초록

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산업의 급속한 발달과 함께 초정밀 가공분야의 신기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 최관 자동화 기계, 반도체, 원자력, 의료장비, 항공우주 산업 등의 분야에 사용되는 파이프와 실린더 등의 내면을 정밀하고 신속하게 가공하는데 있어서 여러 가지 기술적인 어려움으로 인해 기계 장비 및 가공효율을 저하시키는 요인이 되고 있다.(중략)

산업의 급속한 발달과 함께 초정밀 가공분야의 신기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 최관 자동화 기계, 반도체, 원자력, 의료장비, 항공우주 산업 등의 분야에 사용되는 파이프와 실린더 등의 내면을 정밀하고 신속하게 가공하는데 있어서 여러 가지 기술적인 어려움으로 인해 기계 장비 및 가공효율을 저하시키는 요인이 되고 있다.(중략)

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 따라서 본 연구는 기존의 범용 공작기 계에 부가적인 장치를 추가함으로서 기존의 내면 연마 후에 수반되는 이 물질에 의한 환경적인 요인을 없애고, 저가의 입자를 이용한 자기 연마에 있어서 효율적인 가공조건을 찾으며, 가공에 있어서 안전성을 크게 도모하는 것을 목적으로 한다.
• 본 논문은 기존의 공압 실린더의 주된 마무리 가공법인 내면 버핑에 대한 효율적인 대 체 가공법으로서 자기연마에 대한 건식연마법과 습식연마법의 실험을 수행하였다. 또한 본 실험에서는 기존의 자기연마법에 사용한 연마입자인 산화철과 알루미나를 이용하여 화학적 인 방법으로 제조한 자성입 자 또는 WA, CBN과 같은 고가의 연마입 자를 대 체 하여 산업현장에서 저가로 쉽게 구입할 수 있는 WC-TiC-TaC/Co를 연마입자으로 선택하여 실험을 수행하였다.
• 선진국에서는 파이프 또는 실린더 내면의 경면과 초정밀 가공에 있어서 가공효율을 높 이기 위하여 자력을 이용한 자기연마법과 버어니싱을 활용하고 있는 예가 있으나, 국내에 서는 아직 초보적인 단계에 머무르고 있는 실정이다. 이러한 자기연마법 등을 이용한 초 정밀 가공분야의 신기술 개발은 기존의 비효율적인 생산방식을 탈피하여 생산효율의 극 대화와 더불어 국가의 산업기술 경쟁력을 재고함에 목적이 있다. 특히, 본 실험에서 사용한 파이프는 자동화기기 의 공압 실 린더로 쓰이는 STS304를 사용하였다.

제안 방법

• 자기연마기구는 자속밀도와 자기력을 향상시키기 위하여 다양한 형상으로 시험과 검토를한 후 제작하였다. 자극봉의 재질은 SM45C를 사용하였으며, 코일은 01mm 우레탄 피복동 선을 사용하여 자기 연마시 발생하는 저항열 에 충분히 견딜 수 있도록 설계하였다. 자극 의 세기와 자속밀도를 높이기 위해서 자극봉 표면을 절연한 후 감김수를 8500회로 하여 감 았다.
• 자기연마기구는 자속밀도와 자기력을 향상시키기 위하여 다양한 형상으로 시험과 검토를한 후 제작하였다. 자극봉의 재질은 SM45C를 사용하였으며, 코일은 01mm 우레탄 피복동 선을 사용하여 자기 연마시 발생하는 저항열 에 충분히 견딜 수 있도록 설계하였다.
• 자속밀도가 파이프 내면의 표면거칠기에 미치는 영향을 알아보기 위하여 자속밀도를 1850, 2150G로 변화를 주고, 연마속도를 11.4, 48m/min 건식으로 연마하여 자속밀도가 표 면거칠기에 미치는 영향을 비교하였다.

대상 데이터

• 본 논문은 기존의 공압 실린더의 주된 마무리 가공법인 내면 버핑에 대한 효율적인 대 체 가공법으로서 자기연마에 대한 건식연마법과 습식연마법의 실험을 수행하였다. 또한 본 실험에서는 기존의 자기연마법에 사용한 연마입자인 산화철과 알루미나를 이용하여 화학적 인 방법으로 제조한 자성입 자 또는 WA, CBN과 같은 고가의 연마입 자를 대 체 하여 산업현장에서 저가로 쉽게 구입할 수 있는 WC-TiC-TaC/Co를 연마입자으로 선택하여 실험을 수행하였다.
• 본 실험에 사용된 연마재는 WAIiC-TaGCb로서 입자의 크기는 150㎛와 250㎛를 사용하였다. WC-TiC-TaC/Co는 초경재료로서 인성이 있으며, 자성합금이다.
• 본 실험의 자기연마 장치를 위해 사용된 범용선반은 화전기계(주)에서 제작한 Model WHPL-3&归을 사용하였다. Fig.
• 시편은 효율적인 실험 데이터를 얻기 위하여 파이프의 양쪽 끝단에 버어(burr)가 발생되 지 않도록 만능공구 연삭기에 절단용 숫돌(CBN₁₀0NBG2-50W, 10065446)을 사용하여 길이 40mm로 절단하여 사용하였다. 시편의 형상과 치수는 Fig.
• 1.4 시편

  시편재료는 자동화 시스템을 구성하는 공압 기기 부품인 이음매 없는 실린더 파이프를 사용하였으며, 시편의 화학적 성분을 Table 1에 나타내었다.

• 이러한 자기연마법 등을 이용한 초 정밀 가공분야의 신기술 개발은 기존의 비효율적인 생산방식을 탈피하여 생산효율의 극 대화와 더불어 국가의 산업기술 경쟁력을 재고함에 목적이 있다. 특히, 본 실험에서 사용한 파이프는 자동화기기 의 공압 실 린더로 쓰이는 STS304를 사용하였다.

성능/효과

• 1. 건식연마에서는 자속밀도가 증가함에 따라 표면거 칠기는 향상되며, 특히 자속밀도 2150G에서는 표면거칠기가 두드러지게 향상됨을 알 수 있었다. 습식연마에서는 자 속밀도 1850G에서 2150G의 변화에 대해서는 비슷한 양상을 띠었다.
• 2. 건식연마는 자속밀도에 따른 연마입자 분포의 확대, 탈락이 용이함에 비하여 탈락시 연마입자의 누수가 많았으나, 습식연마는 그와는 상이 하였으며. 가공중의 안정성과 연마입자의 회수가 편리하였다.
• 3. 본 실 험에서 건식연마에서 연마속도는 48m/min, 연마입자 250㎛일 때가 연마효율이 우수함을 알 수 있었다.
• 또한, 연마속도가 증가하여도 연마입자가 자기브 러쉬를 형성하고 있지만, 파이프 내면에 관성력과 마찰력이 발생하고 연마입자의 자화율 이 증가한다. 따라서 수직연마력 Fr가 일정하게 압력을 가한 상태에서 접선연마력도 증 가하여 자기브러쉬의 탈락과 결합이 빈번하게 발생하고 새로운 자기입자의 인선이 형성되어 표면거칠기의 향상에 기여하는 것으로 판단된다. 그러나 습식연마에서의 자기브러 쉬의 형성을 위해서는 건식연마에 비하여 높은 자기력을 요구하는 것으로 판단된다: 그러므로 자기연마는 사용되는 재질과 표면거칠기에 영향을 주는 인자들과의 최적조건을 찾 는다면 청정파이프로 요구되는 표면거칠기를 얻을 것으로 판단된다.
• 습식으로 인한 연마입자의 유체 입자와의 젖음 현상으로 인하여 접선연마력의 저하의 원인이 됨을 알 수 있었다. 이러한 접선력의 저하로 인한 현저한 거칠기 향상은 볼 수 없었다.

후속연구

• 연마입자 WC-TiC-TaC/Co와 유체와의 젖음이 어떻게 이루어지는지 연마입자에 대한 좀더 구체적인 실험을 해야 할 것으로 판단된다. 건식연마에서는 앞에서 언급한 자기기구 의 역학에서 연마입자의 성분은 식 (1)과 같이 Fx와 Fy의 벡터성분으로 분리가 되고, 자 기력에 의해 생성되는 수직연마력 Fr는 식 (2)로 표현되어 자기장의 세기가 2150G로서 일정하므로 수직연마력 Fr도 일정하다.

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이 논문을 인용한 문헌

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