전해가공을 이용한 Nitinol 형상기억합금의 그루브 패턴 가공특성에 관한 연구 The Machining Characteristics of Groove Patterning for Nitinol Shape Memory Alloy Using Electrochemical Machining원문보기
A development of smart materials is becoming a prominent issue on present industries. A smart material, included in functions, is needed for micro fabrication. A shape memory alloy(SMA) in a smart material is best known material. Ni-Ti alloy, composed of nikel and titanium is one of the best shape m...
A development of smart materials is becoming a prominent issue on present industries. A smart material, included in functions, is needed for micro fabrication. A shape memory alloy(SMA) in a smart material is best known material. Ni-Ti alloy, composed of nikel and titanium is one of the best shape memory alloy(SMA). Nitinol SMA is used for a lot of high tech industry such as aero space, medical device, micro actuator, sensor system. However, Ni-Ti SMA is difficult to process to make a shape and fabrications as traditional machining process. Because nitinol SMA, that is contained nikel content more than titanium content, has similar physical characteristics of titanium. In this paper, the characteristics of ECM grooving process for nitinol SMA are investigated by experiments. The experiments in this study are progressed for power, gap distance and machining time. The characteristics are found each part. Fine shape in work piece can be found on conditions; current 6A, duty factor 50%, gap distance 15%, gap distance $15{\mu}m$, machining time 10min.
A development of smart materials is becoming a prominent issue on present industries. A smart material, included in functions, is needed for micro fabrication. A shape memory alloy(SMA) in a smart material is best known material. Ni-Ti alloy, composed of nikel and titanium is one of the best shape memory alloy(SMA). Nitinol SMA is used for a lot of high tech industry such as aero space, medical device, micro actuator, sensor system. However, Ni-Ti SMA is difficult to process to make a shape and fabrications as traditional machining process. Because nitinol SMA, that is contained nikel content more than titanium content, has similar physical characteristics of titanium. In this paper, the characteristics of ECM grooving process for nitinol SMA are investigated by experiments. The experiments in this study are progressed for power, gap distance and machining time. The characteristics are found each part. Fine shape in work piece can be found on conditions; current 6A, duty factor 50%, gap distance 15%, gap distance $15{\mu}m$, machining time 10min.
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문제 정의
오차 특성을 비교 분석하였다. 또한 nitinol SMA 가공 결과에 대한 데이터베이스를 구축하여 실제 제품에 적용하기 위한 것이 목적이다.
제안 방법
3은 인가전류에 따른 가공 깊이를 보여준다. Duty factor는 50%, 간극 20㎛, 가공시간을 10분으로 고정했고 인가전류는 4A 를 시작으로 5A, 6A, 8A, 10A, 12A 로 점점증가시켜 실험을 진행하여 각각의 데이터를 수집하였다. 대체적으로 인가된 각 전류에 대하여 Groove1 부터 Groove4 의 순서로 깊이가공 결과의 차이를 보였다.
Nitinol SMA 의 전해 그루브 가공실험을 통하여 전해가공에서 인가전류, Duty factor, 가공간극, 가공시간의 영향을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
Nitinol SMA 의 전해가공 특성을 분석하기위하여 Fig. 1과 같은 동심원 형상의 전극을 제작하여 실험을 수행하였다. 전극의 직경은 21mm 이며 동심원 각각의 폭은 0.
nitinol SMA 을 이용한 전해가공 조건 중 공구전극과 가공 전극의 간극에 대한 가공영향을 분석하기 위하여 인가전류 6A 와 Duty factor 50%의 변수를 설정하고 극간 거리를 변화하여 10분간의 전해가공결과를 분석하였다. Fig.
가공경계면이 남아있고 각 그루브의 깊이 편차가 작고 그 깊이가 깊은 6A 의 인가전류에서 Duty factor 의 영향을 알아보기 위하여 간극 20“m, 가공시간을 10분으로 고정하고 Duty factor를 변화하여 실험을 진행하였다. Fig.
전해액은 전극의 중심으로부터 공급되도록 설계하였다. 돌출된 전극 사이에는 각 돌출전극의 전류를 집중시키기 위하여 에폭시를 이용하여 절연하였다.
본 연구는 nitinol SMA 의 효과적인 전해가공방법을 제시하고 전해가공에서의 주요변수인 가공전류, Duty factor, 가공 간극, 가공시간에 따른 가공깊이정도와 가공전극과의 형상 오차 특성을 비교 분석하였다. 또한 nitinol SMA 가공 결과에 대한 데이터베이스를 구축하여 실제 제품에 적용하기 위한 것이 목적이다.
실험은 전류조건의 영향을 알아보기 위하여 인가전류와 Duty factor를 변화하였으며 전해가공의 주요 변수인 가공 간극과 가공시간의 특성을 알아보기 위한 실험으로 구분하여 진행하였다. Table 1은 본 연구간 실험조건을 보인다.
25mm 이고, 돌출된 전극사이 간격은 1mm 로 가공하였다. 전해액은 전극의 중심으로부터 공급되도록 설계하였다. 돌출된 전극 사이에는 각 돌출전극의 전류를 집중시키기 위하여 에폭시를 이용하여 절연하였다.
대상 데이터
전해액은 별도의 전해 탱크로부터 전극으로 공급되며 전해액의 순도를 유지하기 위하여 정화필터를 거치게 하였다. 가공전극은 Z 축의 이송이 가능하여 0.1 ㎛단위의 조절이 가능한 정밀 스테이지를 사용하였다. 전류공급장치를 통하여 공구전극과 가공전극의 접촉상태를 확인할 수 있다.
요소이다. 적절한 화학적 반응을 일으킬 수 있도록 NaNO2 와 NazCiHQ 을 혼합하여 사용하였다.
1과 같은 동심원 형상의 전극을 제작하여 실험을 수행하였다. 전극의 직경은 21mm 이며 동심원 각각의 폭은 0.5mm, 0.75mm, 1mm, 1.25mm 이고, 돌출된 전극사이 간격은 1mm 로 가공하였다. 전해액은 전극의 중심으로부터 공급되도록 설계하였다.
데이터처리
6은 Duty factor 에 따른 가공형상의 평균 오차를 나타낸다. 가공된 각 그루브의 폭을 측정하여 평균값을 계산하고 가공전극의 돌출된 부분의 폭의 평균값을 기준으로 평균 오차를 나타내었다.
성능/효과
(1) 인가전류가 높아질 수 록 각 그루브의 가공깊이는 깊어지는 것과 동시에 각 그루브간 가공편차가 증가함을 알 수 있었다. 이와 같은 현상은 전극의 끝단부분인 Groove1 에 전류가 집중되는 현상과, 높은 인가전류로 인하여 발생한 과도한 전해현상이 원인이 됨을 알 수 있었다.
(2) 가공간극의 증가는 전극으로부터 발생되는 전해영향 범위를 증가시켜 가공형상오차가 커지게 되며 가공 깊이 또한 낮아짐을 알 수 있었다. 가공간극이 5㎛일 때와 10 ㎛일 때에서 가공깊이의 편차와 가공형상의 평균 오차가 감소하였으나 원활하지 않은 금속산화물의 배출로 인한 전해 현상 장애를 발생시켰고 이것은 결국 Groove1 및 Groove2 가 부분적으로 가공되지 않은 결과를 가져왔다.
(3) 가공시간이 증가함에 따라 가공깊이의 편차가 줄어듦을 알 수 있었다. 전류를 인가하면 재료가 용출되기 시작하는데 가공시간의 증가에 따라 일정깊이 이상이 용출되면서 초기 설정된 가공간극보다 간극이 증가하게 되고 점점 전해가공의 범위를 벗어나게 된다.
측정되었다. 50%이상의 Duty factor 에서 가공형상은 전극의 형상과 평균 형상오차가 75㎛이며 75%에서는 291.25㎛ 의 평균오차를 보였다. 이를 통하여 Duty factor 에 따라 가공의 양상이 다르게 나타나며 Duty factor 가 25%에서 충분한 전해현상이 발생하여 Duty factor 가 부족하였다고 판단할 수 있다.
이와 같은 현상은 전극의 끝단부분인 Groove1 에 전류가 집중되는 현상과, 높은 인가전류로 인하여 발생한 과도한 전해현상이 원인이 됨을 알 수 있었다. Duty factor는 증가시킬수록 가공깊이 또한 증가하고 50% 이상의 Duty factor 에서 가공전극과의 형상비교에서는 75 ㎛이상의 오차가 발생했다. 각 그루브간 가공편차가 증가하는 것 또한 과도한 전류의 인가가 원인으로 분석된다.
5는 Duty factor 에 따른 각 그루브 가공깊이의 그래프를 보인 것이다. 그래프에서 보이듯이 Duty factor 가 증가함에 따라 모든 그루브들의 가공 깊이도 함께 증가함과 동시에 각 그루브간 가공 편차 또한 증가함을 볼 수 있다. 또한 Fig.
이를 통하여 Duty factor 에 따라 가공의 양상이 다르게 나타나며 Duty factor 가 25%에서 충분한 전해현상이 발생하여 Duty factor 가 부족하였다고 판단할 수 있다. 반면 50%와 75%의 Duty factor 에서 가공전극 의 평균치보다 큰 값이 계산되어 과도한 전해현상이 이루어졌으며 Fig. 5와 연관하여 전류인가시간이 높아질 수록 가공된 형상 오차 및 각 그루브 간의 편차가 크게 발생함을 알 수 있다.
25㎛ 의 평균오차를 보였다. 이를 통하여 Duty factor 에 따라 가공의 양상이 다르게 나타나며 Duty factor 가 25%에서 충분한 전해현상이 발생하여 Duty factor 가 부족하였다고 판단할 수 있다. 반면 50%와 75%의 Duty factor 에서 가공전극 의 평균치보다 큰 값이 계산되어 과도한 전해현상이 이루어졌으며 Fig.
대체적으로 인가된 각 전류에 대하여 Groove1 부터 Groove4 의 순서로 깊이가공 결과의 차이를 보였다. 인가전류가 높아질수록 그루브의 가공깊이는 증가하지만 낮은 인가전류에 비하여 각 그루브의 가공깊이의 편차가 증가되었다. 낮은 전류를 인가 시 전극의 Groove1의 전류집중형상이 상대적으로 줄어들어 전류가 전면적으로 전극에 분포되는 이유로 분석된다.
참고문헌 (8)
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