[논문]자기연마법을 이용한 Deburring

여우석; 이충석; 채승수; 최환; 이종찬

[국내논문] 자기연마법을 이용한 Deburring
Deburring using Magnetic Abrasive Machining 원문보기

The magnetic abrasive machining has been developed as a new finishing technology to obtain a fine surface of workpiece. In this paper, a static magnetic field method and a magnetic abrasive brush which has many technical advantages, are applied for the magnetic abrasive machining. In the experiment, some items such as finishing time, ratio of the magnetic abrasives to Fe-powder, motor revolutions per minute, and motor ratio revolutions per minute are tested. The results of this study have shown the fact that the burr height is mostly affected by the finishing time and the abrasive ratio. Also, it has been found that the magnetic abrasive machining is a possible new technology for the deburring.

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문제 정의

본 연구에서는 공작물의 형상에 대응하여 자연스럽게 공구형상의 변화가 가능한 자성연마공구 특성에 착안하여 자기연마법을 이용한 디버링 가능성을 확인하고자 하였다.
본 실험에서는 전해철분과 자성입자비가 변화했을 때 실험 결과를 확인하여 입자비가 디버링에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 실험에서 사용되어진 실험조건은 전해철분과 자성입자비를 2g씩 단순 중량비 증·감소로써 비를 변화하였고, 모터의 회전수는 200rpm, 모터의 속도비는 1:1로 하여 원형운동이 되도록 하였다.
본 연구에서는 비자성체의 드릴링 가공시 발생하는 버의 제거에 자기연마법을 이용하는 연구를 하였다. 이 연구로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

그러므로 작용압력을 높이려면 자성 입자직경을 크게 하고 입자 직경이 일정하다면 자장분포의 값을 높여야만 하는데, 본 연구에서는 자극 간격을 최소화하고 영구자석을 이용함으로서 자장분포 값을 크게 하였다.
4에 각각 나타내었다. 실험장치는 본 연구를 위해 설계·제작한 것으로, 두 개의 서보모터를 장착하여 공작물이 X-Y평면상으로 직선·왕복 운동이 가능하도록 하였다. 공작물의 직선․왕복운동을 가능케하기 위하여 양쪽 모터의 회전축에 캠을 설치하였고, 모터의 회전방향이 직각이 되게 배치하여 두 모터의 회전수를 각각 변경시킴으로서 여러 가지 궤적의 평면운동을 할 수 있도록 하였다.
실험장치는 본 연구를 위해 설계·제작한 것으로, 두 개의 서보모터를 장착하여 공작물이 X-Y평면상으로 직선·왕복 운동이 가능하도록 하였다. 공작물의 직선․왕복운동을 가능케하기 위하여 양쪽 모터의 회전축에 캠을 설치하였고, 모터의 회전방향이 직각이 되게 배치하여 두 모터의 회전수를 각각 변경시킴으로서 여러 가지 궤적의 평면운동을 할 수 있도록 하였다.
자장 발생부는 요크를 만들어 자로를 형성하였고, 자극으로는 자력 누속을 최소화하고 장치의 소형 경량화 및 자극의 극성교환 등을 고려하여 Fe-Nd-B(네오디움)계의 사각 영구자석을 사용하였다. 자장에 영향이 미치지 않도록 하기 위해서 자로를 제외한 대부분을 비자성체인 알루미늄을 소재로 하여 제작하였다.
본 실험에 사용된 공작물은 비자성체로서 선박용 구조 부품재와 연료탱크, 전자제품 등으로 널리 사용되고 있는 Al 5052 합금을 이용하였다. 자성공구는 WA입자와 전해철분의 혼합물을 사용하였으며, 드릴링가공에 의해 버가 형성된 Al 5052 평판을 자성입자 브러쉬 사이에 클램핑 한 후, 모터에 의해 상대운동을 시켜 버의 제거 실험을 실시하였다. Table 1은 실험조건을 나타낸다.
실험은 우선 12g의 연마입자를 이용하여 N-S극 사이에 입자 브러쉬를 형성시킨 후, 연마시간에 따른 디버링 특성, 연마입자비에 따른 디버링 특성, 모터의 회전수에 따른 디버링 특성을 알아보았다.
연마시간에 대한 실험 방법은 모터의 회전수를 타코미터를 이용하여 200rpm으로 설정하고, 전해철분 6g과 자성입자 6g을 혼합한 연마입자를 이용하여 N-S극 사이에 입자 브러쉬를 형성시켰다. 그리고 클램프부에 알루미늄 평판을 부착한 후 2분 간격으로 연마하여 알루미늄 평판의 표면거칠기(Rmax, Ra)를 측정하였다.
연마시간에 대한 실험 방법은 모터의 회전수를 타코미터를 이용하여 200rpm으로 설정하고, 전해철분 6g과 자성입자 6g을 혼합한 연마입자를 이용하여 N-S극 사이에 입자 브러쉬를 형성시켰다. 그리고 클램프부에 알루미늄 평판을 부착한 후 2분 간격으로 연마하여 알루미늄 평판의 표면거칠기(Rmax, Ra)를 측정하였다. 연마입자비에 대한 실험에서는 모터의 회전수 200rpm, 연마시간을 10분으로 하고 전해철분과 자성입자의 중량비를 2g씩 증감시키면서 연마입자비가 디버링에 미치는 영향을 알아보았다.
그리고 클램프부에 알루미늄 평판을 부착한 후 2분 간격으로 연마하여 알루미늄 평판의 표면거칠기(Rmax, Ra)를 측정하였다. 연마입자비에 대한 실험에서는 모터의 회전수 200rpm, 연마시간을 10분으로 하고 전해철분과 자성입자의 중량비를 2g씩 증감시키면서 연마입자비가 디버링에 미치는 영향을 알아보았다. 모터의 회전수 변화에 따른 디버링 실험에서는 200rpm으로 하던 실험을 회전수 변화를 100rpm과 300rpm일 때 연마정도의 변화를 알아보기 위한 것이고, 전해철분 6g과 자성입자 6g을 혼합한 연마입자를 이용하여 각각 10분 동안 실험을 실시하여 모터의 회전수에 따른 디버링 특성을 알아보았다.
연마입자비에 대한 실험에서는 모터의 회전수 200rpm, 연마시간을 10분으로 하고 전해철분과 자성입자의 중량비를 2g씩 증감시키면서 연마입자비가 디버링에 미치는 영향을 알아보았다. 모터의 회전수 변화에 따른 디버링 실험에서는 200rpm으로 하던 실험을 회전수 변화를 100rpm과 300rpm일 때 연마정도의 변화를 알아보기 위한 것이고, 전해철분 6g과 자성입자 6g을 혼합한 연마입자를 이용하여 각각 10분 동안 실험을 실시하여 모터의 회전수에 따른 디버링 특성을 알아보았다.
연마시간이 경과함에 따른 디버링 정도를 알아보기 위해여 전해철분과 자성입자를 질량비 1 : 1로 단순 혼합한 12g의 연마입자를 사용하였으며, 모터의 회전수는 200rpm, 1 : 1로 원형운동으로 행하였다. 그리고 연마시간은 2분 간격으로 10분까지 실험하였다.
본 실험에서는 전해철분과 자성입자비가 변화했을 때 실험 결과를 확인하여 입자비가 디버링에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 실험에서 사용되어진 실험조건은 전해철분과 자성입자비를 2g씩 단순 중량비 증·감소로써 비를 변화하였고, 모터의 회전수는 200rpm, 모터의 속도비는 1:1로 하여 원형운동이 되도록 하였다.
모터의 회전수가 디버링에 미치는 영향을 알아보기 위해 모터의 회전수를 100rpm, 200rpm, 300rpm으로 하고, 전해철분 6g과 자성입자 6g을 혼합한 연마입자를 사용하여 2분 간격으로 10분까지 연마한 후 디버링 정도를 알아보았다. Fig.

대상 데이터

자장 발생부는 요크를 만들어 자로를 형성하였고, 자극으로는 자력 누속을 최소화하고 장치의 소형 경량화 및 자극의 극성교환 등을 고려하여 Fe-Nd-B(네오디움)계의 사각 영구자석을 사용하였다. 자장에 영향이 미치지 않도록 하기 위해서 자로를 제외한 대부분을 비자성체인 알루미늄을 소재로 하여 제작하였다.
5와 같았다. 본 연구에서는 관찰된 세 가지 유형의 버를 대상으로 디버링 실험을 실시하였다.
본 실험에 사용된 공작물은 비자성체로서 선박용 구조 부품재와 연료탱크, 전자제품 등으로 널리 사용되고 있는 Al 5052 합금을 이용하였다. 자성공구는 WA입자와 전해철분의 혼합물을 사용하였으며, 드릴링가공에 의해 버가 형성된 Al 5052 평판을 자성입자 브러쉬 사이에 클램핑 한 후, 모터에 의해 상대운동을 시켜 버의 제거 실험을 실시하였다.

성능/효과

Type A의 경우 10분간 디버링을 실시한 결과 전해철분 10g 자성입자 2g일 때가 디버링 정도가 가장 좋음을 알 수 있었다. 이는 입자의 평균직경이 큰 전해철분이 높은 버에 작용하여 디버링에 좋은 효과를 가져오는 것으로 보인다.
1. 실험을 통해서 자기입자 브러쉬를 이용한 새로운 방법의 디버링 기술개발의 가능성을 확인하였다.
2. 가공시간이 증가할수록, 모터의 회전수가 빠를수록 디버링 정도가 좋아짐을 알 수 있었다.
3. 연마입자비의 영향에서는 Type A는 전해철분의 비율이 상대적으로 많을 때 디버링량이 우수하게 나오지만 차이는 크지 않았고, 그 외 Type은 연마입자비에 영향을 받지 않았다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

버는 무엇인가?

일반적으로 버는 절삭가공시 가공물의 모서리부분에 발생하는 것으로, 절삭공구에 의해 가공의 끝부분에서 피삭재의 소성변형에 의해 돌출하는 현상을 말한다. 구멍가공에 있어서도 드릴의 입구 쪽에는 미소한 버가 발생하지만, 드릴의 출구 쪽에는 매우 큰 버가 생성된다.

디버링 방법 중 화학적인 반응법의 단점은?

기계적인 방법에는 연마가공법(Grinding), 바렐가공법(Barrelling) 그리고 브러쉬가공법(Brushing)등을 이용하고, 화학적 방법은 에칭(Etching), 전해연마(Electro-polishing)등이 있다. 그러나 기계적 방법은 공구가 직접 닿기 어려운 틈새나 공작물을 설치하기 힘든 위치의 디버링이 곤란하며, 화학적인 반응법은 공작물의 전체 면에 디버링 흔적이 남을 수 있다는 단점이 있다[2].

디버링 방법 중 기계적인 방법의 단점은?

기계적인 방법에는 연마가공법(Grinding), 바렐가공법(Barrelling) 그리고 브러쉬가공법(Brushing)등을 이용하고, 화학적 방법은 에칭(Etching), 전해연마(Electro-polishing)등이 있다. 그러나 기계적 방법은 공구가 직접 닿기 어려운 틈새나 공작물을 설치하기 힘든 위치의 디버링이 곤란하며, 화학적인 반응법은 공작물의 전체 면에 디버링 흔적이 남을 수 있다는 단점이 있다[2].

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