초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 진동변조지원 절삭가공기법을 이용하여 가공물의 표면에 기능성을 부여하기 위하여 표면을 조직하고(surface texturing), 또한 조직하는 기법을 응용하여 크기가 균일하고 형상을 제어할 수 있는 미세금속입자를 생산하는 기술을 개발하는 것이다. 이를 위하여, 직교하는 두 방향으로 저주파 진동수를 변조하고 진동의 폭을 증폭하는 기구를 갖는 공구홀더를 개발한다. 개발된 공구를 이용하여 선삭가공 또는 평삭가공면에 대해 각종 형상의 패턴을 가공해내며 이를 이용하여 딤플의 효과를 검증하고자 한다.

연구의 목적 및 내용
본 연구는 진동변조지원 절삭가공기법을 이용하여 가공물의 표면에 기능성을 부여하기 위하여 표면을 조직하고(surface texturing), 또한 조직하는 기법을 응용하여 크기가 균일하고 형상을 제어할 수 있는 미세금속입자를 생산하는 기술을 개발하는 것이다. 이를 위하여, 직교하는 두 방향으로 저주파 진동수를 변조하고 진동의 폭을 증폭하는 기구를 갖는 공구홀더를 개발한다. 개발된 공구를 이용하여 선삭가공 또는 평삭가공면에 대해 각종 형상의 패턴을 가공해내며 이를 이용하여 딤플의 효과를 검증하고자 한다.

연구결과
표면조직은 특정 공작물의 표면에 공학적 목적에 맞도록 표면처리 하는 것이다. 이러한 목적으로 연구되는 대표적인 분야가 생체모방을 통한 표면가공으로, lithography기법을 이용하여 연꽃잎에 있는 돌기 모양을 만들어서 소수성을 만드는 것이다. 이러한 표면 조직을 위해서 다양한 공학적 방법이 출현되었으나, 형상의 제어가 쉽고, 공정이 간단하며, 재현성 및 신속성 때문에 기계적인 방법, 특히 절삭기법이 주목을 받고 있다.
절삭으로 표면조직을 하기 위해서는 절삭공구가 적당한 주파수 및 진폭으로 가진이 되어야 하며, 특정 패턴을 만들기 위해서는 변조가 가능해야 하고 공구의 움직임이 커야 한다. 따라서 본 연구에서는 진동의 변조가 가능하고, 진폭의 증폭이 가능하며, 직교하는 두 방향으로 동작되는 공구홀더를 갖는 절삭을 통하여 다양한 형상의 패턴이 절삭가능함을 보였다. 진동변조지원 절삭가공은 선삭가공면 뿐만 아니라 평삭가공에도 적용을 하며, 가공시에 패턴의 측면에서 발생되는 버나 표면조도 등 가공표면의 품위를 가장 좋게 하는 절삭조건을 탐색하였다. 이러한 방법으로 만들어진 표면에 대해서 tribology 실험을 통하여 제안된 기법으로 만들어진 딤플의 효용성을 검증하였다.

연구결과의 활용계획
최근 환경 또는 에너지 절감차원에서 기능성 표면조직에 많은 관심이 일어나고 있다. 대표적으로 보면, 엔진 실린더 내벽에 레이저로 표면조직을 함으로써 윤활성이 매우 좋음을 보여주었다. 이러한 분야에 패턴의 질적 품질이 양호하고 생산성이 매우 높은 절삭가공법에 의한 표면조직은 공학적으로 매우 필요하다. 특히 본 연구에서 제안하는 두 방향 진동변조기능을 갖는 경우에는 패턴 형성에 다양성과 유연성을 높여줄 수 있고, 선삭 및 평삭에 모두 사용가능하다.

Abstract ▼

Purpose&contents
This research aims for the vibration modulation assisted machining which is able to produce textured surface. In addition, this method is alteratively used for the production of metal particulate which gives uniform size and the shape changeable. To this end, tool holder will be

Purpose&contents
This research aims for the vibration modulation assisted machining which is able to produce textured surface. In addition, this method is alteratively used for the production of metal particulate which gives uniform size and the shape changeable. To this end, tool holder will be invented, which gives two directional vibration modulation and amplifies the displacement. Various patterns will be cut in turning or milling by using the developed tool holder. Finally, tribology experiment will show the effectiveness of the dimple manufactured by the proposed method.

Result
Surface texturing is a machining process on the surface to give engineering functions. The representative process of the surface texturing is lotus effect to give hydrophobic property by the lithography and chemical etching, which is the bio mimic from the nature.
Even though a lot of processes have been presented, the mechanical methods, specially cutting, is worthy of notice since the pattern shape can be easily controllable, simple processes, repeatability, and speedy. In order to texture a surface by cutting, the frequency and amplitude have to be modulated and the displacement must be amplified. To this regard, two directional vibration modulated tool holder have been researched. Surface texturing using modulated tool holder was applied to the turning process as well as milling. During the process, the optimal cutting and modulation conditions have been searched to minimize the side burr formation and to get good surface integrity. To validate the effectiveness of the manufactured micro dimple for the friction reduction, the tribology experiment as well as the analytical method for the pressure rise in the vicinity of the micro dimple were carried out. From these results, the 40% friction reduction were available under the best conditions.

Expected Contribution
Surface texturing is noticeable in the sense of environment and energy saving. For instance, tribology performance can be increased by texturing the inner surface of the cylinder of the car engine. The cutting among the surface texturing methods is inevitable to assure the pattern quality and productivity. Specially, two directional vibration modulation assisted machining is very useful in terms of flexibility and dexterity in the pattern generation. This will be applied in the field of piston ring of the automobile engine as well as the rolling bearing parts.

목차 Contents

• 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 18
• 4. 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 57
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 60
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 61
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 63
• 8. 참고문헌 ... 64
• 9. 연구성과 ... 65
• 10. 기타사항 ... 68
• 끝페이지 ... 83