[논문]항공기 유압유 저장조 내면연마를 위한 슈퍼피니싱 장치 개발에 관한 연구

최수현; 공광주; 조영태

doi:10.14775/ksmpe.2020.19.08.110

항공기 유압유 저장조 내면연마를 위한 슈퍼피니싱 장치 개발에 관한 연구
Development of Superfinishing Machine to Polish the Inner Surfaces of Aircraft Hydraulic Oil Reservoirs 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.19 no.8, 2020년, pp.110 - 116

최수현 (창원대학교 기계공학부) , 공광주 (쌍용자동차(주)) , 조영태 (창원대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Aircraft hydraulic oil reservoirs made with aluminum 7075 have an anodized coating to enable airtightness and corrosion resistance. To maintain a stable oil pressure, the internal surface roughness of the reservoir should be less than approximately 0.2 ㎛. To this end, precision polishing must be performed. However, ensuring the processing quality is challenging, as most polishing operations are performed manually, owing to which, the inner surface roughness is not uniform, and the product quality is irregular. Therefore, we developed a special superfinishing machine to realize the efficient inner polishing of an aircraft hydraulic oil reservoir, by using an abrasive film to improve the process throughput and uniformity. In the experiment involving the superfinishing of an anodized aluminum 7075 cylinder specimen by using the proposed machine, a higher surface roughness than that achieved in the repetitive manual polishing process could be realized.

주제어

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문제 정의

개발한 내면 슈퍼피니싱 장치의 연마성능을 확인하기 위해 실험을 진행하였다. 실험에는 항공기 유압유 저장조와 같은 Al7075 소재에 아노다이징 표면처리한 시편을 사용하였으며 Fig.
이에 저장조 내면을 Ra 0.2㎛ 이하로 균일하게 연마할 수 있는 자동화 장치의 필요성이 대두되었으며, 본 연구에서는 항공기 유압유 저장조뿐만 아니라 원형 소재 내면을 경면 수준으로 균일하게 연마 가능한 장치 제작을 목적으로 연구를 수행하였다^[3].

제안 방법

1. 연마방향과 수직한 방향으로 oscillation을 주어 연마방향성을 제거함으로써 수백 ㎚급의 표면거칠기 개선이 가능한 슈퍼피니싱 공정 장치를 구동부, 연결부, 연마부, 제어부, 장착지그로 개념설계하였으며, 상세설계 단계에서 3D modeling, assembly, operating simulation을 거쳐 개발 장치의 정상 구동을 사전 검증하였다.
2. 설계된 슈퍼피니싱 장치를 공차 이내의 치수로 제작함으로써 기술적 완성도를 향상시켰으며 연마성능에 직접적인 영향을 미치는 세 가지 항목에 대해 성능평가를 진행하여 장치의 성능을 확인하였다.
2.2절에 기술된 장치의 설계를 바탕으로 내면연마 전용 슈퍼피니싱 장치를 제작하였다. 제작된 모든 부품이 공차 이내의 치수로 제작되었으며 최종적으로 제작이 완료된 장치는 Fig.
그리고 장치 구동에 필요한 motor로 oscillation motor는 servo motor, 필름회수와 공급을 위한 motor로는 각각 stepping motor와 DC motor를 채택하여 장치를 제작하였다.

대상 데이터

3은 내면 슈퍼피니싱 장치의 상세설계를 통해 작성된 2D 도면의 정면도, 평면도, 우측면도이며, 크기는 가로×세로×높이(450×320×157㎜)로 설계하였다. 그리고 장치는 KS 규격품 및 표준구매품을 제외하고 본체, 본체를 선반에 고정하기 위한 장착지그, 연마를 수행하는 superfinisher, 연마필름의 공급 및 회수를 담당하는 부품을 포함하여 총 58종의 부품으로 구성된다.
실험에는 총 3가지 연마필름(SiC, Al₂O₃, diamond)을 사용하였고 연마입자의 종류에 따른 연마 후 표면거칠기의 개선을 확인하였다.
개발한 내면 슈퍼피니싱 장치의 연마성능을 확인하기 위해 실험을 진행하였다. 실험에는 항공기 유압유 저장조와 같은 Al7075 소재에 아노다이징 표면처리한 시편을 사용하였으며 Fig. 10에서 볼 수 있듯이 외경 280㎜, 내경 260㎜의 원통 형상을 사용하였다.

이론/모형

제작된 장치의 성능을 검증하기 위해 한국산업규격(KS)에 의거하여 성능평가를 진행하였으며, 주요 3가지 성능지표와 KS 규격을 근거로 한 평가방법을 Table 2에 나타내었다^[4].

성능/효과

3. 개발한 슈퍼피니싱 장치를 이용한 원통형상의 내면 슈퍼피니싱 실험 결과, diamond 입자의 연마필름을 사용하였을 때 약 70초만에 Ra 0.2㎛ 이하로 표면거칠기를 개선시킬 수 있음을 확인하였다.
그리고 슈퍼피니싱 실험 후 시편의 최종 표면거칠기를 기준으로 연마필름에 따른 연마성능을 분석한 결과, Al₂O₃ 입자와 SiC 입자보다 diamond 입자의 우수한 연마성능을 확인하였으며 diamond 입자를 사용하여 70초 동안 슈퍼피니싱을 수행했을 때 0.2㎛ 이하의 우수한 표면거칠기를 도출하였다.
6에 나타내었다. 사전 assembly 작업과 operating simulation을 통해 확인한 바와 같이 선반에 장착되어 구동됨을 확인하였다.
실험결과는 Fig. 12와 같으며 개발 장비를 이용하여 Ra 0.2㎛의 경면 제작에 핵심 요소인 연마 방향의 수직방향으로 작용하는 oscillation에 의한 연마 방향성 제거를 관찰한 결과, 연마필름의 종류(SiC, Al₂O₃, diamond)에 상관없이 연마 방향성이 제거됨을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	항공기 유압유 저장조의 역할은 무엇인가?	기내 많은 유압장치 중 항공기 유압유 저장조는 각종 유압장치 및 회로의 유압유 손실을 보충함과 동시에, 고압라인과 저압라인의 압력균형을 유지하면서 유압유를 저장하는 중요한 장치로서 항공 산업의 발달과 더불어 항공기 유압유 저장조의 수요가 급증하고 있다.
	유압장치는 항공기에서 어떻게 이용되고 있는가?	항공기에서 유압장치는 강착장치(landing gear), 비행조종계통, 고출력 및 민첩한 작동과 정확한 조종이 요구되는 장치 등에 광범위하게 이용되고 있다.
	표면거칠기를 Ra 0.2㎛이하로 개선 가능한 내면연마 전용 슈퍼피니싱 장치를 제작하기 위한 연구를 통해 얻은 결론은 무엇인가?	1. 연마방향과 수직한 방향으로 oscillation을 주어 연마방향성을 제거함으로써 수백 ㎚급의 표면거칠기 개선이 가능한 슈퍼피니싱 공정 장치를 구동부, 연결부, 연마부, 제어부, 장착지그로 개념설계하였으며, 상세설계 단계에서 3D modeling, assembly, operating simulation을 거쳐 개발 장치의 정상 구동을 사전 검증하였다. 2. 설계된 슈퍼피니싱 장치를 공차 이내의 치수로 제작함으로써 기술적 완성도를 향상시켰으며 연마성능에 직접적인 영향을 미치는 세 가지 항목에 대해 성능평가를 진행하여 장치의 성능을 확인하였다. 3. 개발한 슈퍼피니싱 장치를 이용한 원통형상의 내면 슈퍼피니싱 실험 결과, diamond 입자의 연마필름을 사용하였을 때 약 70초만에 Ra 0.2㎛ 이하로 표면거칠기를 개선시킬 수 있음을 확인하였다.

참고문헌 (8)

Kim, J. S., Yu, H. S. and Park, D. K., "An Experimental Study on the Effect of Temperature and Humidity on the Pressure Change of the Bootstrap type Reservoir in the Aircraft," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 12, No. 5, pp. 170-175, 2012.
Kim, W. B., Cho, Y. T. and Jung, Y. G., "Manufacturing Process Improvement for Precision Inner Surface Polishing of Anodizing Treated Airplane Reservoir," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 15, No. 2, pp. 72-77, 2016.

원문보기 상세보기
Tsangaraki-Kaplanoglou, I., Theohari, S., Dimogerontakis, T., Wang, Y. M., Kuo, H. H. H. and Kia, S., "Effect of Alloy Types on the Anodizing Process of Aluminum," Surface and Coatings Technology, Vol. 200, No. 8, pp. 2634-2641, 2006.

상세보기
Jung, S. Y., Park, K. B., Jung, S. Y. and Jung, Y. G., "An Experimental Study on the Determination of Efficient Superfinishing Conditions using Polishing Film," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 26, No. 8, pp. 55-61, 2009.
Lee, S. J., Choi, S. H., Cho, Y. T., Jung, J. Y. and Jung, Y. G., "Selection of the Efficient Superfinishing Condition on an Anodized Al7075 Surface in Experimental Design," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 33, No. 12, pp. 993-998, 2016.

원문보기 상세보기
Kim, S. K., Cho, Y. T. and Jung, Y. G., "Determination of Efficient Superfinishing Conditions for Mirror Surface Finishing of Engineering Ceramics," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 13, No. 5, pp. 76-81, 2014.

원문보기 상세보기
Higuchi, M., Yamaguchi, T., Furushiro, N., Sugimoto, T., Shimada, S., Matsumori, N. and Ogura, H., "Development of Superabrasive Stone for Mechanochemical Superfinishing," Precision Engineering, Vol. 33, No. 1, pp. 65-70, 2009.

상세보기
Miura, K., Yamada, T., Takahashi, M. and Lee, H. S., "Application of Superfinishing to Curved Surfaces," In Key Engineering Materials, Vol. 581, pp. 241-246, 2014.

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