[논문]구리전극봉을 이용한 합금공구강재(STD11)의 비관통 방전 탭 가공에 관한 연구

박인수; 왕덕현; 김기태

doi:10.14775/ksmpe.2017.16.3.038

구리전극봉을 이용한 합금공구강재(STD11)의 비관통 방전 탭 가공에 관한 연구
A Study on the Electrical Discharge Blind Hole Tap Machining of STD11 with Copper Electrode 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.16 no.3, 2017년, pp.38 - 44

박인수 (한국폴리텍대학 창원캠퍼스) , 왕덕현 (경남대학교 기계공학부) , 김기태 (한국폴리텍대학 창원캠퍼스)

Abstract ▼ AI-Helper

The technology of electrical discharge tap machining may be appropriate for making thread out of highly brittle material. Especially, it is very difficult to machine tap with the traditional method if the brittle material has been hardened by quenching. In this study, the shape of electrical discharge blind hole tap machining was analyzed by discharge time, discharge current, and the flushing hole condition after quenched the tool steel of STD11 has discharged the tap shape with a screw-shaped copper(Cu) electrode. An experimental design was planned and analyzed by Taguchi robust experimental design. The result showed that the shape of the blind hole discharge tap was influenced by the flushing hole, discharge time, and discharge current. The most important factor of the processing conditions was found to be the discharge current. When blind hole EDM with a copper electrode with a flushing hole was conducted, the discharged shape was found to be smooth and the angle of the discharged tapped thread was also found to be close to the thread angle of $60^{\circ}$. As the values of discharge time and discharge current increased, the EDMed surface coarsened due to the increase of the single discharge energy and the shape of the thread collapsing.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 열처리 한 합금공구강재인 STD11을나사 형상을 가진 구리(Cu)전극으로 비관통 방전 탭 가공을 수행하는 경우 전극의 Flushing hole과 방전시간과 방전전류라는 조건이 비관통 방전 탭가공면 형상에 미치는 영향을 다구찌 기법을 활용한 실험분석법으로 해석하여 보다 정밀한 비관통 방전 탭 가공을 위한 가공조건을 도출하고자 한다.

가설 설정

3. Flushing hole이 있는 파이프 전극으로 가공한 blind hole 방전 탭의 형상이 전극의 나사산 각도(60°)에가깝게 가공이 된다.
4. 방전시간과 방전전류 값이 작을 때 전극의 나사산 각도(60°)에 가깝게 가공이 된다.

제안 방법

4과 같이 제작하였다. CNC가공 후 시편은 경도를 높이기 위해 진공 열처리하였다. 그리고 열처리 후 시편은 형상의 정밀도를 위해 연삭을 하였다.
가공을 마친 시편은 Fig. 4에 보는 것과 같이 깊이 방향으로 절단 선을 따라 와이어 방전을 이용하여 두조각으로 나누었다. 나누어진 방전 탭을 각각 비접촉식 형상 측정기를 이용하여 방전 탭의 형상을 측정하였다.
CNC가공 후 시편은 경도를 높이기 위해 진공 열처리하였다. 그리고 열처리 후 시편은 형상의 정밀도를 위해 연삭을 하였다. Table 1에 시편의 화학적 성분을 나열하였다.
4에 보는 것과 같이 깊이 방향으로 절단 선을 따라 와이어 방전을 이용하여 두조각으로 나누었다. 나누어진 방전 탭을 각각 비접촉식 형상 측정기를 이용하여 방전 탭의 형상을 측정하였다. 이때 방전 탭의 형상은 나사의 정밀도의 선정기준중 하나인 나사산의 각도를 기준으로 판단하였다.
본 연구를 통해 나사형상으로 가공한 Cu전극으로 열처리를 한 STD11를 시편으로 하여 방전 탭 가공을한 후 전극의 Flushing hole과 방전시간 그리고 방전전류라는 조건이 blind hole 방전 탭 형상에 미치는 영향을 다구찌 기법에 의해 계획하고 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
시편과 전극은 Flushing hole의 효과를 보다 잘 파악 하기 위해 절연액에 담그지 않은 채 공기 방전으로 탭 가공을 실시하였다. 그리고 전극주변에 설치한 분사노즐을 통하여 방전이 일어나는 부위에 절연액인 케로신을 집중 분사함과 동시에 방전가공이 진행되는 동안 주축이 상하점핑을 하여 가공 칩의 배출을 원활하게 하였다.
특성치인 방전 탭 형상에 가장 영향을 줄 것이라 예상되는 제어인자인 방전시간과 방전전류를 3수준으로 설정하고 flushing hole이특성치인 방전 탭의 형상에 어떻게 영향을 미치는가를 알아보기 위해 flushing hole의 유·무를 2수준으로 설정하여 실험을 실시하였다.

대상 데이터

9개는 Flushing hole이 없는 solid 형태로, 9개는 ∅ 3 mm 인 Flushing hole이 있는 파이프 형태로 준비하였다.
M10 탭을 내기위해 본 연구에 사용한 Cu전극은 Fig. 3와 같이 Cu봉을 M8 x 60 mm 나사로 가공하였다. 이때 나사의 피치는 1.
본 연구에 사용한 시편은 75 mm x 20 mm x 15mm STD11을 준비하였다. STD11은 고C, 고Cr 강으로 열처리 이후 높은 경도를 유지하고, 치수 변화가 적고, 냉간 상태에서 내마모성 우수하여 가공품을 냉간 상태에서 가공하는 공구용도로 사용한다.

이론/모형

다꾸지 기법에서 개선을 위한 정도를 나타내는 측정치로 SN비(Signal-to-noise ratio)를 사용한다. SN비는 잡음에 대한 제어 인자의 영향력 정도를 나타낸다.
본 실험은 실험계획법 중 적은 수의 실험횟수로 최적의 효과를 찾을 수 있는 직교배열표를 이용한 다꾸지 기법에 의해 실시하였다. 특성치인 방전 탭 형상에 가장 영향을 줄 것이라 예상되는 제어인자인 방전시간과 방전전류를 3수준으로 설정하고 flushing hole이특성치인 방전 탭의 형상에 어떻게 영향을 미치는가를 알아보기 위해 flushing hole의 유·무를 2수준으로 설정하여 실험을 실시하였다.

성능/효과

1. blind hole 방전 탭의 형상에 전극의 Flushing hole과방전시간 그리고 방전전류 모두 영향을 끼쳤다.
2. 분산분석에 의하면 방전 탭의 형상에 가장 중요한 영향을 주는 가공조건은 방전전류이다.
5. 최적 수준의 조합은 Flushing hole이 있는 전극이고 방전시간은 130 μs, 그리고 방전전류가 14.2 A이다. 이 조합으로 현행 수준의 SN비와 비교하여 보면 0.
Table 5에 따르면 Blind Hole 방전 탭의 나사산의 각도에 가장 영향을 주는 인자는 방전전류이다. 각인자의 기여도를 보면 방전전류(42.99%), Flushing hole(3.44%) 그리고 방전시간(2.60%) 순으로 blind hole 방전 탭의 나사산의 각도에 영향을 준다. 분산분석을 하면 방전전류는 95%에 유의하지만 나머지 인자는 유의하지는 않다.
그러므로 현행 수준보다 문제의 개선인자로 찾은 Flushing hole(없는것→있는 것)과 방전시간(180 μs → 130 μs)과 방전전류(18.4 A → 14.2 A)의 수준을 변경하면 blind hole 방전 탭 나사의 형상의 정밀도가 개선이 될 것이다.
방전시간과 방전전류 값이 작을 때 전극의 나사산 각도(60°)에 가깝게 가공이 된다. 방전시간과 방전 전류 값이 증가함에 따라 단발방전 에너지의 증가로 인한 면이 거칠어지고 나사산의 형태가 무너지는 현상이 보였다.
8에 각각 방전시간과 방전전류를 제외한 다른 조건은 동일하게 가공 한후 디지털 현미경으로 측정한 사진을 나타내었다. 측정사진을 보면 방전시간과 방전전류 값이 증가할수록 단발방전 에너지의 증가로 인한 면이 거칠어지고 나사 산의 형태가 무너지는 현상을 관찰할 수 있다. 그 차이는 방전시간보다 방전전류 값의 차이에 의해 더 잘파악이 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방전가공은 무엇인가	방전가공은 공구전극과 공작물 사이에 전기에너지를 이용 스파크를 발생시키면서 이때 발생한 열에 의해 고온에서 가공하는 특수 가공법의 하나이다.[1-3] 방전 가공은 전도성만 가지면 고경도 합금인 초경합금, 고강도 합금 뿐만 아니라 담금질 열처리 후의 소재도 가공이 가능하다는 장점이 있다.
	방전 가공의 장점은 무엇인가	방전가공은 공구전극과 공작물 사이에 전기에너지를 이용 스파크를 발생시키면서 이때 발생한 열에 의해 고온에서 가공하는 특수 가공법의 하나이다.[1-3] 방전 가공은 전도성만 가지면 고경도 합금인 초경합금, 고강도 합금 뿐만 아니라 담금질 열처리 후의 소재도 가공이 가능하다는 장점이 있다.[4] 또한 공구전극과 공작물간의 물리적인 접촉이 발생하지 않아 미세한 구멍이나 복잡한 형상 등의 가공도 쉽게 할 수 있는 장점이 있다.
	프레스 금형의 형조 방전 공정에서 방전 탭에 대한 한문적 연구가 제대로 이루어지지 않은 이유는 무엇인가	이때 방전탭 가공은 주로 열처리한 공작물에서 설계상 변경과 공정상 누락 등이 생겼을 때 이루어진다. 방전을 이용한 탭 작업이 실용화가 된 지는 얼마 되지 않는다. 이러한 이유로 지금껏 방전 탭에 대한 학문적 연구가 제대로 이루어지지 않은 상태이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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