[논문]방전드릴링의 가공특성 향상

송기영; 정도관; 박민수; 주종남

방전드릴링의 가공특성 향상
Improvement of Electrical Discharge Drilling 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.27 no.10, 2010년, pp.45 - 51

송기영 (서울대학교 기계항공공학부) , 정도관 (서울대학교 기계항공공학부) , 박민수 (서울산업대학교 제품설계금형공학과) , 주종남 (서울대학교 기계항공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Electrical discharge drilling (ED-drilling) is a widespread machining method used to bore small holes with a high aspect ratio. This paper presents additional methods by which ED-drilling can improve machining speed, tool wear, and machined surface quality. Firstly, for high machining speed, and low tool wear, a new-type electrode that was ground on one side or both sides of the cylindrical electrodes was suggested to expel debris. The debris which is generated during the machining process can cause sludge deposition and secondary discharge problems: major reasons to decrease machining speed. This new-type electrode also reduced tool wear that was due to the decrease of unstable discharge in a machining gap by helping to expel waste water and debris from the gap. Secondly, to improve the machined surface roughness, an electrolyzation process was included after drilling. This process made the machined surface smooth by means of an electrochemical reaction between an electrode and a workpiece. In this study, the machining speed, electrode wear, and surface roughness were improved by the newtype electrode and the electrolytic process.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 산업 전반에 널리 사용되고 있는 방전드릴링 가공법의 가공속도와 공구전극마모, 표면 개질을 위한 실험이 수행되었다. 특히 가공 특성에 지대한 영향을 끼치는 가공부스러기 문제를 개선하기 위하여 기존에 쓰였던 원형전극 대신 공구 전극의 한 쪽 면이나 양 쪽 면을 0.
w 고품질의 가공과 높은 생산성은 산업현장에서 제품의 사용자와 생산자에게 모두 이익이 되는 요구사항이므로 방전드릴링의 주요 연구목적이 되고 있다. 이에 본 논문에서는 방전드릴링으로 열처리된 냉간용 합금공구강 가공 시 가공속도 증가, 공구전극마모 감소 등을 통한 생산성 향상 뿐만 아니라 가공표면 개선도 가능하도록 새로운 공정을 제안하였다.

제안 방법

공작물에 구멍을 가공한 후 가공된 표면을 전해 현상을 이용해 개질시키고자 공구전극과 공작물 사이에 일정전압을 인가해준 뒤 시간에 따른 표면 조도의 변화에 대해서 관찰하였다. Fig.
방전드릴링기로 구멍을 가공한 후 Fig. 5 에서 나타낸 것처럼 1.5 mm 직경의 원형전극을 가공된 구멍에 위치시킨 후 직류전원을 인가하여 공작물표면에 전해공정을 진행하였다. 이때 사용된 전압은 40 V, 80 V 이고, 전압 인가시간은 최초 10 초에서 20 초 간격으로 50 초까지 설정하였으며 1 분 이후에는 60 초 간격으로 5 분까지 실험을 진행하였다.
본 연구에서는 Fig. 4 와 같은 세 가지 종류의 단면 형상을 가진 전극을 이용하여 가공실험을 수행하였다. Type A 의 형상은 일반적으로 쓰이는 파이프 형태의 전극 단면이다.
사용된 가공액과 가공부스러기들이 가공 중 원활히 배출될 수 있도록 기존에 사용하던 원형 전극의 한 쪽 면 또는 양쪽 면을 제거하여 변형된 전극을 제작하였다. 이는 Fig.
15 mm 씩 제거하여 가공 시 공작물과 발생하는 측면 간극을 넓힌 전극의 단면 형상이다. 이 세 가지 전극을 통해 방전드릴링 시 공작물에 구멍이 관통되는 가공 시간과 전극 소모길이를 측정하였다.
가공에 사용되었던 공구전극을 그대로 이 공정에 적용하게 되면 공구전극과 공작물 사이의 좁은 틈에 있는 물의 전도도가 이온화로 상승하여 공구 전극과 공작물 측면 사이에서는 스파크가 발생한다. 이 스파크는 공구전극과 공작물 표면을 손상시킴으로 이를 방지하고자 전해 공정에서는 가공 시사용 하였던 직경 2 mm 의 공구전극 대신에 1.5 mm 의 공구전극으로 실험을 진행하였다.
5 mm 직경의 원형전극을 가공된 구멍에 위치시킨 후 직류전원을 인가하여 공작물표면에 전해공정을 진행하였다. 이때 사용된 전압은 40 V, 80 V 이고, 전압 인가시간은 최초 10 초에서 20 초 간격으로 50 초까지 설정하였으며 1 분 이후에는 60 초 간격으로 5 분까지 실험을 진행하였다.
이와 같은 공정을 통해 형성된 가공면을 3 차원 표면측정기(NANO View-El00, Nanosystem Co.)를이용해 전해효과가 일어난 면의 표면조도를 측정하였다. 표면조도의 값은 산술평균거칠기인 Ra 를사용하였다.

대상 데이터

6 mm 의 중공이 있어 이곳을 통해 가공액인 물이 방전 간극으로 공급된다. 공작물은 냉간용 합금공구강인 STD11 을 사용하였다. 모든 실험은 30 mm 두께의 공작물을 관통하는 가공이었으며 실험에 사용된 가공 조건은 Table 1 에나타내었다.
본 실험에서는 한국 NSD 社의 NSD-1000T 기종을 사용하여 방전드릴링 실험을 진행하였다. 본방전드릴링기는 TR type 의 방전회로를 가지고 있으며 펄스의 충격계수(duty factor)와 전압, 전류를 조절함으로써 가공조건을 결정하게 된다.
본방전드릴링기는 TR type 의 방전회로를 가지고 있으며 펄스의 충격계수(duty factor)와 전압, 전류를 조절함으로써 가공조건을 결정하게 된다. 전극으로는 직경 2 mm 의 황동 전극을 사용하였으며 전극 내부에는 직경 0.6 mm 의 중공이 있어 이곳을 통해 가공액인 물이 방전 간극으로 공급된다. 공작물은 냉간용 합금공구강인 STD11 을 사용하였다.

성능/효과

7 은 가공 전후의 공구전극의 마모 정도를 나타낸다. Type A 에 비하여 개선된 공구전극 type B 와 type C 의 마모가 감소한 것으로 나타났으며 특히 type A 에 비하여 type C 의 공구전극이 상대적으로 20.4% 덜 소모되었다. 이는 이상방전(異常放電)인 아크 (arc) 감소와 이차방전의 주요 원인인 가공 부스러기들의 원활한 배출로 기인한 것이다.
또한 type A 에서는 가공 중 공구전극과 공작물이 물리적으로 접촉되는 단락이 평균 985 회 발생하였으나 type B와 type C 에서는 각각 평균 733 회와 707 회가 발생하였다. 가공 중 발생하는 단락은 가공속도의 저하에 직접적으로 영향을 미치므로 단락 횟수의 감소는 가공시간의 단축으로 나타났다.
이는 공구전극과 공작물 사이의 좁은 방전 간극에서 발생한 가공부스러기들이 전극과 공작물의 틈으로 원활히 배출되었기 때문이다. 또한 가공 간극으로 가공액이 원활히 공급되고 가공 부스러기들이 원활히 배출됨으로써 이상방전이나 이차방전이 줄어들어 공구전극의 마모가 20.4% 감소하였다. 이렇게 가공된 구멍에 직경이 작은 원형 전극을 삽입하고 가공액의 교체없이 물을 그대로 사용하여 전해공정을 진행하였을 때 가공된 구멍의 표면조도가 개선되었다.
8 은 인가 전압과 시간에 따른 가공된 구멍 내부의 표면 조도를 나타낸다. 방전드릴링으로 가공된 표면은 1.23 nm Ra 의 표면조도 값을 가지고 있었고 전해공정을 수행한 경우 표면조도가 개선되었다. 전압인가시간이 1 분 이내까지는 시간에 따라서 표면 조도 값이 점차 개선되는 경향을 나타내었으나 1 분 이후에는 추가적인 표면 개선 효과가 거의 미미하였다.
이와 같은 결과를 토대로 방전드릴링 시 개선된 공구전극으로 구멍을 빠른 속도로 가공한 뒤전해공정을 통해 가공면을 개질하면 생산성과 품질 측면에서 큰 장점을 가질 수 있다. 또한 이 방법은 기존에 쓰이는 방전드릴링기 외에 추가적인 기계장치나 가공액이 불필요하기 때문에 일선 산업 현장에서 바로 응용될 수 있을 것으로 사료된다.

후속연구

측면에서 큰 장점을 가질 수 있다. 또한 이 방법은 기존에 쓰이는 방전드릴링기 외에 추가적인 기계장치나 가공액이 불필요하기 때문에 일선 산업 현장에서 바로 응용될 수 있을 것으로 사료된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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