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문제 정의
- 본 연구는 티타늄합금 나사가공에 적합한 가공방법을 선정하고, 최적의 공구재를 선정할 수 있는 자료확보에 그 목표를 두었다. 이를 위해 일반적으로 티타늄 합금의 가공에 가장 적당한 공구재인 P10 의 공구를 이용하여 초기 절 입 깊이, 절삭패스 등 절입방법에 따른 절삭특성을 조사하였다.
- 본 연구에서 티타늄합금의 나사가공에 최적인 가공 방법을 선택하고자 하였다. 이를 위해 다양한 공구재를 가지고 절삭력, 절삭방법, 나사면의 표면거칠기, 공구마멸 등을 파악하기 위한 실험을 진행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 때문에 양적으로 많지 않은 상태이다. Hwang ⑹등은 고경도 강을 세라믹공구와 CBN 공구로 나사가공 후 표면품위 (surface integrity) 를 연구하였으며, Ban⑺등은 티타늄 합금을 이용한 치과용 Implant 의 절삭가공시 최적의 절삭조건을 정량적으로 비교하였다. 또한 Kim(3)은 분말야금법을 이용한 티타늄 너트의 제조에 관하여 연구하였다.
- 두었다. 이를 위해 일반적으로 티타늄 합금의 가공에 가장 적당한 공구재인 P10 의 공구를 이용하여 초기 절 입 깊이, 절삭패스 등 절입방법에 따른 절삭특성을 조사하였다. 또한 4 가지의 공구재 (P10, MXC, BMA, BXC) 를 선택하여 절입방법 및 절삭속도에 따른 표면거칠기를 관찰하였다.
- 이를 위해 일반적으로 티타늄 합금의 가공에 가장 적당한 공구재인 P10 의 공구를 이용하여 초기 절 입 깊이, 절삭패스 등 절입방법에 따른 절삭특성을 조사하였다. 또한 4 가지의 공구재 (P10, MXC, BMA, BXC) 를 선택하여 절입방법 및 절삭속도에 따른 표면거칠기를 관찰하였다.
- 초기 절입량에 따른 공구마멸 관찰과 사진촬영을 위하여 Nikon사의 공구현미경 (MM-60/L3U) 을 사용하였으며, 가공 후 피삭재의 표면거칠기는 Mitutoyo 사의 표면조도 측정기 (SJ-402) 를 이용하여 측정하였다.
- 가공조건에 따른 나사가공의 특징을 파악하기 위하여 4가지의 인서트 팁 (P10, MXC, BMA, BXC) 을 사용하여 호칭 지름이 30mm, 나사산 각이 60°, 피치가 2mm 인 나사를 절삭 패스를 9회로 설정하고 수용성 절삭유를 충분히 공급하며 가공하였다.
- 먼저 절삭방법에 따른 가공특성을 알아보기 위하여 P10 을 사용하여 주축회전수 85rpm 에서의 초기 절입량에 따른 공구의 마멸과 표면거칠기를 확인하였으며, 절삭속도 및 절삭 방법에 따른 가공특성을 확인하기 위해 주축회전수를 각각 45, 85, 160rpm 로 정하고 반경방향으로 동일한 절 입 깊이를 주는 방법과 절삭면적을 일정하게 절입깊이를 주는 방법에 따른 절삭력의 변화를 관찰하였다. 또한 공구재와 절삭속도에 따른 가공특성을 파악하기 위하여 4 가지의 인서트 팁을 사용하여 주축회전수를 각각 45, 85, 160rpm로 정하고 반경 방향 절입법(A-type) 과 한쪽 측면방향의 절입법(B-type) 의 2가지 방법으로 실험하였다.
- 따른 절삭력의 변화를 관찰하였다. 또한 공구재와 절삭속도에 따른 가공특성을 파악하기 위하여 4 가지의 인서트 팁을 사용하여 주축회전수를 각각 45, 85, 160rpm로 정하고 반경 방향 절입법(A-type) 과 한쪽 측면방향의 절입법(B-type) 의 2가지 방법으로 실험하였다. 이 실험에서 절삭면적을 일정하게 하기 위하여 피치가 2mm 인 나사의 골 절입깊이가 1.
- 또한 공구재와 절삭속도에 따른 가공특성을 파악하기 위하여 4 가지의 인서트 팁을 사용하여 주축회전수를 각각 45, 85, 160rpm로 정하고 반경 방향 절입법(A-type) 과 한쪽 측면방향의 절입법(B-type) 의 2가지 방법으로 실험하였다. 이 실험에서 절삭면적을 일정하게 하기 위하여 피치가 2mm 인 나사의 골 절입깊이가 1.19mm 임을 고려하고, 실험을 통하여 얻어진 값을 참조하여 최초 절입깊이 d〔 을 0.4mm 로 하였다. 이때 공구강성을 고려하여 절삭패스를 9회로 하면, 식 (1)에 의해 매 절삭패스마다의 반경방향 절입깊이가 결정된다.
- 4가지 공구재의 인서트 팁 (P10, MXC, BMA, BXC) 을 사용하여 주축의 회전수를 각각 45, 85, 160rpm 으로 설정하고 절입깊이를 1mm, 이송량을 0.1mm/rev 로 하여 공구마멸 특성을 관찰하였다. 나사가공에서 적용되는 작은 절 입 깊이와 낮은 절삭속도로 인하여 오랜 시간을 관찰하였으나 뚜렷한 마멸현상을 관찰하지 못했다.
- 선택하고자 하였다. 이를 위해 다양한 공구재를 가지고 절삭력, 절삭방법, 나사면의 표면거칠기, 공구마멸 등을 파악하기 위한 실험을 진행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
- 실험에 사용한 피삭재는 우주.항공산업, 의학, 자동차 및 석유산업에 널리 사용되는 T1-6A1-4V 봉재 (ASTM B265 Grade 5)를 사용하였으며, Table 1과 Table 2는 각각 피삭재의 화학적 성분과 피삭재의 기계적 성질을 보여준다.
- 항공산업, 의학, 자동차 및 석유산업에 널리 사용되는 T1-6A1-4V 봉재 (ASTM B265 Grade 5)를 사용하였으며, Table 1과 Table 2는 각각 피삭재의 화학적 성분과 피삭재의 기계적 성질을 보여준다.
- 가공방법에 따른 가공특성을 파악하기 위하여 일반적으로 널리 사용되는 P10(TaeguTec) 의 인서트 팁을 사용하였으며, 공구재에 따른 가공특성을 파악하기 위하여 P10, MXC, BMA, BXC(CARMEX) 의 4 가지의 인서트 팁을 선택하였다. Photo 1은 이들에 대한 사진이며, Table 3은 제조사에서 제공하는 각각의 인서트에 대한 특징을 설명한 것이다.
- Photo 1은 이들에 대한 사진이며, Table 3은 제조사에서 제공하는 각각의 인서트에 대한 특징을 설명한 것이다. 사용된 인서트 팁의 규격은 THR 42 M P10 과 16ER AG 60로 나사산 각은 60°, 외경용(E), 우승수(R) 로 가공가능 피치는 0.05 - 3.0(AG) 이다. 또한 이 팁을 장착할 툴홀더는 TH 2525 RE(TaeguTec) 와 SER 2020 K16(CARMEX) 을 사용하였다.
- 0(AG) 이다. 또한 이 팁을 장착할 툴홀더는 TH 2525 RE(TaeguTec) 와 SER 2020 K16(CARMEX) 을 사용하였다. Photo 2는 실험에 사용된 툴홀더를 보여준다(1)
- 나사가공 시 절삭력과 표면거칠기 측정실험을 위한 공작기계로는 화천기계의 범용선반 (HL-380B) 을 사용하였으며, 가공 중 절삭력의 측정에는 Kistler 사의 피에조 타입 (piezo electric type) 공구 동력계 (tool dynamometer, model 9257B) 와 동일 회사의 전하 앰프 (charge amplifier, model 5019B)를 사용하였다.
성능/효과
- (b) 는 절삭면적을 일정하게 가공하는 방법으로 실험에 의해 초기 절입깊이를 선정하고 식 (1)에 대입하여 얻어진 절입깊이를 결정한 후 절삭 패스 마다 절삭력을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 같은 회전수에서 매절삭마다 비교적 균일한 크기의 절삭력이 작용함을 알 수 있으며, 절삭속도가 변화하여도 비교적 균일한 절삭력이 작용함을 알 수 있었다.
- 따라서 절입깊이를 일정하게 하는 방법은 절삭패스가 증가함에 따라 공구가 받는 힘의 크기도 증가하므로 공구에 큰 무리가 생길 것으로 예상되므로 비교적 일정한 크기의 절삭력이 작용하는 절삭면적 일정 절삭방식이 공구의 수명에 유리할 것으로 판단된다.
- 그림에서와 같이 가공방향의 우측면 (R: nght) 과 좌측면 (L: left) 의 표면거칠기를 구분하여 표시하였다. 전체적으로 절삭속도의 변화는 표면 거칠기에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있으며, 4가지의 공구재 중 P10 이 다른 공구재에 비하여 다소 우수한 표면 거칠기를 나타냄을 알 수 있다. 주어진 동일 공구와 가공조건에 대하여 2가지의 가공방법이 표면거칠기에는 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있으며, 또한 가공나사면의 원주방향과 반경 방향의 표면거칠기 측정결과 그 차이가 많지 않음을 알 수 있었다.
- 전체적으로 절삭속도의 변화는 표면 거칠기에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있으며, 4가지의 공구재 중 P10 이 다른 공구재에 비하여 다소 우수한 표면 거칠기를 나타냄을 알 수 있다. 주어진 동일 공구와 가공조건에 대하여 2가지의 가공방법이 표면거칠기에는 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있으며, 또한 가공나사면의 원주방향과 반경 방향의 표면거칠기 측정결과 그 차이가 많지 않음을 알 수 있었다.
- (1) 절삭면적을 일정하게 하는 나사가공방법에서 초기 절 입 깊이가 0.5mm 이상에서는 칩핑이 발생하였으며, 초기절입깊이는 나사의 품질에 영향을 미치지 않았다.
- (2) 절삭력 측정실험으로부터 매 절삭패스의 절입면적을 일정하게 하는 방식이 공구수명에 유리할 것으로 판단되었다.
- (3) 절삭속도와 4가지 공구재에 대한 나사 표면거칠기 측정 결과 P10 이 다소 우수한 품질을 나타냈으나, 그 차이는 크지 않았다.
- (4) 주어진 동일 공구와 가공조건에 대하여 가공방법이 표면 거칠기에는 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있으며, 가공나사면의 원주방향과 반경방향의 표면거칠기 측정 결과 그 차이가 많지 않음을 알 수 있었다.
- (5) 4가지 공구재에 대한 마멸특성실험결과에서는 나사 가공에서 적용되는 작은 절입깊이와 낮은 절삭속도의 가공조건에서 마멸의 진행속도는 매우 느리게 진행됨을 확인하였다.
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