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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.

  1. 규소탄화물, 규소질화물, 수정, 유리, sapphire, 기타 고경도취성재료 등을 재료에 관계 없이 정확한 가공이 가능하다.
  2. 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")

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