[고온절삭] 고온가공 공구개발 실험 보고서 - 고능률 드릴가공기

목차

1. 서론
1.1 배경
1.2 최종목표 및 내용

2. 고온가공기법의 이론 해석
2.1 공작물의 온도해석
2.2 유한요소해석
2.3 해석결과

3. 실험
3.1 실험조건 및 실험장치
3.2 실험결과

4. 결론

본문내용

5A이다.
Fig. 13은 실온에서 드릴링가공 중의 모터 전류를 나타내고 있다. 이 신호는 홀센서에 의해 측정된 모터 전류를 보여주고 있으며 소비된 에너지를 나타내고 있다. Fig. 8은 시간의 흐름에 따른 평균 모터 전류값를 보여주고 있다.
여기서는 우리는 150~180 사이의 온도구간에서 소비되는 에너지가 최소가 됨을 관찰할 수 있다. 그러나 200~300 에서는 칩이 전단형에서 유동형으로 바뀌면서 칩의 배출이 심각한 문제를 가지고 있어 관찰이 불가능하였다. 이러한 칩 문제로 인해서 실제로 드릴링 작업이 중단되었기 때문이다.
4. 결론
이 연구에서는 드릴링 작업중의 원통형 공작물의 열전달을 시뮬레이션하기 위해서 FEM 해석을 통하여 이론적인 모델을 개발하였다. 이렇게 시뮬레이션된 결과는 실온에서와 고온의 조건에서 일어나는 열전달의 경향을 보여주고 있다.
실험에 의해서 모터 전류는 드릴링 작업중에 홀-센서에 의해 측정되었다. 또한 이렇게 측정된 모터 전류는 소비되는 에너지의 양을 나타내고 있다.
1. 드릴가공에 대한 열원의 모델링과 유한요소모델을 통해 실제로 가공하지 않으면서 가공특성을 파악할 수 있는 시스템을 구성하였다.
2. 드릴가공 시 공작물 내부의 온도 분포를 해석하였으며, 비교적 분명하게 경향을 파악할 수 있었다.
3. 일반적인 드릴가공 시의 발열 및 열전도와 고온가공시의 경우가 차이가 분명했으며, 고온가공 조건의 경우 냉각의 효과가 나타난다는 것을 알 수 있었다.
4. 차후로 정량적인 데이터의 신뢰성을 높이기 위해 실험과 병행하여 실질적인 가공특성평가 방법을 위한 개선이 필요하다.
5. 발열에 위한 열응력과 절삭 시 발생되는 추력(Thrust Force)을 이용하여 공작물의 변형 및 가공정도를 예측할 수 있다.
6. 실험에 의해서 전체적 경향을 살펴보면, 150~180 온도 구간에서 소모되는 에너지의 양이 가장 적게 나타나고 있어 가공특성이 가장 우수한 구간이라고 볼 수 있다.
7. 200~300 구간을 살펴보면 칩 배출이 잘 되지 않는 문제가 발생함을 알 수 가 있다. 이러한 문제로 말미암아 어느 정도 가공이 진행된 이후에는 측정된 전류값의 신뢰도가 떨어진다고 보여지지만 전단형 칩에서 유동형칩으로 변형되는 것을 볼 수가 있다. 이것은 전류값의 변화에 근거하지 않더라도 절삭공정 자체는 우수한 방향으로 진행되어 간다고 볼 수 있는 것이다. 그러나 본 연구가 심공가공 등 가공이 곤란한 경우를 개선하기 위한 목적 또한 포함하고 있으므로 이렇게 칩의 배출이 용이하지 않은 구간보다는 150~180 구간이 권장되어야 할 것으로 보인다.
5.참고문헌
1. K. Uehara, H. Takeshita, Cutting Ceramics with a Technique of Hot Machining, Annals of the CIRP, Vol. 35, 1, 1986, pp. 55-58
2. Takeaki Kitagawa, Katsuhiro Maekawa, Akihiko Kubo, Plasma Hot Machining for Difficult-to cut Materials, JSPE, 53, 01, 1987, pp. 78-84
1. K. H. Fuh, W. C. Chen, P. W. Liang, Temperature rise in twist drills with a finite element approach, International Communications in Heat and Mass Transfer 21(3), 1994, pp. 345-358
4. M. F. DeVries and S. M. Wu, Evaluation of the effects of design variables on drill temperature responses, Transactions of ASME, Journal of Engineering for Industry 92, 1970, pp. 699-705
5. U. K. Saxena, M. F. DeVries and S. M. Wu, Drill temperature distributions by numerical solutions, Transactions of ASME, 93, 1971, pp. 1057-1066
Fig. 1 각종 드릴공구의 종류; 드릴가공의 메커니즘; 드릴가공 중 칩의 배출형태
Fig 2. Modeling of Heat Source in Drilling
Fig 3. Model for FEM Analysis in Drilling
Table 1 해석에 사용되는 재료의 물성치
density
7.82 (g/㎤)
Young's modulus E
2.0 106
Poisson's ratio
0.3
Temperature
( )
Thermal
conductivity
(cal/cm s )
Specific Heat
(cal/g· )
Coefficient of
Thermal
Expansion
(106/ )
100
0.120
0.116
13.76
200
0.115
0.125
14.51
300
0.107
0.132
15.36
400
0.098
0.138
15.81
Fig. 4 Step 1, Room Temperature
Fig.5 Step 4. Room Temperature
Fig. 6 Step 8, Room Temperature
Fig. 7 Step 1, High Temperature
Fig. 8 Step 4, High Temperature
Fig. 9 Step 8, High Temperature
Table 1 해석에 사용되는 재료의 물성치
Cutting Tool
Type : HSS TiN coated Drill
Size : 6, flute 24mm
Workpiece
S45C
Spindle Speed
4,800 rpm
Feed rate
0.014 mm/rev
Depth of Cut
15mm
Fig 11. 실험장치 Setup
Fig. 12 정지상태에서의 모터 전류
Fig. 13 실온에서의 모터 전류
(a)
(b)
(c)
Fig. 14 Motor Current as Temperature Change
(a) T=3, (b) T=6, (c) T=10

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