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문제 정의
- 객관적 자료를 확보하고자 한다. 그리고 질소와 산소에 활성이 강한 순 타이타늄이 공기 중에 노출되면 표면에 강한 산화층이 형성되어 연마의 어려움이 더 한층 심화되며 자기연마와 같은 미량의 가공으로 표면을 개선하는 연마작업에서는 그 영향이 있다고 생각되어 연마과정 중 파이프 내면에 아르곤 가스를 투입하여 연마효율을 향상시키고 그 영향을 파악하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 난삭재인 타이타늄 파이프 내면의 고품위 정밀가공면을 얻기 위하여 자기연마법을 적용하고 연마속도, 연마액의 첨가량, 연마재의 투입량 등 여러가지 연마조건의 변화에 따른 연마량 및 표면거칠기를 측정하여 연마조건이 표면품질에 미치는 영향을 분석하고 최상의 연마 면을 얻을 수 있는 최적의 연마조건 설정에 있어서 객관적 자료를 확보하고자 한다. 그리고 질소와 산소에 활성이 강한 순 타이타늄이 공기 중에 노출되면 표면에 강한 산화층이 형성되어 연마의 어려움이 더 한층 심화되며 자기연마와 같은 미량의 가공으로 표면을 개선하는 연마작업에서는 그 영향이 있다고 생각되어 연마과정 중 파이프 내면에 아르곤 가스를 투입하여 연마효율을 향상시키고 그 영향을 파악하고자 하였다.
- 본 논문에서는 타이타늄 파이프 내면의 자기연마 가공에서 연마조건이 연마특성에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 회전속도, 혼합입자의 총 투입량, 연마액의 첨가량, 아르곤 가스의 투입에 변화를 주면서 표면거칠기, 연마량 실험을 실시하고 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 된다. 하지만 극히 적은 양의 재료를 제거하면서 표면정밀도를 개선시키는 자기연마 방식에서는 연마가공과정 중 산화막의 생성은 표면개선에 악영향이 미칠 것으로 예상되어, 산화막의 생성을 방지하기 위하여 공기를 차단하고 및 발생열의 감소의 목적으로 불활성기체인 아르곤 가스를 투입하여 타이타늄 파이프 내면의 표면거칠기와 연마량에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 총 투입량을 8g 으로 하였으며, 연마액은 0.
제안 방법
- 2 와같이 자기장을 중앙으로 집중시키기 위하여 위하여 끝이 뾰쪽한 형상으로 제작하였으며 자극배치는 자극 3 개(N-S-N)를 이용하여 N 극을 양쪽에 배치하고 중앙에 S 극을 배치하였다. 그리고 축 방향 왕복 직선운동을 증가시키기 위하여 영구자석을 스크루 식 왕복이송테이블위에 장착하여 파이프를 따라서 움직일 수 있도록 하였으며, 연마과정 중 공기차단의 목적으로 파이프 내면에 아르곤 가스를 투입하는 장치를 추가하였다.
- 4 成를 투입하였다. 그리고 회전속도는 100~1300rpm 사이에서 300rpm 씩 간격을 두면서 실험을 실시하였다.
- 4 履로 첨가하였다. 그리고 회전속도를 lOOOrpm 으로 하고, 아르곤 가스의 투입 시와 미 투입 시의 연마량 및 표면거칠기를비교평가 하였다.
- 따라서 연마액의 투입량에 따른 타이타늄 파이프 내면의 표면거칠기와 연마량에 미치는 영향을 파악하기 위하여 연마속도는 lOOOrpm, 총 투입량은 8g 으로 하였으며, 연마액의 투입량은 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 血로 변화를 주면서 실험을 실시하였다.
- 본 실험에서 자기연마법을 이용하여 비자성 타이타늄 파이프의 내면을 연마가공하는 방법은 자성연마재와 강자성체인 전해철분을 기계적으로 혼합하여 파이프 내면에 충진하고, 파이프 외벽에 자극을 두어 연마재에 자력을 부여하여 파이프 내부에 연마압력을 발생시켜 브러시를 형성한다. 파이프를 회전시켜 상대 운동을 일으킴으로써 초정밀 연마 가공이 진행된다’ 혼합입자의 총 투입량, 연마속도, 연마액의 투입량 및 아르곤 가스 사용 미사용 조건에서 표면거칠기와 연마량 실험을 통한 자기연마특성을 알아보기 위해 실험장치를 구성하고 측정한 데이터를 통해 가공 특성을 확인하였다.
- 실시간 연마과정을 체크하기 위하여 2 분 간격으로 총 10 분 연마를 실시하면서 표면 거칠기와 연마량을 측정하였다. 본 실험에서는 자기연마 전후 파이프 내면에 자성연마재의 잔류에 의한 측정오차를 줄이기 위하여 2 분씩 자기연마를 진행 후 파이프를 세척, 건조시킨 후 고정밀 분석용 전자저울(AUW220D, SHIMADZU)을 이용하여 가공전 .후의 무게차를 측정하여 연마량을 계산하였으며, 접촉석 표면거칠기 측정기(SJ400, MITUTOY))와 광학식 형 상측정 기 (VEECO WYKONT-1100)를 이 용하여 표면거 칠기 값을 측정하였다.
- 파이프를 회전시켜 상대 운동을 일으킴으로써 초정밀 연마 가공이 진행된다’ 혼합입자의 총 투입량, 연마속도, 연마액의 투입량 및 아르곤 가스 사용 미사용 조건에서 표면거칠기와 연마량 실험을 통한 자기연마특성을 알아보기 위해 실험장치를 구성하고 측정한 데이터를 통해 가공 특성을 확인하였다. 실시간 연마과정을 체크하기 위하여 2 분 간격으로 총 10 분 연마를 실시하면서 표면 거칠기와 연마량을 측정하였다. 본 실험에서는 자기연마 전후 파이프 내면에 자성연마재의 잔류에 의한 측정오차를 줄이기 위하여 2 분씩 자기연마를 진행 후 파이프를 세척, 건조시킨 후 고정밀 분석용 전자저울(AUW220D, SHIMADZU)을 이용하여 가공전 .
-
3.1 총 투입량에 따른 연마륵성
연마재의 투입량의 변화에 따른 가공특성을 파악하기 위하여 총 투입량을 각각 4, 6, 8, 10g 으로공급하고 연마속도는 lOOOrpm, 연마액 (Light oil)은 0.4 皿를 첨가하였다. Fig.
- 1 과 같이 주축의 회전수가 0-2500 rpm 인 소형 선반을 개량한 것이다. 연마효율을 증대시키기 위하여 축 방향 왕복장치를 추가하였으며, 불활성기체 투입으로 연마특성을 파악하기 위하여 이르곤 가스 투입 장치를 추가하였다. 자기력 발생장치는 영구자석을 이용하였으며, 자극 선단부의 형상은 Fig.
- 연마효율을 증대시키기 위하여 축 방향 왕복장치를 추가하였으며, 불활성기체 투입으로 연마특성을 파악하기 위하여 이르곤 가스 투입 장치를 추가하였다. 자기력 발생장치는 영구자석을 이용하였으며, 자극 선단부의 형상은 Fig. 2 와같이 자기장을 중앙으로 집중시키기 위하여 위하여 끝이 뾰쪽한 형상으로 제작하였으며 자극배치는 자극 3 개(N-S-N)를 이용하여 N 극을 양쪽에 배치하고 중앙에 S 극을 배치하였다. 그리고 축 방향 왕복 직선운동을 증가시키기 위하여 영구자석을 스크루 식 왕복이송테이블위에 장착하여 파이프를 따라서 움직일 수 있도록 하였으며, 연마과정 중 공기차단의 목적으로 파이프 내면에 아르곤 가스를 투입하는 장치를 추가하였다.
- 파이프를 회전시켜 상대 운동을 일으킴으로써 초정밀 연마 가공이 진행된다’ 혼합입자의 총 투입량, 연마속도, 연마액의 투입량 및 아르곤 가스 사용 미사용 조건에서 표면거칠기와 연마량 실험을 통한 자기연마특성을 알아보기 위해 실험장치를 구성하고 측정한 데이터를 통해 가공 특성을 확인하였다. 실시간 연마과정을 체크하기 위하여 2 분 간격으로 총 10 분 연마를 실시하면서 표면 거칠기와 연마량을 측정하였다.
- 회전속도의 변화에 따른 파이프 내면의 표면 거칠기와 연마량의 변화를 파악하기 위하여 투입량을 8g 으로 하였으며, 연마액은 0.4 成를 투입하였다. 그리고 회전속도는 100~1300rpm 사이에서 300rpm 씩 간격을 두면서 실험을 실시하였다.
- 본 실험에서는 자기연마 전후 파이프 내면에 자성연마재의 잔류에 의한 측정오차를 줄이기 위하여 2 분씩 자기연마를 진행 후 파이프를 세척, 건조시킨 후 고정밀 분석용 전자저울(AUW220D, SHIMADZU)을 이용하여 가공전 .후의 무게차를 측정하여 연마량을 계산하였으며, 접촉석 표면거칠기 측정기(SJ400, MITUTOY))와 광학식 형 상측정 기 (VEECO WYKONT-1100)를 이 용하여 표면거 칠기 값을 측정하였다. Table 3 은 본 실험에서의 구체적인 실험조건이다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 실험 장치는 Fig. 1 과 같이 주축의 회전수가 0-2500 rpm 인 소형 선반을 개량한 것이다. 연마효율을 증대시키기 위하여 축 방향 왕복장치를 추가하였으며, 불활성기체 투입으로 연마특성을 파악하기 위하여 이르곤 가스 투입 장치를 추가하였다.
- 4 는 실험에 사용된 산화알루미늄이 부착된 자성연마입자와 전해철분의 형상을 보여준다. 실험에 사용된 시편은 열교환기에 사용되는 타이타늄 파이프이고 Fig. 5 와 같은 치수로 제작되었다. 파이프 내면의 초기 표면 거칠기 Ra 값은 0.
성능/효과
- 그리고 연마액을 미량만 투입하여도 연마량은 급격히 증가하는 것을 알 수 있다. 0.2 做의 투입만으로도 건식조건보다 우수한 향상 효과를 얻었고 0~4 분 사이에의 초기 단계에서는 0.4 皿를 투입하였을 때와 거의 같은 연마량을 얻었지만 연마가 진행됨에 따라 연마액의 휘발 등으로 인한 소모로 6 분 후에는 연마량이 급격히 하락하는 경향이 있었다. 연마액을 0.
- 1) 타이타늄 파이프의 내면 자기연마에서 투입량에 따라 연마량 및 표면거칠기에 영향이 있었으며, 투입량이 8g 일 때 연마량과 표면거칠기가 가장 우수하였다.
- 11 에 나타내었다. 1300rpm 을 제외하고 100~1000rpm 에서는 회전속도가 증가함에 따라 타이타늄 파이프 내면의 표면거칠기는 점차 향상하는 경향이 있었으며 이는 연마가공 속도가 증가할수록 가공효율이 증가하므로 표면거칠기가 개선되었다. 그러나 일정속도 이상(1300rpm)에서는 과 절삭으로 인해 스크래치가 보다 깊기 때문에 표면 거칠기가 개선되지 않았다고 판단된다.
- 12 는 자기연마가공 과정 중 파이프 내면에 아르곤 가스 투입과 미 투입 시의 연마량의 변화를 나타낸 것이다. 2 가지 가공조건에서 연마량은 차이가 있었으며, 아르곤 가스 사용으로 연마량이증가되는 경향을 보였다. 표면거칠기 값의 변화를 Fig.
- 2) 파이프의 회전속도가 증가함에 따라 연마량이 점차 증가하였으며 1300rpm 에서 연마량이 가장 많았다. 그렇지만 표면거칠기는 lOOOrpm 의 조건에서 가장 우수 하였다.
- 3) 연마액의 미량의 투입만으로 건식조건보다 연마 효과가 우수한 향상 효과를 얻었으며, 연마액의 투입량에 따라 연마량과 표면거칠기에 차이가 있었고 연마액의 투입량이 0.4 畝 일 때 가장 우수하였다.
- 4) 공기차단의 목적으로 불활성 기체 아르곤가스의 투입은 연마특성에 영향이 있었으며, 재료 제거량과 표면거칠기의 개선은 아르곤가스를 사용하지 않은 경우와 큰 차이는 없었지만 미소하게 향상 효과를 얻었다. 이는 극히 미소량으로 연마를 진행하여 표면을 개선하는 자기연마가공에서는 표면향상을 위하여 불활성 기체의 사용을 고려해볼 만한 사항이다.
- 9 에 나타내었다. 건식조건에서는 자기연마 후 타이타늄 파이프 내면의 표면 거칠기의 개선은 미미하였으며 연마액의 투입으로 인하여 표면거칠기는 우수한 개선 효과가 있음을 알 수 있다. 연마액 의 투입량이 0.
- 아르곤 가스의 사용으로 표면 거칠기는 아르곤 가스 미 사용시와 큰 차이는 없었지만 미소하게 향상되는 것을 관찰할 수 있었다. 그리고 비접촉식 표면거칠기 측정기를 통해 측정된 형상 값을 2D, 3D 로 도식화시킨 Fig. 14 에서도 아르곤 가스의 투입으로 미 투입 시 보다 표면 칠기가 개선되었음을 확인하였다.
- 회전속도가 증가함에 따라 100~1 OOOrpm 사이에서는 재료 제거량이 증가함에 따라 표면거칠기가 선형적으로 개선되다가 1300rpm 에서는 재료제거량이 증가했지만 표면거칠기가 보다 개선되지 않은 원인은 가공 초기에 요철부분의 비교적 높은 산봉우리들이 신속히 깎아지고 오목부분의 골에 채워져있던 연마 입자들이 보다 빠른 속도로 밀려나가고 또 채워지는 과정을 반복하여 골이 깊어짐으로써 가공 초기부터 재료제거량은 많지만 표면거칠기는 더는 개선되지 않았다고 판단된다. 그리고 전반적으로 가공이 진행됨에 따라 lOOOrpm 을 제외하고는 Ra 값은 0.1 ㎛이하로 개선되지 않았으며, 4 분 정도에서 최소값을 가지고 더는 개선되지 않았으며 6 분 정도까지 지속적으로 최소값을 유지하다가 8 분 후에는 악화되었다. 가공성 측면에서 고려하면 제료제거량이 많은 높은 회전속도가 좋지만, 표면 거칠기를 고려하면 빠른 시간내에 정밀가공면을 얻을 수 있는 lOOOrpm 으로 6분정도가 적 당하다.
- 4 m2의 투입량이 가장 우수하였는데 이는 재료 제거량 측면의 결과와 같다. 따라서 연마액의 투입량은 0.4 I戒가 최 적임을 알 수 있고, 가공 시간은 표면 거칠기 측면에서 고려하면 6 분정도가 최적임을 알 수 있다.
- 이는 과다한 분말의 사용은 절삭 거동을 저해하는 결과를 초래하기 때문이다. 실험을 통하여 8g 의 투입량 일 때 지속적으로 현저한 질량 감소를 확인할 수 있었는데 이는 총 투입량이 8g 일때 타이타늄 파이프 내면가공에서 가장 효과적임을 알 수 있다. 그리고 Fig.
- 13에 나타내었다. 아르곤 가스의 사용으로 표면 거칠기는 아르곤 가스 미 사용시와 큰 차이는 없었지만 미소하게 향상되는 것을 관찰할 수 있었다. 그리고 비접촉식 표면거칠기 측정기를 통해 측정된 형상 값을 2D, 3D 로 도식화시킨 Fig.
- 8 은 연마액의 투입량 변화에 따른 타이타늄 파이프 내면의 연마량의 변화를 보여준다. 연마액의 투입으로 인하여 건식(dry)조건에서보다 연마량은 현저히 증가하였으며 0.4 1沌 일 때 지속적인 연마량이 가장 우수하였다. 그리고 연마액을 미량만 투입하여도 연마량은 급격히 증가하는 것을 알 수 있다.
- 그렇지만 표면거칠기는 lOOOrpm 의 조건에서 가장 우수 하였다. 이는 회전속도가 일정 속도 이상으로 초과하면 연마량은 증가할 수 있지만 표면거칠기의 개선에는 오히려 악영향이 있음을 확인하였다.
- 6 은 혼합입자의 총 투입량 변화에 따른 연마량과 가공시간과의 관계이다. 총 투입량에 따른 연마량은 전체적으로 보면 0~4 분 사에서 초기 연마량은 투입량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이고 있으나 투입량이 10g 일 때는 4 분 후에는 연마량의 기울기가 점차 감소하는 경향이 있었다. 이는 과다한 분말의 사용은 절삭 거동을 저해하는 결과를 초래하기 때문이다.
- 변화이다. 혼합분말의 총 투입량과 상관없이 초기 0~2 분 사이는 초기의 요철 제거로 인하여 가공면의 표면거칠기 값은 모두 급격히 개선되었으며 혼합분말의 투입 량이 8g 일 때 4 분 부근에서 표면거칠기 값은 0.1 ㎛ 이하로 개선되었고, 6g 일 때는 8 분 부근에서 0.1 ㎛ 이하로 개선되었으며, 4g 과 10g 일 때는 가공시간이 길어져도 0.1 ㎛ 이하로는 개선되지 않았다. 가공성 측면에서는 시간이 길어지면 재료제거량은 점차 많아지지만 효율적으로 정밀가공면을 얻기 위하여 표면 거칠기를 고려하면 혼합분말의 투입량은 8g 으로 6 분 정도가 적당하다.
- 그러나 일정속도 이상(1300rpm)에서는 과 절삭으로 인해 스크래치가 보다 깊기 때문에 표면 거칠기가 개선되지 않았다고 판단된다. 회전속도가 증가함에 따라 100~1 OOOrpm 사이에서는 재료 제거량이 증가함에 따라 표면거칠기가 선형적으로 개선되다가 1300rpm 에서는 재료제거량이 증가했지만 표면거칠기가 보다 개선되지 않은 원인은 가공 초기에 요철부분의 비교적 높은 산봉우리들이 신속히 깎아지고 오목부분의 골에 채워져있던 연마 입자들이 보다 빠른 속도로 밀려나가고 또 채워지는 과정을 반복하여 골이 깊어짐으로써 가공 초기부터 재료제거량은 많지만 표면거칠기는 더는 개선되지 않았다고 판단된다. 그리고 전반적으로 가공이 진행됨에 따라 lOOOrpm 을 제외하고는 Ra 값은 0.
- 10 은 회전속도의 변화에 따른 가공 시간과 연마량과의 관계이다. 회전속도가 증가함에 따라 연마량은 증가하는 경향이 있었으며 1300rpm 에서 0~6 분 사이에 초기 제거량이 가장 많았으며 6 분 이후에는 기울기에서 알 수 있듯이 시간당 연마량이 감소하였다. 1 OOOrpm 에서 는 초기 제거 량이 1300rpm 에서보다 적었지만 시간당 연마량이 비교적 일정하였다.
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