초음파 가공(Ultrasonic Machining:USM)은 새로운 기계가공기술 분야 중의 하나이다. 초음파 가공 과정은 비열, 비화학, 그리고 비전도의 방법이기 때문에 공작물 재료의 물리적, 화학적 변화가 없다. 이러한 특성으로 인해 초음파 가공기술은 유리, 세라믹 등과 같은 취성재료의 가공에 적합하다. 그러나 단점으로는 초음파 진동을 이용하여 취성재료를 가공하는 경우 크랙이 빈번하게 발생한다. 본 논문에서는 유리와 세라믹의 미세 구멍가공에서 다구찌 방법을 이용하여 크랙발생을 최소화하는 최적의 가공조건을 얻고자 하였다. 이를 통해 공작물의 입구 및 출구에서 발생하는 크랙 현상을 감소시켰다.
초음파 가공(Ultrasonic Machining:USM)은 새로운 기계가공기술 분야 중의 하나이다. 초음파 가공 과정은 비열, 비화학, 그리고 비전도의 방법이기 때문에 공작물 재료의 물리적, 화학적 변화가 없다. 이러한 특성으로 인해 초음파 가공기술은 유리, 세라믹 등과 같은 취성재료의 가공에 적합하다. 그러나 단점으로는 초음파 진동을 이용하여 취성재료를 가공하는 경우 크랙이 빈번하게 발생한다. 본 논문에서는 유리와 세라믹의 미세 구멍가공에서 다구찌 방법을 이용하여 크랙발생을 최소화하는 최적의 가공조건을 얻고자 하였다. 이를 통해 공작물의 입구 및 출구에서 발생하는 크랙 현상을 감소시켰다.
Ultrasonic machining (USM) is a new method used in metal cutting. This process does not involve heating or any electrochemical effects, causes low surface damage, has small residual stress, and does not rely on the conductivity of the workpiece. These characteristics are suitable for the machining o...
Ultrasonic machining (USM) is a new method used in metal cutting. This process does not involve heating or any electrochemical effects, causes low surface damage, has small residual stress, and does not rely on the conductivity of the workpiece. These characteristics are suitable for the machining of brittle materials such as glass or ceramics. However, the use of USM for brittle materials generates cracks on the workpiece. Therefore, in this study, Taguchi's method was used to optimize the processing conditions of micro holes drilled in glass and ceramics. This method was used to successfully reduce the number of cracks at the entrance and the exit of the micro holes.
Ultrasonic machining (USM) is a new method used in metal cutting. This process does not involve heating or any electrochemical effects, causes low surface damage, has small residual stress, and does not rely on the conductivity of the workpiece. These characteristics are suitable for the machining of brittle materials such as glass or ceramics. However, the use of USM for brittle materials generates cracks on the workpiece. Therefore, in this study, Taguchi's method was used to optimize the processing conditions of micro holes drilled in glass and ceramics. This method was used to successfully reduce the number of cracks at the entrance and the exit of the micro holes.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 유리와 세라믹의 미세 구멍 가공에서 입구 및 출구에서 발생하는 크랙 또는 미소 치핑을 감소하기 위한 가공조건을 실험설계와 다구찌 방법을 통하여 최적화 하고자 한다.
SN비는 목적함수, 즉 특성치에 의해 그 정의가 달라지게 되는데 특성치는 망목(normal is best), 망소(lower is better), 망대(higher is best)특성으로 나뉘어진다. 본 연구에서 크랙이 작을 수록 좋은 망소 특성임으로 망소특성 분석에 준하여 실험하였다.
5에서는 유리와 세라믹의 SN비에 대해 각각 분석하였다. 즉, 인자들의 영향이 서로 다른 재료에 대해 어떻게 미치는지를 파악함이 목적이다.
제안 방법
SN비에 대한 주 효과도의 분석을 통하여 초음파 퍼워(50%), 이송속도(5 um/s), 공구 길이(13 mm),왁스 코팅(Bottom)의 최적 가공조건을 찾았다. 그리고 Table 4에서와 같이 크랙에 가장 큰 영향을 주는 인자는 왁스 코팅으로 나타났다.
Soda lime glass 및 Alumina ceramic 재료에 대한예비실험을 통하여 초음파 가공에서 크랙에 영향을 미칠 수 있는 인자 및 수준을 선정하였고, 이를 Table 1에 나타내었다. 공구는 직경 1 mm 의 환봉으로 하였다.
실험을 통하여 얻어진 최적의 가공조건에 대한 검증 실험을 실시하였다. Table 5에는 검증 실험결과를 나타냈고, Fig.
데이터처리
가공된 구멍의 크랙은 SEM 을 이용하여 측정하였으며 Table 3 의 측정 결과값은 측정 값의 평균값이다.
이론/모형
(7) 구멍가공에서의 치핑을 방지하기 위해 Pei 등은 회전 초음파 가공에서 세라믹 복합재료의 경우에 대해 실험계획법의 사용 가능성에 대해 연구하였다.(8,9) 동일한 목적으로 유한요소법 및 실험을 적용하였다. 그러나 이 연구는 회전 초음파의 경우이고, 일반 초음파 가공의 경우 연구가 거의 없었다.
다구찌방법의 강건설계는 제어할 수 있는 영향력이 큰 인자를 찾아내어 이 인자들의 영향력을 최대로 하여 잡음의 영향력을 최소로 하는 것이다. 교란인자의 영향으로부터 품질을 강건하게 유지하기 위하여 SN비(signal to noise ratio)를 사용한다. SN비는 신호대 잡음의 비율을 뜻하는 것으로 신호입력의 힘과 잡음이 주는 영향의 힘의 비율로서 나타낸다.
실험계획법에서 직교배열표를 사용하는 이유는 재현성, 바람직한 최적조건 결정 및 안정성에 대한 평가와 실험의 크기를 확대시키지 않고도 실험에 많은 인자를 넣을 수 있다는데 있다. 본 실험에서 총 9번의 실험횟수를 가지는 4인자 3수준계 직교배열표(L934)를 적용하였다.
따라서 실험횟수를 최소화하고 외부 교란인자가 작용해도 일정한 구멍이 가공되도록 할 필요가 있다. 이를 위해 다구찌 실험법을 이용하여 실험을 한다.
초음파 가공에서 최적조건을 도출하기 위하여 Minitab을 이용하였다. Minitab을 통해서 Table 3의각 인자와 수준의 효과를 구했다.
초음파 진동을 이용하여 취성재료인 유리와 세라믹을 가공할 때 크랙을 줄이는 최적의 조건을 탐색하기 위하여 본 논문에서는 다구찌 실험법을 적용하였다.
성능/효과
유리 가공에서는 초음파 파워 수준에 대한 SN비는 값이 비슷하였고, 세락믹 가공에서 초음파 파워 수준에 대한 SN비의 값이 많은 차이를 보였다. 다른 조건인 이송속도, 공구 길이, 왁스 코팅의 3 인자는 재료의 종류에 따라서 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
미세 구멍을 가공하기 위한 방법에는 무엇이 있는가?
특히 고강도와 고경도를 가진 소재에 대한 미세가공의 필요성이 증가하고 있다. 미세 형상중에서는 미세 구멍 가공이 대부분이며, 미세 구멍을 가공하기 위한 방법으로는 방전 가공, 전해 가공, 레이저 가공, 초음파 가공 등의 방법이 있다. 이 중에서 특히 초음파 가공법은 유리, 세라믹 등과 같은 취성 재료나 비전도성 재료들을 가공하는데 적합한 방법이다.
초음파 가공기술의 단점은 무엇인가?
이러한 특성으로 인해 초음파 가공기술은 유리, 세라믹 등과 같은 취성재료의 가공에 적합하다. 그러나 단점으로는 초음파 진동을 이용하여 취성재료를 가공하는 경우 크랙이 빈번하게 발생한다. 본 논문에서는 유리와 세라믹의 미세 구멍가공에서 다구찌 방법을 이용하여 크랙발생을 최소화하는 최적의 가공조건을 얻고자 하였다.
SN비를 결정하는 특성치는 어떻게 분류되는가?
SN비는 목적함수, 즉 특성치에 의해 그 정의가 달라지게 되는데 특성치는 망목(normal is best), 망소(lower is better), 망대(higher is best)특성으로 나뉘어진다. 본 연구에서 크랙이 작을 수록 좋은 망소 특성임으로 망소특성 분석에 준하여 실험하였다.
참고문헌 (11)
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