기계공작법

10 편 절 삭 역 학
[8] 절삭온도(교과서 p.647) 금속절삭에서 공구의 인부(刃部)에는 고온의 열이 발생하고, 이 열은 공구의 마모, chip과 공구경사면 사이의 마찰에 영향을 준다. (1) 절삭열의 발생: 2차원절삭에서 F_c를 절삭분력, V_c를 절삭속도라 하면 절삭 energy(절삭동력) P_m은 재료의 변형이 탄성적일 때에는 변형 energy가 재료에 축적되지만 소성적일 때에는 대부분의 energy가 열로 변한다. 그림에서 P_s를 제1변형역 AB에서의 열발생률, P_f를 제2변형역 BC에서의 열발생률, P_w를 여유면 BD에서의 열발생률(≒ 0), J를 열의 일당량이라 하면 (2) 절삭열의 분포: 그림은 실험에 의한 절삭온도 및 절삭열 분포의 예를 보여 주며, 그림 (a)에서 경사면의 최고온점이 인선으로부터 약간 상위에 있다는 것과, 그림 (b)에서 대부분의 열이 전단면에서 발생하고 chip에 의하여 방출된다는 것을 알 수 있다. (2-1) 제1변형역의 열: 제1변형역(전단역)의 열발생률을 P_s , C를 비열용량 , ρ를 밀도 , V_c를 열원에 대한 물질의 속도라 하고, 이 열 중에서(전체를 1로 볼 때) G만큼 가공물에 전도되었다고 하면 chip으로 나가는 열과 온도는 (2-2) 제2변형역의 열: 제2변형역(경사면)에서 발생하는 열이 chip의 온도 상승에 소모되었다고 하면 chip의 평균온도 θ_f는 (3) 절삭온도 측정: 절삭온도는 다음과 같은 방법으로 측정한다. (3-1) chip 색에 의한 측정: 가열온도에 따라 금속의 색이 달라지며, 또한 같은 온도에서도 가열시간에 따라 색이 달라진다. 따라서 색과 가열시간에 따른 다음 표를 이용하여 절삭온도를 추정할 수 있다. (3-2) 열량계에 의한 측정: 공구의 열, chip의 열, 공구와 chip의 전열량(全熱量)을 다음 그림과 같은 방법으로 열량계(calorimeter)로 각각 측정하여 이것을 가열물(공구, chip 또는 공구와 chip)의 질량으로 제함으로써 평균온도를 계산하는 방법이다. 이런 방법으로 평균온도는 쉽게 계산할 수 있으나, 공구수명에 직접 관계되는 최고온도는 구할 수 없다. 열량계에 의한 절삭열 측정 다음 그림은 절삭속도에 대한 절삭열의 분포를 예시한 실험 data로서, 대부분의 열이 chip과 함께 제거된다는 것을 알 수 있다. 절삭열의 분포 (3-3) 열전대에 의한 측정: 그림은 열전대(熱電帶; thermocouple)를 이용하여 공작물의 절삭온도를 측정하는 방법으로서 절삭하지 않은 상태에서 공작물과 constantan wire간의 기전력을 millivoltmeter에서 읽고, 다음 절삭시의 기전력에서 전의 것을 감하면 된다. 열전대에 의한 공작물의 절삭온도 측정 다음 그림은 공구의 절삭온도를 측정하는 방법으로서, 공구에 열전대를 삽입한다. 선을 삽입하는 방법에는 1선 혹은 1쌍의 선을 삽입하는 것이 있으며, 그림(b)는 1쌍을 삽입한 예이다. 열전대에 의한 공구의 절삭온도 측정 보충(8매, 열전대의 원리) (From 기계계칙, 이관 외 1명 저) (3-4) 복사고온계에 의한 측정: 그림과 같이 온도를 측정하고자 하는 점에 맞추어 암염 또는 형석(螢石)으로 만든 lens를 놓고 , 그 점에서 나오는 열선을 받아 열전대에 주면 온도에 비례하는 기전력이 발생하고, 이것을 다시 감도가 큰 galvanometer로 측정하여 그 점의 온도를 알 수 있다. 이 방법은 측정점을 이동하면서 측정할 수 있기 때문에 온도분포를 조사하는 데 편리하다. 복사고온계에 의한 측정 보충(3매, 복사고온계의 원리) (From 기계계칙, 이관 외 1명 저)

10 편 절 삭 역 학

[8] 절삭온도(교과서 p.647)

금속절삭에서 공구의 인부(刃部)에는 고온의 열이 발생하고, 이 열은 공구의 마모, chip과 공구경사면 사이의 마찰에 영향을 준다.

(1) 절삭열의 발생:

2차원절삭에서 F_c를 절삭분력, V_c를 절삭속도라 하면 절삭 energy(절삭동력) P_m은

재료의 변형이 탄성적일 때에는 변형 energy가 재료에 축적되지만 소성적일 때에는 대부분의 energy가 열로 변한다. 그림에서 P_s를 제1변형역 AB에서의 열발생률, P_f를 제2변형역 BC에서의 열발생률, P_w를 여유면 BD에서의 열발생률(≒ 0), J를 열의 일당량이라 하면

(2) 절삭열의 분포:

그림은 실험에 의한 절삭온도 및 절삭열 분포의 예를 보여 주며, 그림 (a)에서 경사면의 최고온점이 인선으로부터 약간 상위에 있다는 것과, 그림 (b)에서 대부분의 열이 전단면에서 발생하고 chip에 의하여 방출된다는 것을 알 수 있다.

(2-1) 제1변형역의 열:

제1변형역(전단역)의 열발생률을 P_s , C를 비열용량 , ρ를 밀도 , V_c를 열원에 대한 물질의 속도라 하고, 이 열 중에서(전체를 1로 볼 때) G만큼 가공물에 전도되었다고 하면 chip으로 나가는 열과 온도는

(2-2) 제2변형역의 열:

제2변형역(경사면)에서 발생하는 열이 chip의 온도 상승에 소모되었다고 하면 chip의 평균온도 θ_f는

(3) 절삭온도 측정:

절삭온도는 다음과 같은 방법으로 측정한다.

(3-1) chip 색에 의한 측정:

가열온도에 따라 금속의 색이 달라지며, 또한 같은 온도에서도 가열시간에 따라 색이 달라진다. 따라서 색과 가열시간에 따른 다음 표를 이용하여 절삭온도를 추정할 수 있다.

(3-2) 열량계에 의한 측정:

공구의 열, chip의 열, 공구와 chip의 전열량(全熱量)을 다음 그림과 같은 방법으로 열량계(calorimeter)로 각각 측정하여 이것을 가열물(공구, chip 또는 공구와 chip)의 질량으로 제함으로써 평균온도를 계산하는 방법이다.
이런 방법으로 평균온도는 쉽게 계산할 수 있으나, 공구수명에 직접 관계되는 최고온도는 구할 수 없다.

열량계에 의한 절삭열 측정

다음 그림은 절삭속도에 대한 절삭열의 분포를 예시한 실험 data로서, 대부분의 열이 chip과 함께 제거된다는 것을 알 수 있다.

절삭열의 분포

(3-3) 열전대에 의한 측정:

그림은 열전대(熱電帶; thermocouple)를 이용하여 공작물의 절삭온도를 측정하는 방법으로서 절삭하지 않은 상태에서 공작물과 constantan wire간의 기전력을 millivoltmeter에서 읽고, 다음 절삭시의 기전력에서 전의 것을 감하면 된다.

열전대에 의한 공작물의 절삭온도 측정

다음 그림은 공구의 절삭온도를 측정하는 방법으로서, 공구에 열전대를 삽입한다. 선을 삽입하는 방법에는 1선 혹은 1쌍의 선을 삽입하는 것이 있으며, 그림(b)는 1쌍을 삽입한 예이다.

열전대에 의한 공구의 절삭온도 측정

보충(8매, 열전대의 원리) (From 기계계칙, 이관 외 1명 저)

(3-4) 복사고온계에 의한 측정:

그림과 같이 온도를 측정하고자 하는 점에 맞추어 암염 또는 형석(螢石)으로 만든 lens를 놓고 , 그 점에서 나오는 열선을 받아 열전대에 주면 온도에 비례하는 기전력이 발생하고, 이것을 다시 감도가 큰 galvanometer로 측정하여 그 점의 온도를 알 수 있다. 이 방법은 측정점을 이동하면서 측정할 수 있기 때문에 온도분포를 조사하는 데 편리하다.

복사고온계에 의한 측정

보충(3매, 복사고온계의 원리) (From 기계계칙, 이관 외 1명 저)