- (3) 절단압력 414 MPa를 제외한 동일 압력에서 절단 속도가 증가할수록 표면은 거칠어지고, 절단속도 150 mm/min일 때 압력 379 MPa에서 가장 정밀한 절단 표면이 얻어진다.
- (4) 생산성을 고려한 티타늄 합금 Gr2의 AWJ 절단은 절단압력 414 MPa에서 절단속도 350 mm/min으 로 설정하는 것이 최적절단조건이다.
후속연구
- 6은 절단압력 310 MPa일 때 절단속도 변화에 따른 절단 깊이에 대한 표면거칠기(Ra)를 나타낸 것이 다. 절단속도 150 mm/min일 때 전절단 깊이에서 가장 양호한 표면이 얻어지고, 특히 절단 깊이 6 mm에 서는 표면 거칠기가 급격히 작아지는 돌출된 데이터가 나타났는데 추후 검토가 필요하다. 절단속도가 350 mm/min인 경우는 절단 깊이가 커질수록 표면 거칠기도 급격하게 증가하는 현상이 나타난다.
- 또한, 이러한 절단 깊이 이상이 되면 절단마모 형태에서 변형마모 형태로 바뀌고 워터 제트가 휘어지며 줄무늬나 피트가 형성되어 표면 거칠기는 증가한다. 그러나 본 실험에 사용한 티타늄 합금의 경우 육안으로 파악할 수 있는 줄무늬나 피트는 발견되지 않았지만, Fig. 7과 Fig. 8에서 고속일 경우 표면 거칠기가 급격히 증가하는 것은 줄무늬의 영향으로 추측되어 향후 두께를 증가시킨 시험편에 대한 절단면의 미세기구의 해석이 요망된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.