[논문]다구찌법에 의한 STD11의 와이어방전가공에서 표면거칠기에 관한 연구

최만성

다구찌법에 의한 STD11의 와이어방전가공에서 표면거칠기에 관한 연구
A Study on Surface Roughness in Wire Electrical Discharge Machining of STD11 based on Taguchi method 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.13 no.3, 2014년, pp.7 - 11

Abstract ▼ AI-Helper

The experimental analysis presented aims at the selection of the most optimal machining parameter combination for wire electrical discharge machining (WEDM) of STD11. Based on the Taguchi experimental design ($L_{27}$ orthogonal array) method, a series of experiments were performed by considering time-on, voltage, time-off, wire speed, and flow rate as input parameters. The surface roughness was considered responses. Based on the signal-to-noise (S/N) ratio, the influence of the input parameters on the responses was determined. The optimal machining parameters setting for the minimum surface roughness was found using Taguchi methodology. In order to investigate the effects of process parameters on the surface machined by WEDM, Several experiments are conducted to consider effects of time-on, voltage, time-off, wire speed and flow rate on the surface roughness. Analysis of variance (ANOVA) as well as regression analysis are performed on experimental data. The best results of surface roughness were obtained at higher voltage, lower wire speed, and lower time-on.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

와이어 방전가공에 관련된 문헌을 살펴보면, Hewidy et al[6]은 인코넬601을 사용하여 다양한 가공변수의 상호관계를 반응표면분석법으로 구하였고, Prasad와 Gopalakrishna[7]은 다중목적 유전자 알고리듬을 응용하여 반응표면법을 모델링하고 최적화된 반응을 구하였다. 본 연구에서는 다구찌의 직교배열법[8-12]에 의한 모델을 설정하고 공정변수들이 표면거칠기에 미치는 영향을 알아보았다.

제안 방법

실험방법으로는 STD11을 너비 방향으로 직선 절삭하여 두께 3 mm의 시편을 27개를 제작하여 실험을 하였다. 방전가공 시 피삭재가 떨리는 현상을 방지하기 위해 베드에 피삭재를 단단히 고정하였고, 피삭재의 위, 아래 분무압이 같도록 Z축의 높이를 조정하였다. 방전가공 시 표면거칠기(Ra)는 표면거칠기 측정기를 사용하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용한 와이어 방전 가공기는 두산기계의 고정밀 침전식 와이어 방전기 모델W600 SP이고, 그 제원은 Table 1과 같다.
사용된 와이어는 φ 0.25 mm의 황동선이며, 시편은 합금공구강인 STD11이다.
치수는 20 × 10 × 240 (mm)이다. 실험방법으로는 STD11을 너비 방향으로 직선 절삭하여 두께 3 mm의 시편을 27개를 제작하여 실험을 하였다. 방전가공 시 피삭재가 떨리는 현상을 방지하기 위해 베드에 피삭재를 단단히 고정하였고, 피삭재의 위, 아래 분무압이 같도록 Z축의 높이를 조정하였다.
2는 실험에 사용된 와이어 방전가공기의 본체를 나타내었다. 실험에 사용된 금형재료는 프레스 금형의 펀치와 다이스 및 다이캐스트 압출다이스로 널리 사용되는 합금강인 STD11을 사용하였다. Table 2는 STD11의 기계적 성질에 대한 값을 나타낸 것이다.

데이터처리

정규확률도에서 점들이 대부분 직선에 떨어지면 정규성 가정이 만족한다고 판정한다. 그리고 정규성을 검정하는 통계적 방법으로 여러 가지가 있으나, 여기서는 Anderson-Darling 검정을 사용하였다. 이 검정은 경험적 누적분포함수를 기초로 한 검정방법으로 분포의 높은 값과 낮은 값들에서 정규성으로부터 이탈을 탐지하는데 특히 효과적 이다.
다중회귀분석(multiple regression analysis)은 2개 이상의 예측변수와 1개의 반응변수와의 관계를 직선으로 가정하는 회귀분석을 말한다. 회귀함수가 얼마나 유효 한가는 분산분석표를 작성 하여 t-검정을 실시하거나, 실험에서 얻어지는 총 편차의 제곱 합과 회귀제곱 합으로부터 구해지는 결정계수 R²을 이용하여 평가한다. 각 인자들로부터 표면거칠기를 예측하기 위한 방법으로 Table 5의 자료를 이용하여 아래의 식 (1)과 같은 다중회귀식(multiple regression equation)을 얻었다.

이론/모형

본 연구에서 Taguchi법을 이용하여 STD11을 피삭재로 사용하여 와이어방전가공을 하였다. 이에 따른 표면 거칠기의 영향을 분석한 결과, 방전가공의 공정변수에 따른 표면거칠기는 정규분포를 따랐다.
방전가공 시 표면거칠기(Ra)는 표면거칠기 측정기를 사용하였다. 실험조건으로서는 Table 4와 같은 직교 배열법에 따라 실험을 하였다.

성능/효과

이에 따른 표면 거칠기의 영향을 분석한 결과, 방전가공의 공정변수에 따른 표면거칠기는 정규분포를 따랐다. 표면거칠기를 가장 양호하게하는 공정변수의 조건 은 높은 방전전압, 낮은 와이어의 이송속도 및 짧은 방전시간일수록 양호하였다. 향후 가공재료에 따른 정상적인 공정조건과 비정상적인 공정조건을 마하라노비스-다구찌 시스템으로 분석하여 가공재료에 따른 와이어방전의 기공공정을표준화할 필요가 있다.

후속연구

표면거칠기를 가장 양호하게하는 공정변수의 조건 은 높은 방전전압, 낮은 와이어의 이송속도 및 짧은 방전시간일수록 양호하였다. 향후 가공재료에 따른 정상적인 공정조건과 비정상적인 공정조건을 마하라노비스-다구찌 시스템으로 분석하여 가공재료에 따른 와이어방전의 기공공정을표준화할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	와이어방전가공기의 본체 부분은 어떻게 분류할 수 있는가?	Fig. 2와 같이 와이어방전가공기의 본체 부분은 XY테이블 부분, 와이어 전극의 구동부분, 헤드부분, 칼럼(column)부분, 가공액 탱크부분 등으로 분류된다. XY테이블 부분은 피가공물을 고정하여 와이어전극에 대하여 상대운동을 시키는 부분으로서 일반적으로 테이블 구동부분이 있고 이 구동부분과 보통 볼스크루가 사용되는 이송나사가 연결되어 고정도 부품인 롤러 가이드(roller guide)를 따라서 X축과 Y축 방향으로 이동 한다.
	금형산업이란?	금형산업은 반도체, 자동차, 가전, 항공우주선업 등산업사회 전반에 걸쳐서 고품질, 낮은 가격으로 대량생 산할 수 있는 생산빙식이다. 이 금형생산에서 와이어 방전가공은 비 절삭가공으로 1940년대 후반 부터 활용 되어져 왔다[1-4].
	와이어 방전가공은 어디에 전반적으로 활용되어 왔는가?	이 금형생산에서 와이어 방전가공은 비 절삭가공으로 1940년대 후반 부터 활용 되어져 왔다[1-4]. 이 가공법은 반도체, 자동차, 의료기기, 플라스틱 사출금형, 다이캐스팅, 성형 다이스 등을 생산하는 산업체 등에서 전반적으로 활용되어 왔다[5]. 아울러 재료과학의 응용분 야에 있어서는 우수한 기계적 성질과 열적인 특성, 만족할만한 전 기 전도율을 갖고 있는 금속재료, 복합재료 및 세라믹 재료의 가공에도 널리 이용되고 있다. 와이어 방전가공에 관련된 문헌을 살펴보면, Hewidy et al[6]은 인코넬601을 사용하여 다양한 가공변수의 상호관계를 반응표면분석법으로 구하였고, Prasad와 Gopalakrishna[7]은 다중목적 유전자 알고리듬을 응용하여 반응표면법을 모델링하고 최적화된 반응을 구하였다.

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