현재 난삭재 가공에는 연삭가공기술이 널리 쓰이고 있다. 하지만 연삭가공은 냉각액, 절삭유 등의 소모가 많아 환경에 나쁜 영향을 미치고 에너지 소모도 크다. 최근에 LAM(레이저 보조가공) 등의 기술개발이 이루어져 기존보다 더 효율적으로 난삭재를 가공할 수 있게 되었다. 이 글에서는 환경 친화적 난삭재 절삭가공기술 동향에 대해 소개한다.
레이저 빔이갖고있는 spatial coherence 특성에 의해서 렌즈를 이용하여 집광시키면 집광부에서 고출력 밀도를 얻을 수 있다. 이와같이 집광된 레이저 빔을 재료의 표면에 조사하면 재료로 부터 미세량을 용융, 증발시키므로 일반적인 방법으로는 가공이 어려운 단단한 재료의 절단과 미세 구멍가공이 가능하게된다. 본 논문에서는 출력, 펄스 수, defoucsing, pulse on-time, 보조가스 압력등을 변화 시키면서 드릴링 실험을 수행하고, 각 실험 조건에서의 구멍 형상과 깊이를 측정함으로써 가공 변수들의 process sensitivity를 평가하였다.
Currently, many researches are carried out for laser assisted machining, which is one of the important fields in materials difficult to process. However, a prediction of heat source is difficult because of moving heat source. In this paper, a thermal analysis of laser assisted machining of plate by change of heat source size is performed, and preheating temperature by adjusting the feed rate is controlled. It was recognized that the maximum preheating temperature increases according to the decrease in heat source size, and feed rate need to adjust as high speed. The results of this analysis can be used as a reference for preheating temperature prediction in laser assisted milling.
레이저가공에서 가공부위의 용융물질을 제거하는 보조가스의 역할을 살펴보기 위하여, 절단경사면에 충돌하는 초음속 동축/탈축노즐 유동의 특성이 실험적으로 관찰되었다. 보조가스의 압력, 노즐과 절단면과의 사이거리, 절단폭, 그리고 탈축노즐의 위치 등 다양한 관계변수의 변화에 대하여, 수백 개의 고해상도의 쉴러린 영상이 획득되었다. 그 결과, 단순한 보조가스의 증가가 절단면 하부에서 발생하는 유동박리를 제거하는데 효율적이지 않음이 관찰되었고, 절단폭의 증가와 탈축노즐의 운용으로 절단면에서의 박리현상을 경감시킬 수 있음이 확인되었다. 또한 음속노즐에 비하여 초음속노즐의 경우는 노즐출구와 가공면 사이의 사이거리가 절단면에서의 박리현상에 큰 영향을 미치지 않음이 관찰되었다.
레이저 절단가공에서 사용되는 보조가스의 충돌특성을 개선하기 위한 실험적 연구가 진행되었다. 보조가스의 압력, 노즐의 위치 및 각도 등 다양한 관계변수의 변화에 대하여, 초음속 사각노즐에서 분출되는 보조가스의 절단면 충돌특성이 기존의 원형노즐 경우와 비교 관찰되었다. 이를 위하여 쉴러린 유동가시화 및 절단면 하단에서의 피토압 측정이 진행되었다. 본 연구에서 응용된 사각노즐은 절단면 모서리에서 발생하는 마하디스크의 강도를 줄이고, 이를 통하여 기존의 원형노즐에 비하여 절단면을 따라 흐르는 보조가스의 박리현상을 약화시키고 보조가스 후방의 피토압력을 증가시킬 수 있음이 확인되었다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제33권2호
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pp.322-329
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2009
Machinability of LAM(Laser Assisted Machining) has been studied for ceramics such as $Al_2O_3$, $Si_3_N4$ and $ZrO_2$ by $CO_2$ laser. It was possible to remove ceramics by PCBN tool because material became softening and deterioration by local laser beam irradiation. The advantage of LAM is the ability to produce larger material removal rates and tool life. But, for cutting of $Al_2O_3$ and $ZrO_2$, stage of laser power control was needed owing to thermal shock with high temperature of workpiece by laser power. And when $Si_3N_4$ was machined by LAM, $N_2$ gas spouted from surface of one cause of high temperature. Characteristics of LAM were analyzed using pyrometer, dynamometer, SEM and EDS to measure temperature of workpiece surface, cutting force, variation of machining surface and structure of lattice respectively. As the result of this study, it was found that machinability of LAM for ceramics in $CO_2$ laser and mechanism of LAM was different according to the kind of ceramics because of properties of materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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