자기연마가공은 연마입자와 자성입자를 혼합한 공구의 유연성을 이용하여, 공작물 표면을 폴리싱하는 특수가공법이다. 기존 연구의 대부분은 가공 정밀도를 향상시키기 위해서 연마입자의 크기를 달리 하는 것에 관한 내용들이다. 그러나 자기연마 가공에서는 연마입자의 크기뿐만 아니라, 자성입자의 크기도 가공에 많은 영향을 미칠 것으로 판단되며 이에 대한 연구가 반드시 필요하다. 따라서 본 연구에서는 크기가 다른 자성입자들을 사용하여 자기연마가공의 효과를 평가하였다. 자성입자는 철분말을 사용하였으며, 직경이 평균 8, 78, $250{\mu}m$의 크기이다. 공작물의 표면거칠기 향상 정도를 비교하여 자성입자의 크기가 자기연마가공의 정밀도에 미치는 효과를 평가하였다. 자성입자의 크기는 표면거칠기의 향상에 많은 영향을 미치며, 직경이 $78{\mu}m$일 때 가장 좋은 표면거칠기의 향상을 나타내었다.
자기연마가공은 연마입자와 자성입자를 혼합한 공구의 유연성을 이용하여, 공작물 표면을 폴리싱하는 특수가공법이다. 기존 연구의 대부분은 가공 정밀도를 향상시키기 위해서 연마입자의 크기를 달리 하는 것에 관한 내용들이다. 그러나 자기연마 가공에서는 연마입자의 크기뿐만 아니라, 자성입자의 크기도 가공에 많은 영향을 미칠 것으로 판단되며 이에 대한 연구가 반드시 필요하다. 따라서 본 연구에서는 크기가 다른 자성입자들을 사용하여 자기연마가공의 효과를 평가하였다. 자성입자는 철분말을 사용하였으며, 직경이 평균 8, 78, $250{\mu}m$의 크기이다. 공작물의 표면거칠기 향상 정도를 비교하여 자성입자의 크기가 자기연마가공의 정밀도에 미치는 효과를 평가하였다. 자성입자의 크기는 표면거칠기의 향상에 많은 영향을 미치며, 직경이 $78{\mu}m$일 때 가장 좋은 표면거칠기의 향상을 나타내었다.
Magnetic Abrasive Polishing (MAP) process is a nontraditional method for polishing the surface of workpiece by using the flexibility of tool. At present, a mixture of polishing abrasives and ferrous particles is used as the tool in the MAP process. Previously, an experiment was conducted with differ...
Magnetic Abrasive Polishing (MAP) process is a nontraditional method for polishing the surface of workpiece by using the flexibility of tool. At present, a mixture of polishing abrasives and ferrous particles is used as the tool in the MAP process. Previously, an experiment was conducted with different sizes of polishing abrasives with an aim to improve the polishing accuracy. However, the sizes of ferrous particles are also expected to have a dominant effect on the process, warranting a study on the effect of the size of ferrous iron particles. In this study, an experiment was conducted using three different sizes of ferrous particles. Iron powder of average diameters 8, 78 and $250{\mu}m$ was used as ferrous particles. The effect of each ferrous particle size was evaluated by comparing the improvements in surface roughness. The particle size of a ferrous iron was found to play a significant role in MAP and particles of $78{\mu}m$ facilitated the best improvement in surface roughness.
Magnetic Abrasive Polishing (MAP) process is a nontraditional method for polishing the surface of workpiece by using the flexibility of tool. At present, a mixture of polishing abrasives and ferrous particles is used as the tool in the MAP process. Previously, an experiment was conducted with different sizes of polishing abrasives with an aim to improve the polishing accuracy. However, the sizes of ferrous particles are also expected to have a dominant effect on the process, warranting a study on the effect of the size of ferrous iron particles. In this study, an experiment was conducted using three different sizes of ferrous particles. Iron powder of average diameters 8, 78 and $250{\mu}m$ was used as ferrous particles. The effect of each ferrous particle size was evaluated by comparing the improvements in surface roughness. The particle size of a ferrous iron was found to play a significant role in MAP and particles of $78{\mu}m$ facilitated the best improvement in surface roughness.
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문제 정의
자기연마가공에서 공구로 작용하는 브러시의 형상은 표면거칠기의 개선에 매우 중요한 역할을 하게 된다. 따라서 본 연구에서는, 자성입자의 크기에 따른 브러시의 형상변화를 평가하였다. 실험조건에서 자기장의 세기는 일정하므로, 자성입자의 크기가 클수록 자성입자들 사이의 인력은 커지게 된다.
본 논문에서는 금형강 소재인 SKD-11의 자기연마 가공시 연마입자의 크기뿐만 아니라, 자성입자의 크기가 표면거칠기의 향상에 미치는 효과를 평가하고자 한다.
본 연구에서는 철 분말을 자성입자로 사용한 자기연마가공에서 자성입자의 크기가 공작물의 표면 거칠기 향상에 미치는 영향을 평가하여, 다음과 같은 결론을 얻었다.
자기연마에서 자성입자인 철 분말의 크기가 표면거칠기의 향상에 미치는 영향을 평가하였다. 실험에 사용된 입자는 Table 1과 같이 평균 8, 78, 250㎛ 크기의 자성 철 분말과 4, 8㎛ 직경의 GC(Green carbide) 연마입자를 1:2의 무게비로 단순 혼합하고 이에 오일을 첨가하여 제조하였다.
가설 설정
(3) 이러한 원리를 이용한 것이 자기연마 가공이다. 자기 연마가공에서는 연마공구가 자성입자를 구속하게 된다.
제안 방법
실험방법은 각 조건으로 혼합한 연마입자를 부착시킨 자기연마 공구를 회전수 1600rpm, 이송속도 100mm/min으로 20분간 가공하였다. 가공 전과 후에 SKD-11의 표면거칠기 값을 측정하여 가공효과를 비교하였다. 또한 연마입자의 종류에 따른 결과를 평가하기 위해 같은 실험조건에서 GC, WA 와 CBN 으로 추가실험을 진행하였다.
가공 전과 후에 SKD-11의 표면거칠기 값을 측정하여 가공효과를 비교하였다. 또한 연마입자의 종류에 따른 결과를 평가하기 위해 같은 실험조건에서 GC, WA 와 CBN 으로 추가실험을 진행하였다. 추가실험은 실험계획법의 직교 배열표에 따라 실시하였으며, 분산분석을 통해 각 인자가 표면거칠기에 미치는 영향을 평가하였다.
실험방법은 각 조건으로 혼합한 연마입자를 부착시킨 자기연마 공구를 회전수 1600rpm, 이송속도 100mm/min으로 20분간 가공하였다. 가공 전과 후에 SKD-11의 표면거칠기 값을 측정하여 가공효과를 비교하였다.
실험계획법의 인자와 그 수준은 Table 3 과 같이 구성하였고, L18(2132)의 직교 배열표에 따라 실험을 수행하였다. 표면거칠기 향상은 그 값들이 클수록 좋으므로 S/N비의 계산식은 망대특성을 이용하여 계산하였다. 실험에서 얻어진 표면 거칠기 향상 정도와 이로부터 계산된 S/N비는 Table 4와 같다.
대상 데이터
실험조건은 Table 2에서 나타낸 것과 같다. 실험에 사용된 소재는 SKD-11으로 초기 평균 표면거칠기는 0.9 ㎛이다. 공구 끝단에서 측정한 자속밀도는 60mT, 공구와 공작물 사이의 간극은 1mm이다.
자기연마에서 자성입자인 철 분말의 크기가 표면거칠기의 향상에 미치는 영향을 평가하였다. 실험에 사용된 입자는 Table 1과 같이 평균 8, 78, 250㎛ 크기의 자성 철 분말과 4, 8㎛ 직경의 GC(Green carbide) 연마입자를 1:2의 무게비로 단순 혼합하고 이에 오일을 첨가하여 제조하였다. 실험조건은 Table 2에서 나타낸 것과 같다.
데이터처리
또한 연마입자의 종류에 따른 결과를 평가하기 위해 같은 실험조건에서 GC, WA 와 CBN 으로 추가실험을 진행하였다. 추가실험은 실험계획법의 직교 배열표에 따라 실시하였으며, 분산분석을 통해 각 인자가 표면거칠기에 미치는 영향을 평가하였다.
이론/모형
연마입자의 종류에 따른 가공효율을 평가하기 위하여 실험계획법을 적용하였다. 실험계획법의 인자와 그 수준은 Table 3 과 같이 구성하였고, L18(2132)의 직교 배열표에 따라 실험을 수행하였다.
성능/효과
(1) 자성입자로 직경 8, 78, 250㎛인 세 가지 크기의 철 분말을 사용하였을 때, 78㎛의 철 분말이 표면거칠기의 향상에 가장 우수하였다.
(2) 자성입자의 크기에 따른 브러시의 형상변화에서, 78 ㎛의 철 분말을 사용하였을 때가 브러시 내의 자기력과 부착력이 적절하게 작용하는 것을 확인하였다.
(3) 실험계획법과 분산분석을 사용한 특성평가에서 자성입자의 크기가 표면거칠기의 향상에 가장 많은 영향을 미침을 확인하였다.
각 인자의 최적조합은 Fig. 8의 결과로부터 연마 입자의 크기가 4㎛, 연마입자의 종류는 WA, 철 분말의 크기가 78㎛일 때 가장 많은 표면거칠기 향상을 얻을 수 있다.
7은 각 인자가 표면거칠기 향상에 미치는 기여율(Contribution)을 인자의 제곱평균 값을 이용하여 나타내었다. 결과를 살펴보면 자성입자의 크기가 표면거칠기의 향상에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있다. 또한, 연마입자의 종류는 자기연마가공에서 표면거칠기 향상에 그다지 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
결과를 살펴보면 자성입자의 크기가 표면거칠기의 향상에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있다. 또한, 연마입자의 종류는 자기연마가공에서 표면거칠기 향상에 그다지 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
자성입자의 크기 차이에 따라 표면거칠기의 개선정도가 달라짐을 알 수 있다. 자성입자 8㎛를 사용하였을 때는 표면거칠기 값이 0.07㎛의 향상되었으며, 250㎛의 자성입자 사용하였을 때는 표면거칠기가 0.09㎛ 향상 되었다. 이에 반해, 78㎛의 자성입자를 사용하였을 때는 표면거칠기 값이 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자기연마가공이란 무엇인가?
자기연마가공은 연마입자와 자성입자를 혼합한 공구의 유연성을 이용하여, 공작물 표면을 폴리싱하는 특수가공법이다. 기존 연구의 대부분은 가공 정밀도를 향상시키기 위해서 연마입자의 크기를 달리 하는 것에 관한 내용들이다.
자기연마 가공의 원리는 무엇인가?
철심에 코일을 감고, 코일에 전류를 인가하면 패러데이의 법칙(Faraday’s law)에 의해 자기력이 발생하여 철심은 자석의 성질을 띄게 된다. (3) 이러한 원리를 이용한 것이 자기연마 가공이다.
SKD-11 금형강의 장점은 무엇인가?
이에 따라 난삭 재료들의 가공기술에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 그 중 SKD-11 금형강은 우수한 가공성과 높은 표면경도, 화학적 안정성 등의 장점으로 정밀금형에 적합하여 사출성형, 프레스성형 등에서 많이 사용되는 소재이다. (1) 이런 소재의 가공은 주로 연삭가공에 의해 이루어지는데 금형의 복잡한 형상 때문에 연삭숫돌의 제작이 어렵고, 일반적인 연삭가공으로는 균일한 표면을 얻기가 매우 힘들다.
참고문헌 (7)
Wen, D. C., 2009, "Microstructure and Corrosion Resistance of the Layers Formed on the Surface of Precipitation Hardenable Plastic Mold Steel by Plasma-Nitriding," Applied Surface Science, Vol. 256, No. 3, pp. 797-804.
Singh, D. K. and Jain, V. K., 2005, "Analysis of Surface Texture Generated by a Flexible Magnetic Abrasive Brush," Wear, Vol. 259, No. 7-12, pp. 1254-1261.
Kwak, J. S., 2009, "Enhanced Magnetic Abrasive Polishing of Non-ferrous Metals Utilizing A Permanent Magnet," International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 49, No. 7-8, pp. 613-618.
Kim, S. O., You, M. H. and Kwak, J. S., 2010, "Tool Geometry Optimization and Magnetic Abrasive Polishing for Non-ferrous Material," Journal of the Korean Society of Machine Tool Engineers, Vol. 19, No. 3, pp. 313-320.
Park, W. G., Roh, T. W. and Choi, H., 2004, "The Magnetic Finishing Characteristics of Non-Ferromagnetic Pipe Inside Polished," Transaction of the Korean Society of Machine Tool Engineers, Vol. 13, No. 6, pp. 74-80.
Park, S. J. and Lee, S. J., 2004, "Fabrication of the Fine Magnetic Abrasives by Using Mechanical Alloying Process and Its Polishing Characteristics," Journal of the Korean Society of Precision Engineering, Vol. 21, No. 10, pp. 34-41.
Mori, T. Hirota, K. and Kawashima, Y., 2003, "Clarification of magnetic abrasive finishing mechanism," Journal of Materials Processing Technology, Vol. 143-144, pp. 682-686.
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