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문제 정의
- 본 실험은 초정밀가공인 자기연마법을 이용하여 위생용 STS304 용접 파이프 내면을 신속하게 연마하고, 그 가공 값이 0.1“mRa이하로 가공되는 조건을 찾는 것을 목적으로 한다,
제안 방법
- Fig. 3과 같은 시편을 범용선반에 부착된 자기연마 기구에 장착한 후 파이프 외면과 자극봉 사이의 공극(air gap)을 2mm로 설정한 후 자기연마재를 파이프 내에 투입하여 자기연마 실험을 수행하였다.
- 5Tesla까지 발생시킬 수 있도록 제작 되었다. 또한 장시간의 가공으로 코일부에 발생되는 열과 일정한 자기력을 유지하기 위하여 냉각장치를 장착하였다.
- 본 실험은 Ba-FerHte를 자성재료로 하고 GC 지립과 합성 제조한 후 평균 입자 0.5~ 1mm 크기로 제작된 자기연마재를 이용하여 자기연마 가공을 수행하였다.
- 연마속도의 변화가 파이프 내면 거칠기에 미치는 영향을 알아보기 위하여 연마속도를 37.3, 45.8, 55.4, 79.2, 91.6m/min으로 변화를 주고, 자속밀도 5000G, 이송속도 0.15mm/rav, 연마횟수 2pass, 입도 #2000의 자기연마재로 가공을 수행하였다. Fig.
- 연마횟수의 변화가 파이프 내면 거칠기에 미치는 영향을 알아보기 위해 연마횟수를 2, 4, 6, 8, 10회로 변화를 주어 연마속도 79.2m/min, 자속밀도는 5000G, 이송속도 0.15mm/rav, 자기연마재 입도 #2000으로 자기연마 가공을 수행하였다. Fig.
- 이송속도의 변화가 파이프 내면 거칠기에 미치는 영향을 알아보기 위해 이송속도를 0.15, 0.24, 0.36, 0.44, 0.53mm/rav로 변화를 주고 연마속도 79.2m/min, 자속밀도 5000G, 연마횟수 2pass, 입도 #2000의 자기연마재로 가공을 수행하였다. Fig.
- 1과 같이 180° 방향에 배치되어 있으며 고구배 전자석으로서 구성되어 있다. 자극과 공작물 사이의 공극(air gap)을 자유롭게 조절할 수 있는 구조로 되어있으며, N-S자극을 근접하였을 때 최대 자속밀도는 1.5Tesla까지 발생시킬 수 있도록 제작 되었다. 또한 장시간의 가공으로 코일부에 발생되는 열과 일정한 자기력을 유지하기 위하여 냉각장치를 장착하였다.
- 자기력 발생 장치의 자기력은 KANETEC사의 TESLA METER TM-501 로 측정하여 실험하였다. Fig.
- 자기연마재의 입도 변화가 파이프 내면 거칠기에 미치는 영향을 알아보기 위해서 입도를 #120, #320, #1000, #2000, #3000, #4000으로 변화를 주고 연마속도 79.2m/min, 자속밀도 5.000G, 이송속도 0.15mm/rav, 연마횟수 2pass로 자기연마 가공을 수행하였다. Fig.
- 자속밀도의 변화가 파이프 내면 거칠기에 미치는 영향을 알아보기 위해 자속밀도를 1000, 2000, 3000, 4000, 5000G로 변화를 주고 연마속도 79.2m/min, 자속밀도 5000G, 이송속도 0.15mm/rav, 연마횟수 2pass, 입도 #2000의 자기연마로 가공을 수행하였다. Fig.
- 본 실험을 위해서 설계 . 제작된 자기력 발생 장치를 화천기계(주)에서 생산한 WHPL-380L 범용선반에 부착하여 자기연마 가공을 수행하였다. Fig.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 시편은 위생용으로 쓰이고 있는 STS304 용접 파이프이다. 용접된 파이프 내면은 용착금속으로 인한 요철과 융합부와 모재 사이에 변질부가 존재한다.
- 본 실험에서는 위생용으로 쓰이고 있는 STS304 용접파이프이며, 파이프 제작시 발생된 요철에 의해 이물질이나 미생물이 접착하여 위생 파이프로서의 용도가 떨어지므로, 후 가공으로 비접촉식 연마방법인 전해연마가 활용되고 있으나, 전해액등의 폐기물처리의 문제점 때문에, 신속하고 안전하며 환경친화적인 가공법이 대두 되고 있다.
성능/효과
- 1) 연마속도 79.2m/min, 자속밀도 5000G, 이송속도 0.15mm/rav, 연마횟수 2pass, 입도 #2000의 자기연마재로 연마했을 때 0.1 ㎛iRa의 거칠기 값을 얻을 수 있었다.
- 2) 전자석의 자속밀도가 증가함에 따라 거칠기 값이 향상됨을 알 수 있었다.
- 3) 이송속도가 증가함에 따라 거칠기 값이 나빠짐을 알 수 있었다.
- 15mm/rav, 연마횟수 2pass, 입도 #2000의 자기연마재로 가공을 수행하였다. Fig. 5에서 볼 수 있는 바와 같이 모든 조건에서 가공전 내면 거칠기 값보다 향상됨을 알 수 있었다. 연마속도 55.
- 본 실험에 사용된 자기력 발생 장치는 현장에서 적용이 간편하며, 자기력의 조절이용이하여 자기력의 크기를 다양하게 변화시키면서 가공을 수행할 수 있는 장점이 있다. 자기력 발생 장치는 N-S자극이 Fig.
- 5에서 볼 수 있는 바와 같이 모든 조건에서 가공전 내면 거칠기 값보다 향상됨을 알 수 있었다. 연마속도 55.4, 79.2m/min에서 변질부의 거칠기 값이 0.07㎛Ra로 다른 부분보다 양호한 거칠기 값을 얻을 수 있었다. 이는 변질부의 경도가 다른 부분에 비하여 낮아서 동일한 가공조건에서 연마량이 많기 때문이라 사려 된다.
후속연구
- 4) 자기연마법을 활용함으로써 작업의 안전성을 높이고 청정 파이프 제조분야에 기여할 것으로 기대된다.
- 1/zmRa이하였다. 6pass 이상의 가공에서 파이프 내면의 전부분에서 0.1 ㎛Ra이하의 양호한 거칠기 값을 얻을 수 있었으나 가공시간이 길어져 실제 파이프 제조에 적용하기 힘들기 때문에 어닐링 하여 내부의 잔류응력을 없애고 결정립을 표준화 시킨 후 자기연마 가공을 수행한다면 2pass가공에서도 파이프 내면 거칠기 값이 0.1/zmRa의 평활한 가공이 될 것으로 기대된다.
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