기계공작법

9 편 특 수 가 공
5 장 초음파가공(超音波加工)☜ (교과서 p.631) 초음파가공(ultrasonic machining)은 그림(a)와 같이 초음파진동을 하는 방향으로 공구와 공작물 사이에 지립(砥粒)과 공작액을 넣고 지립의 공작물에 대한 충돌에 의하여 다듬질하는 방법이다. 이 방법은 전기적 energy를 기계적 energy로 변환하여 금속 및 비금속 등 재료에 제한 없이 정밀가공을 하는데 광범위하게 이용된다. 그림(b)는 초음파장치의 원리로서 고주파 발생장치로 진동자에 20 ~ 30kHz/sec의 진동을 발생시켜 이것을 exponential hone으로 진폭을 확대하여 공구에 진동을 전달한다. 초음파가공원리 및 장치 전통적인 grinding에 대한 초음파가공의 장점을 들면 다음과 같다. 규소탄화물, 규소질화물, 수정, 유리, sapphire, 기타 고경도취성재료 등을 재료에 관계 없이 정확한 가공이 가능하다. 막힘구멍 및 관통구멍, 홈, 불규칙한 형상의 가공면을 위한 공구의 설계가 가능하다. 공작액 중에서 공구에 이송을 주면 공구단면형의 구멍이 뚫어지거나 홈이 가공된다. 지립으로는 Al₂O₃, SiC, 탄화붕소, diamond 분말을 #200~600으로 하고 물, 기름, 석유와 혼합하여 사용한다. 진동자의 원리는 Ni 봉을 자장(磁場)에 넣으면 수축현상이 생기고, 이것에 coil을 감아서 고주파 전류를 통하면 Ni 봉에 교류자계(交流磁界)가 생겨 진동수 20~30kHz/sec의 진동을 한다. 공구재료에는 spring 강, stainless 강, tungsten 강, piano 선재 및 monel metal 등이 사용된다. 공작물과 공구간의 압력은 200 ~ 300g/mm² 정도이고, 가공면의 정도는 2.5㎛ 정도이다. 그림(a)는 지립의 크기와 가공속도, 그림(b)는 지립의 크기와 가공면의 조도를 각각 보여 준다. 지립 크기의 영향 다음 그림은 초음파를 이용한 각종 가공을 도시한 것이며, 초음파를 이용한 각종 가공 본 편에서 기술한 특수가공 외에도 전자 beam 가공, laser 가공 등이 있으나 이에 대하여는 용접편의 ☞ 특수용접을 참고하기 바란다. 보충(4매, ultrasonic machining, From "Metals Handbook Vol. 3") 보충(2매, electron beam machining, From "Metals Handbook Vol. 3") 보충(2매, laser beam machining, From "Metals Handbook Vol. 3")

9 편 특 수 가 공

초음파가공(ultrasonic machining)은 그림(a)와 같이 초음파진동을 하는 방향으로 공구와 공작물 사이에 지립(砥粒)과 공작액을 넣고 지립의 공작물에 대한 충돌에 의하여 다듬질하는 방법이다. 이 방법은 전기적 energy를 기계적 energy로 변환하여 금속 및 비금속 등 재료에 제한 없이 정밀가공을 하는데 광범위하게 이용된다. 그림(b)는 초음파장치의 원리로서 고주파 발생장치로 진동자에 20 ~ 30kHz/sec의 진동을 발생시켜 이것을 exponential hone으로 진폭을 확대하여 공구에 진동을 전달한다.

초음파가공원리 및 장치

전통적인 grinding에 대한 초음파가공의 장점을 들면 다음과 같다.

규소탄화물, 규소질화물, 수정, 유리, sapphire, 기타 고경도취성재료 등을 재료에 관계 없이 정확한 가공이 가능하다.
막힘구멍 및 관통구멍, 홈, 불규칙한 형상의 가공면을 위한 공구의 설계가 가능하다.

공작액 중에서 공구에 이송을 주면 공구단면형의 구멍이 뚫어지거나 홈이 가공된다. 지립으로는 Al₂O₃, SiC, 탄화붕소, diamond 분말을 #200~600으로 하고 물, 기름, 석유와 혼합하여 사용한다. 진동자의 원리는 Ni 봉을 자장(磁場)에 넣으면 수축현상이 생기고, 이것에 coil을 감아서 고주파 전류를 통하면 Ni 봉에 교류자계(交流磁界)가 생겨 진동수 20~30kHz/sec의 진동을 한다. 공구재료에는 spring 강, stainless 강, tungsten 강, piano 선재 및 monel metal 등이 사용된다. 공작물과 공구간의 압력은 200 ~ 300g/mm² 정도이고, 가공면의 정도는 2.5㎛ 정도이다. 그림(a)는 지립의 크기와 가공속도, 그림(b)는 지립의 크기와 가공면의 조도를 각각 보여 준다.

지립 크기의 영향

다음 그림은 초음파를 이용한 각종 가공을 도시한 것이며,

초음파를 이용한 각종 가공

본 편에서 기술한 특수가공 외에도 전자 beam 가공, laser 가공 등이 있으나 이에 대하여는 용접편의 ☞ 특수용접을 참고하기 바란다.

보충(4매, ultrasonic machining, From "Metals Handbook Vol. 3")

보충(2매, electron beam machining, From "Metals Handbook Vol. 3")

보충(2매, laser beam machining, From "Metals Handbook Vol. 3")