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제안 방법
- 개발한 간접냉각방식 공구의 냉각 균일성을 평가하기 위해 열전대(thermocouple)와 레이저 적외선온도계(laser IR pyrometer)를 사용하여 공구의 경사면 온도를 측정하였다. 초경인서트의 경사면과 측면에 각각 직경 0.
- 25 mm/rev)에서 절삭시간에 따른 공구온도를 측정하였다. 경사면 온도측정 여부 평가를 위해 건식가공에서 열전대로 측정한 온도와 레이저 적외선온도계로 동시에 측정한 온도를 비교하였다. 모두 절삭시간 25초 이후 정상상태에서 약 340℃로 비슷하게 측정되었다.
- 0mm의 구멍을 방전가공(EDM)으로 드릴링 가공하였으며, 각 구멍과 동일한 직경의 –200℃~1,200℃의 온도측정범위를 갖는 K - t y p e 열 전 대 ( K - t y p e t h e r m o co u p l e, O M E G A Engineering)를 삽입하였다. 경사면 하단에 삽입된 열전대가 공구의 경사면 온도를 측정하고 있는지 평가하기 위해 2mm의 미소면적의 온도를 측정할 수 있는 -35℃~950℃의 측정범위를 갖는 레이저온도계(testo 845, Testo AG)를 사용하여 경사면의 온도를 측정하여 열전대 측정값과 비교하였다.
- 공구 인서트의 경사면에 쿨런트를 분사할 수 있는 공구홀더(PCLNR 2020K 12HP, Sandvik)를 사용하여 액체질소를 분사하면, 보관용기 및 진공단열이송관 내부에서 발생하는 기화에 의해 분사량이 일정하지 않은 불균일한 분사가 이뤄진다. 불균일 분사 여부를 평가하기 위해 노즐에서 액체질소가 분사되는 형태를 관찰하고, 노즐 직전에 장착한 디지털 압력 트랜스듀서(PXM 409, OMEGA Engineering)를 사용하여 분사압의 변화를 측정하였다. 충분히 분사가 안정된 이후 노즐에서의 분사 형태를 육안으로 관찰한 결과, ‘액체’ 상태로 분사되는 도중 ‘기체’ 상태로 불균일하게 분사되면서 주기적으로 분사 세기가 감소하였다.
- 티타늄합금의 극저온 선삭가공에서 간접냉각방식의 공구냉각 균일성 향상을 평가하기 위해, 액체질소 챔버가 장착된 전용의 공구를 개발하였다. 상용 홀더를 개조하여 챔버를 장착하는 방식으로 전용 홀더를 개발하였으며, 액체질소 챔버는 높은 강성과 내부식성, 열전달을 위해 스테인리스스틸(SUS 304)로 제작하였다. 공구 홀더 측면의 주입구를 통해 공급된 액체질소는 초경 인서트 하단의 챔버를 냉각시킨 후 하단의 배출 구멍을 통해 대기 중으로 기화된다.
- 충분히 분사가 안정된 이후 노즐에서의 분사 형태를 육안으로 관찰한 결과, ‘액체’ 상태로 분사되는 도중 ‘기체’ 상태로 불균일하게 분사되면서 주기적으로 분사 세기가 감소하였다. 액체질소의 불균일 분사를 평가하기 위해 디지털 압력 트랜스듀서를 제트노즐 홀더 직전에 설치하여 가공 도중의 압력을 실시간으로 측정하였다. 다양한 분사압력에서 측정한 결과, 압력의 변화(fluctuation)가 주기적으로 발생하였다.
- 기존의 스틸, 알루미늄과 같은 메탈가공 시 대비 공구수명이 극단적으로 짧으므로 난삭재(hard-to-cut material)로 불린다. 절삭가공 시 발생하는 고온의 절삭열을 효과적으로 냉각하기 위해 제안된 방법이 액체질소를 분사하여 공구를 냉각하는 극저온 가공이다.
- 초경인서트의 경사면과 측면에 각각 직경 0.5mm와 2.0mm의 구멍을 방전가공(EDM)으로 드릴링 가공하였으며, 각 구멍과 동일한 직경의 –200℃~1,200℃의 온도측정범위를 갖는 K - t y p e 열 전 대 ( K - t y p e t h e r m o co u p l e, O M E G A Engineering)를 삽입하였다.
- 코팅된 초경 인서트(CNMG 120408 SM1105, Sandvik)를 사용하여 정삭조건(절삭 속도 60 m/min, 절삭 깊이 2.0 mm, 이송량 0.25 mm/rev)에서 절삭시간에 따른 공구온도를 측정하였다. 경사면 온도측정 여부 평가를 위해 건식가공에서 열전대로 측정한 온도와 레이저 적외선온도계로 동시에 측정한 온도를 비교하였다.
- 티타늄합금의 극저온 선삭가공에서 간접냉각방식의 공구냉각 균일성 향상을 평가하기 위해, 액체질소 챔버가 장착된 전용의 공구를 개발하였다. 상용 홀더를 개조하여 챔버를 장착하는 방식으로 전용 홀더를 개발하였으며, 액체질소 챔버는 높은 강성과 내부식성, 열전달을 위해 스테인리스스틸(SUS 304)로 제작하였다.
데이터처리
- 5 mm의 K-type 열전대가 경사면의 온도를 측정하고 있다고 볼 수 있다. 정상상태인 25초부터 5초 동안 공구 내부에 삽입된 열전대로 측정한 온도의 평균온도와 표준편차를 구하였다. 액체질소 제트분사 시 정상상태에서 평균온도는 99.
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