얇은 판재의 절삭가공 조건에 따른 시편 품질 특성에 관한 연구 : 절삭조건 변화가 얇은 판재의 가공 품질에 미치는 영향 = A Study on Specimen Quality Characteristics of Thin Sheet Metal under Various Cutting Conditions -

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 얇은 판재(Thin Sheet Metal) 의 절삭가공 조건(절삭속도, 이송속도, 절삭깊이 등)이 시편의 3차원 표면거칠기(3D Surface Roughness), 변형, 잔류응력에 미치는 영향을 분석하고, 최적의 가공 조 건을 도출하는 것을 목적으로 한다. SUS304 판재 시편(두께 1.0 mm, 300 mm × 300 mm) 을 대상으로 이송속도 F100 (mm/min) 으로 고정하고, 절삭속도 500, 1000, 1500, 2000 rpm 조건에서 순차적으로 실험을 수행하였다. 실험 결과로부터 3차원 표면거칠기 지표(Sa, Sq, Sz) 및 변형량을 측정 하고 통계적 회귀분석을 통해 절삭속도의 영향 특성을 분석하였다. 분석 결과, 절삭속도가 낮을수록 표면 품질이 향상되는 경향을 보였다. 이는 SUS304의 낮은 열전도율과 점착성으로 인해 고속 절삭 시 공구- 칩 접촉부에서의 열 집중과 미세용착이 발생하여 표면 조도가 악화되기 때문으로 판단된다. 특히 500 rpm 조건에서 가장 안정적인 표면 평탄도와 낮은 Sa, Sq 값 을 나타냈으며, 절삭속도가 증가함에 따라 표면의 미세결함과 버(Burr) 형성이 두드러졌다. 또한 절삭깊이가 깊어질수록 변형량이 증가하는 경 향을 보였다. 한편, 동일 형상의 시편을 와이어커팅(Wire-Cut EDM) 공정으로 제작 한 경우와 비교한 결과, 와이어커팅은 형상 정밀도는 우수하나 가공 시 간이 절삭가공 대비 약 2.5배, 비용은 약 30% 이상 높게 나타났다. 반면 절삭가공은 가공시간이 짧고 생산성이 우수하여 대량 시편 제작에 효율 적임을 확인하였다. 본 연구는 SUS304 얇은 판재의 3차원 절삭가공 품질 향상 및 공정 최적화, 그리고 와이어커팅과의 효율성 비교를 통한 절삭기술 개선에 유 용한 기초 데이터를 제공한다. 초록을 작성하시오. 주제어 : SUS304, 얇은 판재, 절삭가공, 표면거칠기, 절삭속도

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 i
• 목 차 ii
• 표 목 차 iii
• 그림목차 iv
• 제 1장 서론 1
• 1.1. 연구배경 및 필요성 1
• 1.2. 얇은 판재 절삭가공의 기술적 한계 2
• 1.3. 연구 목적 및 범위 3
• 제 2장 이론적 배경 6
• 2.1. 절삭가공(Cutting Machining)의 기본 이론 6
• 2.2. SUS304 얇은 판재의 재료적 특성 6
• 2.3. 절삭조건(Cutting Parameters)의 주요 인자 7
• 2.3.1. 절삭속도 (Spindle Speed) 7
• 2.3.2. 이송속도 (Feed Rate) 8
• 2.3.3. 절삭깊이 (Depth of Cut)) 8
• 2.3.4. 절삭방향 (Cutting Direction) 8
• 2.4. 절삭가공 중 발생하는 변형 및 열 영향 9
• 2.5. 표면거칠기 이론 9
• 2.5.1. 2D와 3D 표면거칠기 비교 10
• 2.5.2. 3D 표면거칠기 Sa, Sq, Sz 비교 요약표 12
• 2.5.3. 3D 표면거칠기 Sa 13
• 2.5.4. 3D 표면거칠기 Sq 14
• 2.5.5. 3D 표면거칠기 Sz 15
• 2.6. 와이어 커팅기의 생산성 및 비용 특성 분석 16
• 2.6.1. 머시닝센터와 와이어 방전 가공 비용 비교 18
• 2.7. 본연구에서 3D표면거칠기 측정 20
• 제 3장 실험장치 및 방법 21
• 3.1. 실험 개요 21
• 3.2. 실험 장비 구성 21
• 3.2.1. 3D 표면거칠기 현미경(OLYMPUS LEXT OLS5100) 23
• 3.2.2. 절삭공구 및 공구재질 24
• 3.3. 시편 재질 및 형상 25
• 3.4. 절삭조건 및 시편 가공 방법 설정 26
• 3.4.1. 절삭 조건 26
• 3.4.2. 절삭G코드(4축 고속가공기 마작) 27
• 3.4.3. 시편 가공 방법 설정 28
• 3.5. 시편 지그 제작 및 클램핑 방법 29
• 3.5.1. 시편 지그 제작 29
• 3.5.2. 시편 고정 및 클램핑 방법 31
• 3.6. 3D표면거칠기 측정 (3D Surface Roughness Measurement) 29
• 제 4장 실험 결과 및 고찰 34
• 4.1. 실험 결과 분석 21
• 4.1.1. 절삭속도에 따른 3D 표면거칠기 변화 23
• 4.1.2. 절삭속도별 3D Sa, SQ, SZ 표면거칠기 분석 39
• 4.1.3. 절삭속도 변화에 따른 3D 표면거칠기(ISO 25178) 및 높이 히스토램 분석 43
• 4.1.4. 절삭속도별 Burr(버) 발생 특성 분석 59
• 4.1.5. 절삭가공과 와이어방전의 공정단가 및 생생성 비교 분석 63
• 4.1.6. 시편 제작 결과물 65
• 제 5장 결론 66
• 참고문헌 68
• Abstract 69