Used cutting fluid from machining processes is harmful to both environment and human health. Chemical substances that provide the lubrication function in the machining process are toxtc to the environment if the cutting fluid is released to soil and water and caused serious health problems to workers who are exposed to the cutting fluid in both liquid and mist form. Recently. cost of using cutting fluid is increasing as the number and the extensiveness of environmental protection laws and regulations increase. Therefore, the use of cutting fluid in machining processes place an enormous burden on manufacturing companies to cover the additional costs associated with their use and protection of our environment. Current trends in manufacturing are focused on minimizing or eliminating the use of metalworking fluids in machining processes. And the increased costs for the disposal of waste products (swarf, coolants and lubricants), especially in industrially developed countries, has generated interest in dry machining. A variety of new techniques are testimony that new technology has rationalized further efforts to research and implement dry machining processes. This paper presents the developed equipment, the process optimization and the applications in the field of surface grinding for the new cryogenic dry machining using a compressed cooling air. The investigated new machining process method shows many advantages compared to conventional techniques with cutting fluid.
본 연구에서는 생산성 향상을 위하여 적용 분야가 점차로 확대되고 있는 고속 절삭가공의 경제성 및 환경비용을 평가하였다. 가공시간 및 가공비용이라는 절삭공정의 경제성 평가 모델과 더불어 수학적으로 모델링 된 절삭유제의 손실량 및 폐 유제 처리비용을 이용하여 환경비용을 고려한 절삭공정의 생산비용을 분석하였다. 분석에는 CBN 볼 엔드밀을 사용한 고속가공과 여러가지 냉각방식을 적용한 고속 선삭가공 공종에 대한 공수수명 및 공구마모 실험 데이터를 이용하였다. 고속 밀링가공에서 절삭속도가 높을수록 생산비용은 작아져서 고속가공의 장점을 그래도 보여주었다. 압축공기, 냉풍, 수용성 절삭유제, 건식 절삭의 네 가지 냉각방법을 사용한 선삭가공의 분석에서는 절삭유제를 이용한 냉각방식이 절삭유제를 사용하지 않은 방식에 비하여 공수수명의 향상으로 생산비용이 작았으나 환경비용을 고려하면 냉풍을 이용한 냉각방식이 생산성과 환경영향의 모든 면에서 가장 우수하였다.
The purposes of using cutting fluid during cutting have been cooling, lubricating, chip washing, and anti-corroding. However, the present manufacturing industry restricts the use of cutting fluid because cutting fluid contains poisonous substances which are harmful to the human body. Therefore dry cutting becomes an unavoidable assignment and a lot of researches have studied cutting methods without using cutting fluid. Because dry turning is a continuous work, tools life is reduced by continuous heat generation and surface gets rough due to reduced lubrication, so it is important to consider these situations. In this paper, the way of selecting the optimal machining condition by the minimum number of experiments and the effectiveness of using compressed air in high hardness materials through Taguchi method have been found. Dry cutting using compressed air showed better cutting characteristics than normal dry cutting with respect to by cutting force, tool wear, and surface roughness. Also, the optimal machining condition f3r dry cutting using compressed air could be selected through Taguchi method.
Environmentally conscious machining and technology have been taking more and more important position in machining process. Since cutting fluid has some impact on environment, many researches are being carried out to minimize the use of cutting fluid. It can be Increased the environmental pollution through not using coolant any more or minimizing it. In this study, the cooling effects of cutting methods using the compressed cold air, dry cutting and cutting fluid will investigate in the blade machining. In order to examine the characteristics of cutting and tool in the environmentally conscious machining, this work investigates experimentally the degree of tool wear, cutting force and characteristics of surface roughness in relation to machining conditions and cooling methods.
This paper presents an analytical and experimental study of a cryogenic machining for precision hard turning. A cryogenic circulation system is designed and mounted on the top of the tool insert. The machining process used is facing operation on a CNC turning center with dry and cryogenic conditions. The tool temperature and cutting forces are measured by the K-type thermocouple and by a three-component Kistler dynamometer, respectively. Both data are fed into the data acquisition program through an A/D card. Surface roughness and form accuracy of the machined surface are measured by WYKO NT2000. It is also found that surface roughness and form accuracy with cryogenic cooling are better than those with no coolant.
표면기술은 수용액 등의 분위기에서 처리하는 습식법(도금기술)과 플라즈마, 진공 등의 분위기에서 처리하는 건식법(박막기술)으로 대별할 수 있다. 1950년대부터 시작된 도금기술은 환경문제, 경제성 등으로 어려움을 겪고 있으나 박막기술은 첨단산업의 추세에 맞추어 기술발전이 극대화되고 시장도 급속히 성장하고 있다. 박막기술중의 중요한 신기술은 다이아몬드 박막 분야인데 수명과 절삭능력이 수십배로 향상될 이 기술은 2~3년 안에 상품화 될 것으로 예상된다.
최근 절삭공구산업은 자동차, 항공기, IT, 선박, 에너지 등 첨단산업의 증가로 인해 CGI, CFRP, 내열합금 등 난삭재의 수요가 증가하고 있다. 난삭재는 고내열, 고경도, 초경량 같은 특성을 지니며 우수한 기계적 물성을 갖지만 가공의 어려움이 있어 산업에 적용하는데 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 개발된 가공기술 중 하드 코팅은 공구코팅비용 대비 공구의 표면경도와 수명을 효율적으로 향상시킬 수 있다고 알려져 있다. 대표적인 하드코팅으로는 AlN계, TiN계 코팅이 있다. 이러한 코팅의 경우 높은 기계적 물성과 우수한 내마모성으로 인해 절삭공구의 성능을 향상시킬 수 있기 때문에, 많은 연구가 진행되고 있으며 절삭공구산업에서 각광받고 있다. 기존 선행연구 결과에 따르면 질화물 코팅의 우수한 물성은 질화물(Nitride) 생성 및 질화 공정에 의한 코팅층의 고밀도화에 의해 나타난다고 알려져 있다. 그 중에서 AlCrN coating은 우수한 내마모성 및 향상된 고온경도를 갖고 있다. AlCrN based coating에 미량의 원소를 첨가하여 기존 AlCrN coating의 기계적 특성을 더욱 향상 시킨 coating은 일반적인 고성능 코팅 대비 공구수명이 길다고 알려져 있으며, 전반적으로 우수한 특성에 의해 전 세계적으로 습식 및 건식 기계 가공 용도로 사용되고 있다. 본 연구에서는 AlCrN based coating에 미량의 원소를 첨가한 coating의 우수한 기계적 특성의 원인을 규명하기 위해 텅스텐카바이드(WC) 기판 위에 아크 이온 플레이팅 장비를 이용하여 AlCrN based coating을 증착 시킨 sample을 분석하였다. 결정구조 및 상 분석을 위해 X선 회절분석(XRD)을 실시하였으며, 미세 구조를 분석하기 위해 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM), 투과 전자현미경(TEM) 분석을 실시하였다. 또한 코팅층의 화학적 성분 분석을 위해 EDX분석을 실시하였으며 기계적 특성 평가를 위해 나노압입시험(Nano-indentation test)을 진행하였다.
본 연구는 알루미나계 세라믹의 소결 다이아몬드 공구로 절삭시의 칩의 형태 와 절삭저항을 관찰하였다. 절삭 양식은 건식과 습식으로 하고, 여러 가지 적삭조건 에 따른 flank 마멸의 진행과정, 가공면의 표면거칠기에 미치는 영향 및 가공면의 크랙 상태를 조사형 현미경으로 확대 검출하여 가공상태를 정밀하게 조사, 측정하였 다.
In industrially advanced countries, environmentally conscious machining was eagerly studied because of ecological and economical reasons. As the environmental regulations become stricter, new machining technologies which take environmental aspects into consideration are being developed Industry and research institutions established applications for dry, semi-dry, oil-mist and compressed cold air machining. This paper investigates the performance of new compressed cold air system for environmentally conscious machining and evaluates machinability of dry and new compressed cold air machining. A series of tests are carried out using measuring eqipments under dry and compressed cold air machining.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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