[논문]가공방향의 마찰특성에 대한 표면거칠기 영향

유응대; 김태완; 조용주

가공방향의 마찰특성에 대한 표면거칠기 영향
The Effect of surface roughness on Finished Surface orientation of Friction Characteristics 원문보기

유응대 (부산대학교 정밀기계공학과) , 김태완 (부산대학교 기계기술연구소) , 조용주 (부산대학교 기계공학부)

The effect of characteristic of surface roughness and roughness patterns on frictioin was studied experimentally in boundary lubrication with reciprocating tribometer. Roughness was changed from Ra=0.2 $\mu\textrm{m}$ to Ra=1.2 $\mu\textrm{m}$. Three roughness patterns-transverse, oblique, longitudinal- were tested for various load. Ra=1.0 $\mu\textrm{m}$ roughness showed lower friction coefficient and transversal pattern showed lower friction and high scuffing load in the test conditions.

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문제 정의

마찰과 마멸이 과도하면 기계요소의 접촉면에 스커핑(scuffing)등과 같은 표면손 상이 발생하여 기계요소의 수명이 줄어든다. 따라서 기계의 신뢰성과 수명, 그리고 성능 등을 높이기 위해서는 마찰 . 마멸에 대한 연구가 필연적이다.
Martz^⑸는 거친 표면은 돌기사이의 오일공급과 이물질의 탈출작용을 하며 계면사이에 마멸입자들이 메워져 plowing효과를 줄여 거친면이 마찰 특성이 우수하다고 보았다. 표면 거칠기의 마찰특성에 대한 기존의 연구자들은 초기 표면 거칠기가 마찰 마멸에 영향을 주는 인자로 실험되고 설명되었으나 본 연구에서는 표면 가공방향에 대한 마찰 특성 통해 최적의 가공방향 pattern과 표면 거칠기를 제시 하고자 한다.

제안 방법

하였다. Plate는 가로(58mm) x 세로(38mm) x 두께 (4mm)로 제작 하였고 슬라딩방향과 수직 (Transversal pattern), 경사(obliq pattern), 수평 (longitudinal pattern)으로 가공 하여 방향성을 가지게 가공하였다. 중심선 평균거칠기를 달리하기 위해 숫돌 매시를 달리하여 fig2와 같이 각각의 표면 거칠기 Ra 0.
3에 표시하였다. Plate에 대해 수직 하중은 step by step load를 가하여 초기 하중을 100N에서 5분간 실험을 하고 50N씩 증가시켜서 700N을 가하였다. 하중 단계에 대한 표면 거칠기 관찰하기 위해서 100N 에서 실험후 같은 시편에서 자리를 옮겨 step by step Load으로 300N , 500N, 700N을 가하였다.
가공방향에 대한 표면 거칠기 영향을 관찰하기 위해서 중심선 평균 거칠기를 다르게 가공하였다. 거칠기 값은 Ra(µm)값으로 각 plate마다 3번 측정하여 평균하였다.
가공방향에 대한 표면 거칠기 영향을 관찰하기 위해서 중심선 평균 거칠기를 다르게 가공하였다. 거칠기 값은 Ra(µm)값으로 각 plate마다 3번 측정하여 평균하였다. Table.
Plate에 대해 수직 하중은 step by step load를 가하여 초기 하중을 100N에서 5분간 실험을 하고 50N씩 증가시켜서 700N을 가하였다. 하중 단계에 대한 표면 거칠기 관찰하기 위해서 100N 에서 실험후 같은 시편에서 자리를 옮겨 step by step Load으로 300N , 500N, 700N을 가하였다. 윤활유는 (cSt)34를 사용하였으며 실험 온도는 Room temperature의 대기상태에서 실험하였다.

대상 데이터

본 실험에서 사용된 시편은 기어류나, 축류에 사용되어지는 AISI4137(SCM435) 와 AISI1045(SM45C) 강을 사용하였다. 시편에 대한 물성치는 Table.
본 연구에서 사용된 시험기는 TE67 마멸시험기를 사용하였다. Fig.
하중 단계에 대한 표면 거칠기 관찰하기 위해서 100N 에서 실험후 같은 시편에서 자리를 옮겨 step by step Load으로 300N , 500N, 700N을 가하였다. 윤활유는 (cSt)34를 사용하였으며 실험 온도는 Room temperature의 대기상태에서 실험하였다.
Plate는 가로(58mm) x 세로(38mm) x 두께 (4mm)로 제작 하였고 슬라딩방향과 수직 (Transversal pattern), 경사(obliq pattern), 수평 (longitudinal pattern)으로 가공 하여 방향성을 가지게 가공하였다. 중심선 평균거칠기를 달리하기 위해 숫돌 매시를 달리하여 fig2와 같이 각각의 표면 거칠기 Ra 0.2(µm), 0.5(µm) , 1.0(µm) , 1.2(µm)의 표면을 가지는 plate를 준비하였다.

성능/효과

1. Ra=0.2와 RM.5에서 하중이 증가함에 마찰계수가 감소하였고, Ra=1.2에서는 하중이 증가함에 따라 마찰계수가 증가하였다.
2. Ra=0.2, Ra=0.5, Ra=1.0, Ra=1.2 에서 Transversal pattern 은 obliq pattern 과 longitudinal pattern비해 낮은 마찰계수를 나타내었다.
3. 하중이 증가함에 따라 스커핑 발생 전 단계에서 표면 거칠기(Ra)는 감소함을 보였다.
4. Transversal patterne Ra=0.2와 Ra=1.06fl 서 가장 큰 스커핑 하중을 나타내었다.
CKang⁽²⁾,Bossor⁽³⁾등은 매끈한 표면과 거친 표면은 빨리 파괴가 일어나며 중간정도의 거칠기가 윤활특성이 좋음을 보였으며 , Horng⁽⁴⁾등은 표면이 매끄러짐에 따라 돌기사이의 윤활유 저장 효과가 감소하여 스커핑이 발생한다고 보았다.Martz^⑸는 거친 표면은 돌기사이의 오일공급과 이물질의 탈출작용을 하며 계면사이에 마멸입자들이 메워져 plowing효과를 줄여 거친면이 마찰 특성이 우수하다고 보았다. 표면 거칠기의 마찰특성에 대한 기존의 연구자들은 초기 표면 거칠기가 마찰 마멸에 영향을 주는 인자로 실험되고 설명되었으나 본 연구에서는 표면 가공방향에 대한 마찰 특성 통해 최적의 가공방향 pattern과 표면 거칠기를 제시 하고자 한다.
7에서는 전체적으로 하중이 증가함에 따라 마찰계수의 증가하는 현상을 보여준다. 전체적으로 스커핑 발생하기 전 단계의 하중에서 마찰계수가 상승하는 현상이 나타났다. Transversal patterne 다른 두 시편에 비해 낮은 마찰계수와 높은 스커핑 하중을 가지는 것으로 나타났다.

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