일반기술

래핑가공된 경취재료의 가공면 거칠기 및 가공율 예측기술

세라믹스 재료들이 산업용 신소재로서 각광을 받고 있으며 이에 관련된 세계 시장규모도 확장 추세에 있는 실정이다. 따라서 세라믹스 부품제조의 정밀가공 기술개발에 관심이 모아지고 있다. 따라서 정밀가공법인 래핑작업의 최적 가공조건을 선정하는 데 기초가 되는 가공 능률과 가공면정도를 예측할 수 있는 해석법을 연구하였다. 연구결과로써 가공물, 랩제, 랩 들의 기계적 물성치를 고려하여 랩압력, 랩제입도, 랩속도, 공작액과 랩제의 혼합율 등의 가공조건에 따른 가공면 거칠기와 가공물 제거율 등의 가공성능을 계산할 수 있는 시뮬레이션 기법을 개발하였다. 세라믹스와 같은 경취재료에 대한 래핑가공의 가공기구에서는 금속소재의 경우와는 달리 취성파괴가 중요한 인자가 된다고 믿어지고 있다. 먼저 랩제입자와 가공물과의 접촉현상을 압자와 취성재료의 표면접촉으로 모델화하여 기본적인 가공기구를 해석하였다. 이상화된 모델링을 이용하여 취성재료가 압자와의 접촉시에 발생되는 응력의 분포를 구하였다. 이와같이 구해진 응력분포에 취성파괴역학을 적용시켜서 가공면에서 이루어지는 크랙의 발생깊이와 크기를 예측하였다. 예측결과인 크랙의 크기로 부터 가공물 제거율을, 크랙 발생깊이로 부터 표면 거칠기 변화를 구하였다. 이와같은 랩제입자 하나에 대한 기초 해석법을 다음에는 여러 크기를 갖는 랩제입자들로 이루어지는 실제 래핑가공에 맞게 확대 적용하였다. 랩제입자들의 확률적 크기분포로 부터 랩제입자 각각에 작용되는 하중을 통계적 처리를 하고 랩제와 공작액의 혼합율로 부터 가공작업에 사용되는 랩제입자들의 총수를 구하여 실제 가공면의 거칠기를 계산하였다. 그리고 랩속도까지를 고려하여 가공능률도 예측 가능하게 하였다. 해석 예측값을 가공실험 결과와 서로 비교 분석하여 새로이 구해진 해석법의 타당성을 검토하였다. 검토결과 표면정도 예측은 실험결과와 좋은 일치를 보였으며 가공율에 대해서는 아직은 미흡하지만 도움이 될 만한 예측를 할 수 있었다. 끝으로 연구결과인 가공성능 산출 시뮬레이션 기법을 산업현장의 PC에서 쉽게 사용할 수 있게 전산 프로그램으로 개발하였다.