CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) has many industrial applications due to its low weight and high strength properties. Due to its superior properties, for example, excellent resistance to fatigue wear, corrosion, and breakage from fatigue, it has been widely applicable to aircraft, automotive, ...
CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) has many industrial applications due to its low weight and high strength properties. Due to its superior properties, for example, excellent resistance to fatigue wear, corrosion, and breakage from fatigue, it has been widely applicable to aircraft, automotive, and medical industries and so on. The main machining for CFRP is drilling, and route milling. In case of drilling, the machining defects such as the delamination of each layer, uncut fiber, resin burning, spalling, and exit burrs are inevitable. The issue to remove such kind of defects is necessary to make CFRP parts successful. From this point of view, this paper investigates the removal effectiveness of machining defects existing at exit region with different type of tool geometries. Consequently, based on the experiments, the tool geometry is most impact factor to remove uncut fiber or resin.
CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) has many industrial applications due to its low weight and high strength properties. Due to its superior properties, for example, excellent resistance to fatigue wear, corrosion, and breakage from fatigue, it has been widely applicable to aircraft, automotive, and medical industries and so on. The main machining for CFRP is drilling, and route milling. In case of drilling, the machining defects such as the delamination of each layer, uncut fiber, resin burning, spalling, and exit burrs are inevitable. The issue to remove such kind of defects is necessary to make CFRP parts successful. From this point of view, this paper investigates the removal effectiveness of machining defects existing at exit region with different type of tool geometries. Consequently, based on the experiments, the tool geometry is most impact factor to remove uncut fiber or resin.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
6가지의 형태가 다른 공구를 이용하여 CFRP의 구멍가공으로 발생한 미절삭 버 등의 가공결함을 제거하는 실험을 하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
Table 1과 같은 가공조건으로 디버링 실험을 진행하였고, 이송속도(0.03, 0.167, 0.33mm/rev)와 공구 회전수(1500, 3000rpm)를 변화시켜 디버링할 때 가공조건이 미치는 영향 또한 함께 관찰하였다.
실험은 각 공구별로 0.033, 0.167, 0.33mm/rev, 1500, 3000rpm의 가공조건에서 3회씩 디버링을 한 후 버 제거율의 평균을 구하여서 비교 및 분석을 하였다. Taguchi 실험법에 의해서 공구형태, 공구회전수, 이송속도 중에서 버 제거율에 영향을 미치는 인자를 찾고, 회귀분석법을 이용하여 신뢰성을 분석하였다.
이러한 점에서 본 연구에서는 섬유배향각과 공구 날의 상대적인 각도에 의한 CFRP의 가공결함 원인 등을 규명하고, 이에 따라 형태가 다른 6개의 공구를 선정하여 디버링에 이용하였으며 회귀분석법을 이용하여 각 공구의 버 제거율을 비교분석함으로써 최적의 디버링 가공조건을 제시하였다.
대상 데이터
Table 2와 같이 형태가 다른 6종의 공구를 선정 하였는데 구멍가공과는 관련이 없는 공구들도 많이 포함되었다. CFRP의 미절삭 버의 제거에는 공구형상이 중요하다고 판단한 것이 그 이유인데 그 용도에 맞도록 공구형태가 각기 다르다.
4의 머시닝센터 ACE-V45(구. 대우중공업)를 이용하여 버생성 및 디버링 실험을 하였으며 버생성은 400회 이상 가공하여 마모가 많이 진행된 초경 드릴(Widin, SSD060)을 이용하였다.
본 연구에 사용된 시편은 일방향 에폭시 프리프 레그(prepreg) 오토클레이브(Autoclave) 성형법으로 제작된 시편으로 섬유 배열 각도가 [0°, 90°]로 적층된 MD(Multi-directional) CFRP를 이용하였다. 소재 직물형태의 Fabric CFRP는 미절삭 버가 상대적 으로 적게 생성되고 MD CFRP는 많이 생성된다.
데이터처리
Minitab 17을 이용하여 BRR에 영향을 미치는 인자를 분석하였고 결과는 Fig. 7과 같다.
33mm/rev, 1500, 3000rpm의 가공조건에서 3회씩 디버링을 한 후 버 제거율의 평균을 구하여서 비교 및 분석을 하였다. Taguchi 실험법에 의해서 공구형태, 공구회전수, 이송속도 중에서 버 제거율에 영향을 미치는 인자를 찾고, 회귀분석법을 이용하여 신뢰성을 분석하였다. [9-11]
성능/효과
1. 초경드릴, 초경리머, 로타리바, 2날 엔드밀 컴프레션, 4날 엔드밀 컴프레션, 6날 좌날엔드밀의 6가지 공구에 대한 MD CFRP의 디버링 실험을 하였으며 3000rpm, 0.167mm/rev, 6날 좌날엔드밀일 때 약 73%의 버 제거율로 가장 디버링 효과가 좋았다.
2. 공구형태가 버 제거율에 미치는 영향은 57.23% 공구 회전수 0.05%, 이송속도 3.78%로 가공 조건은 미절삭 버를 제거함에 있어서 영향이 미미하며, 공구의 기하학적인 형상이 버 제거율에 영향을 많이 미치는 것을 확인하였다.
3. 일반적인 공구는 우날, 우헬리컬을 가지며 이러한 형태의 공구로 생성된 미절삭 버는 반대 형태인 좌날, 좌헬리컬을 가지는 공구로 효과적인 디버링이 가능하다.
Table 3은 각 인자와 버 제거율의 관계를 분산 분석(ANOVA; Analysis of Variance)으로 나타낸 표이다. BRR에 미치는 영향은 공구형태가 57.23% 이며 공구 회전수 0.05%, 이송속도 3.78%로 가공 조건이 버 제거율에 미치는 영향은 공구형태보다 크지 않고 공구의 기하학적인 형상에 큰 영향을 받는다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
탄소섬유복합재가 경량화가 필요한 항공기 기체 또는 자동차 프레임 및 부품재료로서 사용량이 증가하는 이유는 무엇인가?
특히, 항공기, 자동차, 선박, 스포츠 용품 및 의료 기기 산업 등에서 많이 적용되고 있고, 철에 비해 밀도가 1/4 수준이고, 인장강도는 철보다 2배 높은 특성을 가지고 있어 경량화가 필요한 항공기 기체 또는 자동차 프레임 및 부품재료로서 사용량이 증가하는 추세이다.[1-3]
탄소섬유복합재가 각광을 받는 이유는 무엇인가?
그에 따라 고효율 연비, 에너지 저감 등이 중요해지면서 항공, 자동차 산업에서는 높은 강도와 우수한 기계적 특성을 요구하면서 동시에 초경량화를 가지는 신소재 사용에 관심이 집중되고 있다. 이런 점에서 탄소섬유복합재 (Carbon Fiber Reinforced Plastics; CFRP)는 인장강도가 높고, 피로 및 부식이 없는 고강도 경량 소재로서 비강성, 비강도, 내마멸성, 피로 특성 등 우수한 기계적 특성으로 인하여 각광을 받고 있다.
환경문제가 대두됨에 따라 CO2 감소와 같은 환경규제가 이슈화된 결과는 무엇인가?
최근 국제적으로 온난화현상과 같은 환경문제가 대두됨에 따라 CO2 감소와 같은 환경규제가 여러나라에서 이슈화되고 있다. 그에 따라 고효율 연비, 에너지 저감 등이 중요해지면서 항공, 자동차 산업에서는 높은 강도와 우수한 기계적 특성을 요구하면서 동시에 초경량화를 가지는 신소재 사용에 관심이 집중되고 있다. 이런 점에서 탄소섬유복합재 (Carbon Fiber Reinforced Plastics; CFRP)는 인장강도가 높고, 피로 및 부식이 없는 고강도 경량 소재로서 비강성, 비강도, 내마멸성, 피로 특성 등 우수한 기계적 특성으로 인하여 각광을 받고 있다.
참고문헌 (13)
Won, S. J., Li, C. P., Park, K. M. and Ko, T. J., "The Exit Hole Burr Generation of CFRP with Ultrasonic Vibration," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 16, No.1, pp.134-140, 2017.
Malick, P. K., Fiber-Reinforced Composite, M. Dekker, pp. 20-40, 1988.
Cheong, S. K., and Jeong, S. K., "Mechanical Behavior of Laminated Composites Using Scrim prepregs for Fishing Rods," Composites Research, Vol. 12, No. 5, pp.80-86, 1999.
Koenig, W., Wolf, C., Grass, P. and Willerscheid, H., "Machining of Fibre Reinforced Plastics," CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 34, No. 2, pp. 537-548, 1985.
Lee, Y. C., Shin, G. H., Kwak, T. S., "Deburring Technology of Vacuum Plate for MLCC Lamination Using Magnetic Abrasive Polishing and ELID Process," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 14, No. 3, pp. 149-154, 2015.
Bae, J. K., Park, H. Y, Kwon, B. C., Ko, S. L., "Determination of Cutting Conditions for an Efficient Deburring Process Using a New Deburring Tool," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 15, No. 4, pp. 109-117, 2016.
Xu, J., An, Q., Cai, X., Chen, M., "Drilling Machinability Evaluation on New Developed High-strength T800S/250F CFRP Laminates," International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 14, No. 10, pp. 1687-1696, 2013.
Jia, Z., Fu, R., Niu, B., Qian, B., Bai, Y. and Wang, F., "Novel Drill Structurre for Damage Reduction in Drilling CFRP Composites," International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 110, pp. 55-65, 2016.
Liu, Y., Shin, M. S., Seo, T. W., "Optimization Design of Dry Adhesion for Wall-Climbing Robot on Various Curvatures Based on Experiment," Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 23, No. 4, pp. 398-402, 2014.
Lee, D. G., Jang, J. H., Seo, T. W., "Robust Optimal Design of Tail Geometry for Stable Water-running Robots," Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 25, No. 2, pp.132-137, 2016.
Choi, J. H., Kim, J. H., Park, S. S., Seo, T. W., "Robust Optimum Design of Resonance Linear Electric Generator for Vehicle Suspension," Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 23, No. 4, pp. 403-407, 2014.
Kumaran, S. T., Ko, T. J., Li, C. P., Yu, Z., Uthayakumar, M., "Rotary Ultrasonic Machining of Woven CFRP Composite in a Cryogenic Environment," Jornal of Alloys and Compounds, Vol. 698, pp. 984-993, 2017.
Islam, Md. M., Li, C. P., Ko, T. J., "Dry Electrical Discharge Machining for Deburring Drilled Holes in CFRP Composite," International Journal of Precision Engineering and manufacturing-Green Technology, Vol. 4, No. 2, pp, 149-154, 2017.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.