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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 절삭가공 조건에 따른 Al7075-T6 소재의 변화를 파악하기 위해 이송속도, 절삭깊이, 절삭속도에 따라 변하는 절삭력, 표면조도 측정 및 각 조건에서 생성되는 변질층을 광학현미경을 이용한 조직사진 촬영과 나노인덴터 경도법으로 확인하게 된다.
제안 방법
- Micro vickers hardness tester(MXT-α)를 사용하여 하중을 경도기 최소값인 10gf로 하였고 가공면을 기준으로 10㎛ 깊이(In)와 그 아래(Out)의 두 구간을 측정하였다.
- Minitab을 이용한 반응표면법으로 실험계획을 하여 Table 2에 제시된 실험조건에서 실험을 수행하였고, 시편형상은 Fig. 2에 보이는 바와 같이 실린더형 소재를 5단으로 나누었다.
- 가공시 나타나는 변질층 혹은 경화층을 확인하기 위하여 폴리싱과 에칭을 한 후 광학현미경(Nikon Epipht 200, Max x1000)으로 조직사진을 확인하고, 마이크로 비커스 경도기(AMXT-α)와 나노인덴 터(MTS)로 변질층의 경도 및 두께를 확인하였다.
- 가공조건 변화에 따른 절삭력, 표면조도에 대한 실험 후, 가공변질층 확인을 위해 시편표면을 0.1mm 정삭하여 면을 치고 이송속도를 0.049, 0.080, 0.098, 0.123, 0.148(mm/rev)로 나누어 가공조건에 따른 가공변질층 평가 실험을 하였다.
- (a)～(c)에서는 부분적으로 10㎛ 내외의 변질층이 생긴 것을 확인할 수 있었고, (d), (e)에서는 앞선 (a)～(c)보다 깊은 층이 보이고 깊이는 일정하지는 않음을 알 수 있다. 광학현미경으로 조직 사진 관찰후 경도를 확인하기 위하여 다시 폴리싱 작업을 하였다. Micro vickers hardness tester(MXT-α)를 사용하여 하중을 경도기 최소값인 10gf로 하였고 가공면을 기준으로 10㎛ 깊이(In)와 그 아래(Out)의 두 구간을 측정하였다.
- 따라서, 절삭력실험에서 가장 큰 주효과도를 보인 이송속도를 변수로 두어 가공변질층 평가 실험을 하였다. 가공시 나타나는 변질층 혹은 경화층을 확인하기 위하여 폴리싱과 에칭을 한 후 광학현미경(Nikon Epipht 200, Max x1000)으로 조직사진을 확인하고, 마이크로 비커스 경도기(AMXT-α)와 나노인덴 터(MTS)로 변질층의 경도 및 두께를 확인하였다.
- 8R, 코너각 55°, 절입각 90°의 알루미늄 절삭전용 인서트팁을 사용하였다. 또한 가공변질층 혹인 경화층 확인을 위하여 광학현미경과 마이크로 비커스 경도 및 나노인덴터를 사용한 실험을 하였다.
- 2의 하중을 가하여 15회 경도 측정을 하였다. 마운팅은 Black bakelite powder를 사용하여 열 간으로 하였고 현식연마용 연마지 #800, #1000, #1500, #2000, #2400을 사용하여 연마한 후 다이아몬드 페이스트로 3㎛, 1㎛까지 사용하여 폴리싱을 마무리 하였다. 에칭액으로는 증류수 50%, 질산 15%, 염산 25%, 불산 10%로 선정하여 약 10초간 부식하였고, 변질층의 조직사진을 가시적으로 확인하기 위하여 광학현미경(Epiphot 200, Nikon)을 사용하여 x500, x1000배율로 확인하였다.
- 실험시 사용되었던 소재를 링모양으로 절단한 후 Micro vickers hardness tester로 Hv 0.2의 하중을 가하여 15회 경도 측정을 하였다. 마운팅은 Black bakelite powder를 사용하여 열 간으로 하였고 현식연마용 연마지 #800, #1000, #1500, #2000, #2400을 사용하여 연마한 후 다이아몬드 페이스트로 3㎛, 1㎛까지 사용하여 폴리싱을 마무리 하였다.
- 알루미늄 소재의 절삭성을 실험하기 위해 실험장치를 Fig. 1과 같이 구성하여, 절삭력 및 표면조도 측정에 사용된 장치들을 나타내었다. 본 실험에 사용한 재료는 Al7075-T6로서 성분분포는 Table 1에 나타내었다.
- 알루미늄 합금(Al7075-T6)의 가공성 평가를 통하여 절삭속도, 절삭깊이, 이송속도변화에 따른 절삭력, 표면조도, 가공변질층에 대한 특성을 다음과 같이 얻었다.
- 마운팅은 Black bakelite powder를 사용하여 열 간으로 하였고 현식연마용 연마지 #800, #1000, #1500, #2000, #2400을 사용하여 연마한 후 다이아몬드 페이스트로 3㎛, 1㎛까지 사용하여 폴리싱을 마무리 하였다. 에칭액으로는 증류수 50%, 질산 15%, 염산 25%, 불산 10%로 선정하여 약 10초간 부식하였고, 변질층의 조직사진을 가시적으로 확인하기 위하여 광학현미경(Epiphot 200, Nikon)을 사용하여 x500, x1000배율로 확인하였다.
- 본 실험에 사용한 재료는 Al7075-T6로서 성분분포는 Table 1에 나타내었다. 절삭실험은 건식 절삭가공을 적용하여, 가공조건에 따른 Al7075-T6 가공특성변화를 파악하였다. 절삭실험을 위하여 범용선반(Lathe, Namsun hi-tech, 600x2000) 을 사용하였고, 튜브 소재의 두께를 고려하여 선반의 최대 절삭 속도를 450m/min로 설정하였다.
- 절삭실험은 건식 절삭가공을 적용하여, 가공조건에 따른 Al7075-T6 가공특성변화를 파악하였다. 절삭실험을 위하여 범용선반(Lathe, Namsun hi-tech, 600x2000) 을 사용하였고, 튜브 소재의 두께를 고려하여 선반의 최대 절삭 속도를 450m/min로 설정하였다. 공구는 인선반경 0.
- 표면조도는 매 실험마다 측정하였고, 컷오프 값(Cut Off)은 2.5mm로 중심선 평균 거칠기(Ra)를 측정하였다.
대상 데이터
- 공구는 인선반경 0.8R, 코너각 55°, 절입각 90°의 알루미늄 절삭전용 인서트팁을 사용하였다.
- 1과 같이 구성하여, 절삭력 및 표면조도 측정에 사용된 장치들을 나타내었다. 본 실험에 사용한 재료는 Al7075-T6로서 성분분포는 Table 1에 나타내었다. 절삭실험은 건식 절삭가공을 적용하여, 가공조건에 따른 Al7075-T6 가공특성변화를 파악하였다.
성능/효과
- (1) 절삭력과 비절삭저항에 대한 이송속도의 영향이 두드러지는 것을 확인하였고 이는 Al7075-T6 선삭가공시 이송속도가 미치는 영향이 큰 것을 알 수 있다.
- (2) Al7075-T6 소재의 선삭가공시 이송량 0.08mm/rev에서 절삭력이 상대적으로 낮게 나오며, 이는 일반적으로 이송량이 작을수록 낮아지는 절삭력 경향과 다른 특징으로 보여진다. 또한, 같은 소재제거율을 가지는 절삭조건이라면 이송속도가 낮은 조건을 택하는 것이 표면조도 측면에서는 유리하다.
- (3) 가공면의 가공변질층은 전체적으로 페라이트(Ferrite) 조직으로 관 찰되었으며, 이송속도의 증가에 따라, 변질층의 경도는 감소하는 현상을 확인하였다.
- 13에 나타냈다. 이송속도 별로 나누어 표면조도를 측정한 결과, 이송속도가 증가함에 따라 표면조도는 증가하였다.
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