[논문]자동 정렬 펀칭 시스템의 개발과 디버링

홍남표; 신홍규; 김병희; 김헌영

문제 정의

주는 인자가 전단날 사이의 간극이다. 따라서 본 연구에서는 직접 통전 방식에 의한 펀치-다이 정렬 방식을 이용하여 마이크로 펀칭 시스템이 보다 정밀한 펀치-다이 정렬을 수행할 수 있도록 하여 펀칭 시 버 발생을 최소화 및 제안된 정렬 방법의 유용성 검증에 있다.
그러나 이러한 버를 완전히 제거하기란 현실적으로 불가능하다. 본 연구에서는 발생한버의 크기를 최소화하는 것이 궁극적인 목적이며, 이를 위하여 마이크로 펀칭 시스템을 제작하였다. 자체 설계/ 제작한 마이크로 펀칭 시스템은 기본적으로 3×3mm의 사각형 홀을 펀칭 할 수 있게 하였으며, 펀치와 다이를 교체함으로써 1×lmm, 0.
본 연구에서는 수치 제어에 의해 구동되어지는 정밀 펀칭시스템을 개발하였다. l㎛의 수치 정밀도를 가지는 X-Y 테이블 및 스텝모터를 이용하여 미세 이송이 가능한 다이와 박판 재료의 평면 이송 시스템을 구비한 수치 제어형 자동 펀칭 시스템을 제작하였다.
본 연구에서는, 펀칭 공정에서 발생하는 버를 균일하고 최소화하기 위해 직접 통전 방식과 자체적으로 본래의 위치로 귀환하는 펀치-다이의 자동 정렬을 소개했다.
그러나 이 경우는 단지 초음파 진동에 의한 슬러리 입자의 충격력에만 의존하여 디버링을 유도하였기 때문에 버 끝(팁: tip)이 매우 작고 소성 변형 경화를 겪은버를 제거가 쉽지 않다. 이러한 단점을 보안하기 위하여본 연구에서는 그림 2와 같은 새로운 디버링 방법을 제안하였다. 이 경우는 슬러리 입자의 직접 충격에 의한 효과와 초음파 진동에 의한 슬러리 입자의 유동에 의한 효과가 동시에 고려되기 때문에 기존의 방법보다 디버링효과가 크게 나타났다.
그리고, 레이저 측정을 이용하여 버 높이를 개괄적으로 측정하여 DECM의 오차를 줄일 수 있었다. 잔류버를 제거하기 위하여, 초음파를 이용하여 해결할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

제안 방법

개발하였다. l㎛의 수치 정밀도를 가지는 X-Y 테이블 및 스텝모터를 이용하여 미세 이송이 가능한 다이와 박판 재료의 평면 이송 시스템을 구비한 수치 제어형 자동 펀칭 시스템을 제작하였다. 직접통전방식(direct electric current method : DECM)을 이용하여, 펀치와 다이간의 버 크기와 높이를 최소화 및 균일하게 하였다.
기존의 레이저 스팟 크기의 문제와 측정각을 해결함으로써 보다 정밀한 버의 형상과 크기에 대해서 알 수 있었으며, 또한 전단 시 자동 정렬에도 사용되어 질 수 있다 그리고, 남아있는 버를 제거하고 버 없는 펀치 요소를 얻기 위하여, 초음파를 이용한 역류 저항식의 디버링 방법을 또한 제시하였다. 펀칭후, 디버링 공정의 전후를 비교한 결과는 이를 잘 증명하는 예이다.
특히 미세 박판의 경우 기계 가공이나 수작업이 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 초음파 가공의 특성을 전단 시 발생한 버를 제거하기 위한 디버링 공정에 적용하였다.
레이저 버 측정 시스템은 버의 정밀한 측정을 위해 개발하였다. 기존의 레이저 스팟 크기의 문제와 측정각을 해결함으로써 보다 정밀한 버의 형상과 크기에 대해서 알 수 있었으며, 또한 전단 시 자동 정렬에도 사용되어 질 수 있다 그리고, 남아있는 버를 제거하고 버 없는 펀치 요소를 얻기 위하여, 초음파를 이용한 역류 저항식의 디버링 방법을 또한 제시하였다.
그러나 얇은 박판에 발생한 버는 그 크기가 매우 작아 측정상의 많은 문제점을 야기한다. 본 연구에서는 레이저를 이용한 비접촉식 버 측정을 실행하였다. 하지만, 버의 크기에 비해서 현저히 큰 레이저 스팟 사이즈에 따른 오차가 매우 컸으며, 버의 반경에 따른 측정하지 못하는 부분이 있었다.
이를 해결하기 위해서, 스팟 사이즈를 줄이고, 즉 정각을 변화시키는데 주안점을 두었다. 스팟 사이즈는 레이저 프로브 앞에 애크로매틱 더블릿 렌즈(achromatic doublet lens)를 사용하여 스팟 사이즈를 줄였으며, 측정 각도 대략 45°로 하여 버의 반경에 의해 측정하지 못한 부분을 측정하였다. 그리고 회전 테이블을 이용하여 180°로 위상을 바꾸어 측정각에 따른 오차를 재 측정함으로써 줄일 수 있었다.
그러나 이 방법을 사용할 경우 펀치가 다이에 수 mm로 접근했을 때 접촉이 일어나지 않은 상태에서 통전이 발생하였다. 이러한 오차를 줄이기 위해 많은 실험을 수행한 후 기준이 되는 전류 세기를 선정하고 그 전류 세기를 기준으로 접촉을 판별하였다.
하지만, 버의 크기에 비해서 현저히 큰 레이저 스팟 사이즈에 따른 오차가 매우 컸으며, 버의 반경에 따른 측정하지 못하는 부분이 있었다. 이를 해결하기 위해서, 스팟 사이즈를 줄이고, 즉 정각을 변화시키는데 주안점을 두었다. 스팟 사이즈는 레이저 프로브 앞에 애크로매틱 더블릿 렌즈(achromatic doublet lens)를 사용하여 스팟 사이즈를 줄였으며, 측정 각도 대략 45°로 하여 버의 반경에 의해 측정하지 못한 부분을 측정하였다.
사이에 전기적 절연을 유도하였다. 이후, 스테핑 모터에 작동 펄스(pulse)를 입력하여 X-Y 테이블을 상/하, 좌/우로 구동시켜 각각의 접지된 지점을 찾고 상/하, 좌/ 우 지점간의 펄스를 계산하여 펄스값의 1/2이 되는 지점으로 X-Y 테이블을 이동시킴으로써 펀치-다이 정렬을 수행하였다. 물론, 이때 모터의 백래쉬(backlash)와 스틱 슬립(stick-slip)을 염두해 두어야 한다.
자동 정렬 펀칭 공정을 수행 후' 남아 있는 버를 제거하기 위해서 디버링 공정을 수행하였다. 표 1과 같은 조건하에, 디버링 공정의 연구는 디버링 특성을 얻기 위하여 실험적으로 수행하였다 실험 소재로는 사각 홀이 편칭되어져 있는 0.
본 연구에서는 발생한버의 크기를 최소화하는 것이 궁극적인 목적이며, 이를 위하여 마이크로 펀칭 시스템을 제작하였다. 자체 설계/ 제작한 마이크로 펀칭 시스템은 기본적으로 3×3mm의 사각형 홀을 펀칭 할 수 있게 하였으며, 펀치와 다이를 교체함으로써 1×lmm, 0.5×0.5mm 사각홀 뿐만 아니라 원형, 타원형, 직사각형 등 다양한 모양의 제품을 펀칭할 수 있도록 하였다. 그림 1과 같이 펀칭 헤드부, 소재이송부, 그리고 X-Y 테이블로 구동되는 펀치와 다이 정렬부로 구성된다.
자체 제작한 마이크로 펀칭 시스템을 이용하여 두께 0.15 mm의 알루미늄판에 대하여 초기 임의의 위치에서 펀칭 실험을 수행하고, 펀치-다이 정렬을 수행한 후 다시 펀칭 실험을 실시하였다. 실험에 사용된 펀치와 다이의 a기는 각각 3×3 mm와 3.
직접통전방식(DECM)에 의한 펀치와 다이 사이의 간극 및 정렬 제어는 마이크로 펀칭 시스템 설계 시 하부금형과 X-Y 테이블의 베이스 사이를 절연하여 펀치와 다이 사이에 전기적 절연을 유도하였다. 이후, 스테핑 모터에 작동 펄스(pulse)를 입력하여 X-Y 테이블을 상/하, 좌/우로 구동시켜 각각의 접지된 지점을 찾고 상/하, 좌/ 우 지점간의 펄스를 계산하여 펄스값의 1/2이 되는 지점으로 X-Y 테이블을 이동시킴으로써 펀치-다이 정렬을 수행하였다.

대상 데이터

15 mm의 알루미늄판에 대하여 초기 임의의 위치에서 펀칭 실험을 수행하고, 펀치-다이 정렬을 수행한 후 다시 펀칭 실험을 실시하였다. 실험에 사용된 펀치와 다이의 a기는 각각 3×3 mm와 3.02×3.02 mm로 펀치와 다이의 정렬이 정확하게 맞았을 경우 공칭 간극은 10 ㎛ 이 된다. 그림 3(a)는 초기 임의의 위치에서 펀칭한 SEM 사진이다.
같다. 측정 재료는 그림 3(a)와 같이 좌측에 버가발생한 두께 0.15 nm의 알루미늄 사용하였다. 본 그래프는 45°로 경사지게 레이저로 측정한 값과 회전 테이블을 이용하여 180° 위상을 변화시켜서 측정한 값을 수치 평균적으로 계산하여 나타낸 그림이다.
위해서 디버링 공정을 수행하였다. 표 1과 같은 조건하에, 디버링 공정의 연구는 디버링 특성을 얻기 위하여 실험적으로 수행하였다 실험 소재로는 사각 홀이 편칭되어져 있는 0.2mm의 알루미늄 박판을 사용하였다. 그림 5는 초음파에 의한 버의 와 같은 방법을 사용하여, 디버링은 가공력(load)과 가공 입자의 크기와 종류에 따른 실험을 수행하였다 가공력이 커질수록 버 제거율도 동시에 증가했지만, 지나치게 힘이 커지게 되면, 박판의 표면 거칠기가 나빠졌을 뿐만 아니라, 표면에 가공 흔적이 뚜렷하게 남았다 따라서 적절한 가공력의 선택이 중요함을 알 수 있었다 그리고, 가공 입자의 종류와 크기에 따른 디버링 효과는 산화규소계 CG입자가 가장 컸으며, 입자 크기에 따른 영향은 #600이 #320보다 다소 효과가 크게 나타났으나 큰 차이는 보이지 않았다.

이론/모형

l㎛의 수치 정밀도를 가지는 X-Y 테이블 및 스텝모터를 이용하여 미세 이송이 가능한 다이와 박판 재료의 평면 이송 시스템을 구비한 수치 제어형 자동 펀칭 시스템을 제작하였다. 직접통전방식(direct electric current method : DECM)을 이용하여, 펀치와 다이간의 버 크기와 높이를 최소화 및 균일하게 하였다. 그리고, 레이저 측정을 이용하여 버 높이를 개괄적으로 측정하여 DECM의 오차를 줄일 수 있었다.

성능/효과

스팟 사이즈는 레이저 프로브 앞에 애크로매틱 더블릿 렌즈(achromatic doublet lens)를 사용하여 스팟 사이즈를 줄였으며, 측정 각도 대략 45°로 하여 버의 반경에 의해 측정하지 못한 부분을 측정하였다. 그리고 회전 테이블을 이용하여 180°로 위상을 바꾸어 측정각에 따른 오차를 재 측정함으로써 줄일 수 있었다.
직접통전방식(direct electric current method : DECM)을 이용하여, 펀치와 다이간의 버 크기와 높이를 최소화 및 균일하게 하였다. 그리고, 레이저 측정을 이용하여 버 높이를 개괄적으로 측정하여 DECM의 오차를 줄일 수 있었다. 잔류버를 제거하기 위하여, 초음파를 이용하여 해결할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
2mm의 알루미늄 박판을 사용하였다. 그림 5는 초음파에 의한 버의 와 같은 방법을 사용하여, 디버링은 가공력(load)과 가공 입자의 크기와 종류에 따른 실험을 수행하였다 가공력이 커질수록 버 제거율도 동시에 증가했지만, 지나치게 힘이 커지게 되면, 박판의 표면 거칠기가 나빠졌을 뿐만 아니라, 표면에 가공 흔적이 뚜렷하게 남았다 따라서 적절한 가공력의 선택이 중요함을 알 수 있었다 그리고, 가공 입자의 종류와 크기에 따른 디버링 효과는 산화규소계 CG입자가 가장 컸으며, 입자 크기에 따른 영향은 #600이 #320보다 다소 효과가 크게 나타났으나 큰 차이는 보이지 않았다.
이러한 단점을 보안하기 위하여본 연구에서는 그림 2와 같은 새로운 디버링 방법을 제안하였다. 이 경우는 슬러리 입자의 직접 충격에 의한 효과와 초음파 진동에 의한 슬러리 입자의 유동에 의한 효과가 동시에 고려되기 때문에 기존의 방법보다 디버링효과가 크게 나타났다. 그러나 제안된 디버링 방법의 경우 롤오버 부분에서의 표면 가공이 발생할 수 있으므로 사용되는 제품의 용도에 따라 가공 시 공구의 위치 선정에 주의해야 한다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

자동 정렬 펀칭 시스템의 개발과 디버링
Development of auto-alignment punching system and de-burring 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

자동 정렬 펀칭 시스템의 개발과 디버링 Development of auto-alignment punching system and de-burring 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

자동 정렬 펀칭 시스템의 개발과 디버링
Development of auto-alignment punching system and de-burring 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper