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절삭유 분사위치에 따른 STS316L의 밀링가공 특성 개선
Improvement of STS316L Milling Characteristics According to Coolant Spray Position 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.41 no.5, 2017년, pp.427 - 433  

김수환 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) ,  박민수 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과)

초록
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고강도 재료나 열전도성이 낮은 재료의 밀링 가공시 가공 부위에서 발생하는 높은 마찰열로 인해 공구 파손 등이 심각하게 발생할 수 있으므로 절삭유 공급이 매우 중요하다. 기존의 절삭유 공급 방식은 수동식 관절 구조를 활용한 방법으로 과도한 양을 분사함에도 불구하고 효과적인 결과를 얻기 힘들었다. 또한, 작업 중 비산으로 인해 작업장 환경에도 큰 악영향을 미쳤다. 이에 본 연구에서는 자동으로 분사 위치 조절이 가능한 장치에 기반하여 절삭유 분사위치에 따른 STS316L 의 밀링가공 특성을 분석하였다. 그 결과, 절삭유 공급 위치 변화에 따라 공구 마모와 표면 거칠기 변화가 관찰되었으며 이를 통해 제작된 장치의 효용성을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the case of high-strength or low thermal conductivity material milling, tool breakage occurs easily because of the high friction temperature. Therefore, the effectiveness of the coolant supply is very important for proper tool cooling. As the manually adjustable joint mechanism nozzle is generall...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문을 통해 머시닝 센터를 이용한 밀링 작업시 최적의 절삭유 분사위치를 자동으로 유지하고 작업자의 안전 및 작업환경 개선을 위해 제작된 자동 각도조절 절삭유 분사장치의 효용성을 검증하였다. 우선 단일 노즐을 활용한 절삭유 분사 위치별 실험을 통해 공구와 공작물의 경계면을 지속적으로 검출하여 분사하는 것이 기존 절삭유 분사 각도가 고정된 형태에 비해 약 2배 정도의 표면 거칠기 개선효과가 있음을 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
절삭유제는 어떤 기능을 수행하는가? 밀링, 드릴링 등의 기계 가공 공정에서 널리 사용되는 절삭유제는 냉각, 윤활, 칩 운반, 부식방지 등의 다양한 기능을 수행하고 있으므로 적절한 절삭유 공급은 생산 효율성 증대에 매우 큰 영향을 미친다. 특히, 고강도 재료나 열전도성이 낮은 재료의 경우 가공 부위에서 발생하는 높은 마찰열로 인해 공구 파손 등이 심각하게 발생할 수 있으므로 절삭유 공급이 매우 중요하다.
절삭유 분사 노즐이 수동식 관절 구조를 가짐으로써 발생하는 문제점은 무엇인가? 또한 기존 대부분의 공작기계에 장착되어 있는 절삭유 분사 노즐은 수동식 관절 구조를 지니고 있어서 가공 공정 중 공구 길이와 가공 깊이에 따라지속적으로 공구 진행 방향과 공구 위치가 변화하는 머시닝 센터 작업시 효과적인 분사 조절이 매우 어렵다. 이에 실제 산업현장에서는 작업자의 경험에 의존하여 분사위치와 방향을 임의로 조절하여 사용하고 있으나 적절한 위치 조절이 어려워 실제 필요한 절삭유의 양보다 월등히 과도한 절삭유를 다량 분무하고 있다. 또한, 작업 중 공구 교환 등의 작업 상황 변화에 따라 적절한 절삭유 분사 위치 조절을 위해 작업자가 수동으로 분사위치를 조절함으로써 작업 능률 저하 및 고속 회전하는 공구에 의한 안전 문제를 초래할 수 있다. 게다가, 작업 중 비산되는 절삭유는 작업자가 안전도어를 열때마다 외부로 유출됨으로서 절삭유 부패에 의한 작업 환경 악화 및 작업자의 피부나 소화기계 등 인체의 여러 조직에서 암이나 호흡기계 질환 등을 유발시킬 수 있다. 이에 절삭유 분사 효율을 극대화하고 작업자의 안전 및 작업환경 개선을 위해 절삭유의 분사 위치를 가공 중 자동으로 조절하기 위한 다양한 제안들이 있었다.
절삭유의 효과에 영향을 주는 것은 무엇인가? 특히, 고강도 재료나 열전도성이 낮은 재료의 경우 가공 부위에서 발생하는 높은 마찰열로 인해 공구 파손 등이 심각하게 발생할 수 있으므로 절삭유 공급이 매우 중요하다.(1,2) 절삭유의 효과는 절삭유의 종류와 공급량, 분사압, 분사 각도, 필터링, 노즐 사양 등에 좌우되며 특히 실제 가공 부위에 적절히 공급하기 위해서는 분사위치가 매우 중요하다. 하지만, 가공시에는 공구와 공작물 사이의 간극이 거의 없고 공구가 고속으로 회전하기 때문에 마찰이 가장 심한 실제 절삭 부위에 절삭유가 원활히 공급되기에는 많은 제약이 따른다.
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참고문헌 (10)

  1. Lee, D. W., NG, E. G., Aspinwall, D. K. and Dewes, R. C., 2000, "Measurement Technique of Cutting Temperatures Using Implanted Thermocouples in Ball End-Milling," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 24, No. 7, pp. 1748-1752. 

  2. Lee, Y. M., Song, T. S. and Shim, B. K., 2001, "The Shear and Friction Characteristics Analysis of End- Milling," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 25, No. 10, pp. 1520-1527. 

  3. Youn, S. H., 1991, "Method and Apparatus for Supplying Cutting Fluid to Machining Center," Korea Patent, No. 10-0044365. 

  4. Shin, Y. S., 2011, "Select a Location Provide a Free Oil Mist Nozzle," Korea Patent, No. 10-20110104600. 

  5. Lee, N. H., 1998, "Cutting Oil Injection Device of Machining Center," Korea Patent, No. 10-0184498. 

  6. de Lacalle, L. N. L., Angulo, C., Lamiliz, A. and Sanchez, J. A., 2006, "Experimental and Numerical Investigation of the Effect of Spray Cutting Fluids in High Speed Milling," Journal of Materials Processing Technology, Vol. 172, No. 1, pp. 11-15. 

  7. Kang, J. H., Song, J. Y., Lee, S. W., Park, H. Y. and Park, J. K., 2002, "Reliability Evaluation Technology of Metal Working Fluids Supply Method," KSMTE 2002 Annual Spring Conference, pp. 206-208. 

  8. Pfeifer, T., Eversheim, W., Koenig, W. and Weck, W., 1994, Manufacturing Excellence: The Competitive Edge, Chapman & Hall, pp. 517-521. 

  9. Hong, H., Riga, A. T., Cahoon, J. M. and Scott, C. G., 1993, "Machinability of Steels and Titanium- Alloys Under Lubrication," Wear, Vol. 162, pp. 34-39. 

  10. Su, Y., He, N., Li, L. and Li, X. L., 2006, "An Experimental Investigation of Effects of Cooling/ lubrication Conditions on Tool Wear in High-Speed End Milling of Ti-6Al-4V," Wear, Vol. 261, No. 7-8, pp. 760-766. 

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