미래지향적 고부가가치의 첨단산업 전반에 걸쳐 기계요소 부품 재료로서 주목받고 있는 화인 세라믹스의 가공에 있어 다이아몬드 연삭 숫돌에 의한 연삭, 절단 가공은 가장 중요한 위치를 차지하고 있는 기계적 제거 가공법이다. 그러나 세라믹스는 고경도, 고강도, 경취성 재료이기 때문에 다이아몬드 지립의 절인 마모가 빨라 능률적인 가공을 장시간 유지하기가 곤란하다. 여기서는 국내 기계 가공 작업 현장에 있어서 부품의 신소재 대체에 따라 필연적으로 사용하게 된 다이아몬드 연삭 숫돌에 대하여 작업자들이 범용 숫돌 사용시의 고정 관념만을 갖고 새로운 공구에 관한 기초 지식이나 Know-how없이 가공작업에 임하는 경우가 많아, 압력 절입 방식에 있어서의 연삭 능률 비교를 중심으로 평면 연삭이나 절단 등의 강제 절입 방식에 있어서의 연삭비, 연삭저항 등의 데이터도 첨부하여 세라믹스 가공을 위한 다이아몬드 연삭공구의 조건에 대해 논하고자 한다.
최근 신 연삭 공구인 미세한 지립의 다이아몬드 휠을 이용함으로써 고경도와 취성을 지니는 엔지 니어링 세라믹스등의 신소재및 초경재 등 난삭재류를 대상으로 경면 가공을 추구하고자 노력이 진행중이다. 이는 래핑이나 폴리싱 등의 유리 지립에 의한 경면 창성법에 비하여 가공 능률이나 가공 정도가 높고 곡면이나 홈 등의 복잡 형상부의가공에도적용할 수 있다는 잇점이 있기 때문이다. 따라서 현재 이러한 신 연삭 가공법은 지금까지 연삭 가공후에 연마 가공 공정을 부가함으로써 초정 밀 효과를 지닐 수 있었던 각종 부품들에대한 단일 최종 마무리가공 공정으로의 응용에많은 기대를 걸고 있다. 본 연구는 높은 압축 강도치, 고온경도치와 내마모성, 강성 등을 지님으로써 외부 압력에 대한 변형률이 극히 적어 금형 칫수에가까운 제품을 생산할 수 있다는 특성으로 근래그 사용도가 급증 하고 있는 초경합금 금형재를 대상으로 해그 동안 난삭재에 대한 최적 가공 조건 설정이 정립되어 있지 못했던 관계로 인하여 기존의 숙련자 경험에만 주로 의존 할 수 밖에 없었던 단순한 다이아몬드 연삭 공구의 활용추세로부터 탈피하고 Diamond wheel 및 범용 연삭 공구를 최적으로 활용함으로써 연삭 가공의 초정밀화를 달성하며후 가공을 생략할 수 있는 가공 공정을 창출 해내기위하여, 상관 관계를 연삭 저항 및 가공 표면 품위등의 측면으로분석, 평가해봄으로써 초정밀 가공 차원에서의 최적 가공 조건 설정을 위한 지침을 명확하게 규명하기 위하여 실험적으로 수행하게 된 것이다.
In this study, ultrasonic vibration tool designed and made by using FEM analysis. And machining test was carried out in various machining conditions using ultrasonic vibration capable CNC machine. For work material, alumina ceramic ($Al_2O_3$) was used while for tool material diamond electroplated grinding wheel was used. To evaluate ultrasonic vibration effect, grinding test was performed with and without ultrasonic vibration in same machining condition. In ultrasonic mode, ultrasonic vibration of 20kHz was generated by HSK 63 ultrasonic actuator. The two grinding speeds, 1.67m/s and 3.35m/s, were applied. On the other hand, grinding forces were measured by KISTLER dynamometer.
21세기 들어 BT, IT, NT, ST 관련 첨단산업이 우리나라의 미래를 선도할 산업으로 새롭게 부각되고 있다. 이들 산업의 핵심 부품 가공에 다이아몬드 선반을 이용한 초정밀 가공 기술은 계속해서 활용폭이 커질 뿐만 아니라 현재보다 한 단계 더 높은 가공정도, 즉 마이크로 이하 나노단위의 초정밀 가공기술이 요구될 것이다. 따라서 우리나라의 초정밀 가공 기술 분야에서 국가적인 기술요구에 부응하고 선진국에 대한 기술경쟁력을 확보하기 위해서는 다이아몬드공구 및 연삭 휠을 이용한 초정밀 가공의 기초 기술에 대한 보다 많은 연구가 필요하다.
화인세라믹의 우수한 공학적 특성으로 인한 최근의 이용가치 증대와 더불어 세라믹의 고정도 가공에 대한 관심이 높아지고 있다. 다이아몬드휠을 이용한 연삭이나 다이아몬드 공구를 이용한 선삭에 의해 세라믹의 고정도 표면생성을 실현시키고자 하는 연구가 활발히 진행되고는 있으나 아직 미흡한 상태에 있다. 따라서 전통적으로 고정도 표면생성에 널리 용되어 온 래핑에 의한 표면다듬질이 현재 행하여지고 있는 일반적인 방법이다. 본 연구에서는 화인세라믹의 고정도 표면생성을 위한 원통래핑 공정의 최적화 방법으로 실험계획법의 한 응용분야인 반응표면분석법을 이용하였으며 그 결과, 적은 재료와 시간으로 능률적이고 체계적인 실험 및 통계적인 분석을 통해서 원통세라믹의 고정도 표면생성을 위한 최적래핑조건을 찾아내었다.
마이크로 일렉트로닉스(Microelectronics)를 중심으로 하는 산업혁명이 진행되고 있는 시점에서 전자, 광학 또는 신소재 부품에 대한 형상과 치수 또는 표면거칠기에 대한 정확도와 정밀도가 엄격하게 요구되고 있다. 예를 들어 경취 재료인 반도체의 웨이화( w-afer), 수정진동자 자기헷트, 비구면렌즈 또는 연질 금속의 레이저빔(Laser Beam) 프린터 용 포리곤 밀러(Polygon Mirror), 자기디스크, 복사기용 드럼(drum), 레저기기용 반사밀러 등 가공정밀도를 향상시키기 위해서는 과거의 가공기술을 대치할 수 있는 새로운 초정밀가공 기술의 도입이 활발하게 진행되고 있다. 경취성 재료의 초정밀가공은 지금까지는 랩핑(lappi- ng), 폴리싱(polishing)의 가공기술이 주체였으나, 최근의 엄격한 부품정밀도에 대응하기 위하여 전가공을 초정밀 연삭가공으로 평면도,표면거칠기, 가공변질층을 향상시키고 다듬질 가공은 폴리싱으로 하여 표면거칠기를 향상시켜야 하는 가공기술이 보급되고 있다. 일반연질 금속의 다듬질가공은 유리지립을 이용하는 랩핑이나 폴리싱으로 다듬질 가공을 진행하고 있었 으나 형상정도와 표면정밀도를 동시에 얻는다는 것이 어렵고 또 가공시간이 너무 길어서 매우 고가인 것이 되고 말았다. 그러나 유리에서 연질금속으로 재료를 전환시키고 저가격화, 양산 화의 요구, 정밀도 향상과 부품의 안정화 등등 여러 이유로서 다아아몬드(Diamond) 공구로 mirror surface 를 만드는 초정밀 경면연삭 가공기술(precision turning with diamond)의 발달 로 이제는 완전히 새로운 가공기술로 대치되고 말았다. 다이아몬드에 의한 초정밀절삭은 공구 끝이 매우 예리하고 마모가 매우 적은 단결정 다이아몬드를 이용하고 절삭가공 기계는 운동정도 를 피가공물에 정확히 전사 시키는 방법이며 따라서 가공기계는 고도의 운동정밀도가 요구되며 그외에 강성, 진동, 열변이, 제어면에서 엄격한 검도가 있어야 한다.
최근 IT산업으로 대표되는 광통신 및 광신호 전달에 이용되는 광 반사경 및 렌즈어레이, 광가이드 판넬(BLU, FLU)등 광부품의 수요가 급증하고 있고, 이의 생산을 위한 다양한 제조공정이 연구 개발되고 있다 근년까지 이러한 마이크로 광부품의 제조방법은 포토리소그래피, 에칭기술을 베이스로 한 MEMS 기술, PDMS를 이용한 복재기술에 크게 의존하고 있다. 기계적 가공법으로는 오래전부터 초정밀 경면 선삭이나 연삭에 의한 마이크로 렌즈와 미세 패턴의 금형가공이 이루어져 왔다.(중략)
In the semiconductor and display component industries, the use of ceramic materials, which are high-strength materials, is increasing for ensuring durability and wear resistance. Among them, alumina materials are used increasingly. Alumina materials are extremely difficult to process because of their high strength; as such, research and development in the area of mineral material processing is being promoted actively to improve their processing. In this study, the processability of an electrodeposition tool is investigated using the electrodeposition method to smoothly process alumina materials. Furthermore, processing is conducted under various processing conditions, such as spindle speed, feed speed, and depth of cut. In addition, the processing characteristics of the workpiece are analyzed based on the tooling.
본 연구에서는 최근들어 첨단 가공기술로서 중요시되고있는 초정밀 경면가공기술의 기본원리를 이해하고 관련지식을 습득하여 향후 보다 나은 상태의 경면가공을 위한 기초를 확립하는데에그 목적을 두었다. 실험을 위한 공작기계는 초정밀 만능 연삭반( high precision universal grinder)에 플라이컷(fly-cut)방식에 의한 절삭가공이 가능 하도록 여러가지장치들을 부착하였으며, 절삭공구는 천연 다이아몬드를 사용하고, 피삭재는 A1-Cu-Ni-Mg 합금을 사용하였다. 본 실험에서는 주어진 조건내에서 어느정도의 표면 조도를 달성할수 있는지를 알아보고 그 과정을 통하여 공작기계, 공구, 피삭재등의 영향과 절삭력, 칩, 표면상태등을 고찰하여 여러가지 현상을 규명하여 향후의 발전을 위한 대책에 활용하고자 한다.
Since polycrystalline diamond (PCD) has high hardness like diamond, it has been used as tool material for lathe and milling of non-ferrite material. A micro tool fabricated from PCD material can be used for micro machining of hard material such as tungsten carbide, glass, and ceramics. In this paper, micro PCD tools were fabricated by micro EDM (electrical discharge machining) and used for micro grinding of glass. Craters generated on the tool surface by EDM spark work as like grits in grinding process. The effects of tool shapes, tool roughness and PCD grain size were investigated. Also studied was a hybrid process combining electrochemical discharge machining (ECDM) and micro grinding for micro-structuring of glass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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