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극저온 간접 냉각 드릴링 공정을 이용한 CFRP 홀 가공 품질 향상
신주호(J.-H. Shin),박충우(C. W. Park),신강우(K. Shin),이석우(S.-W. Lee),남정수(J. Nam),김성현(S. H. Kim),라문우(M.-W. La),김태곤(T.-G. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
탄소섬유복합재(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)는 탄소섬유와 에폭시 수지로 이루어진 복합재이다. CFRP는 온도가 상승할수록 소재의 연성이 강해지고 낮아질수록 취성이 강해지는 온도 특성을 갖고 있다. 복합재 가공 시 가공 온도가 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg) 구간 이상으로 상승하면 박리, 미절삭 섬유 및 열 손상 등과 같은 가공 결함이 증가하게 된다. 선행연구에서는 가공 온도가 유리전이 구간으로 상승하는 것을 억제하기 위해 상온의 압축공기를 공구의 주절삭 날 부분으로 분사하여 가공 온도를 유리전이 온도보다 낮게 유지할 수 있었으며 가공 품질이 향상되는 것을 확인하였다. 이에 본 연구에서는 가공 온도가 낮을수록 결함이 적게 발생하는 특성을 이용해 상온의 공기보다 더 낮은 온도인 액화질소를 적용하여 공정에 따른 가공 품질의 변화에 대한 연구를 수행하였다. 액화질소는 공구의 내부 유로를 통해 순환한 후 공구 섕크 부분에서 배출되며, 액화질소가 소재에 직접적으로 맞닿지 않는 구조가 적용되었다. 연속적인 홀 가공 중 열화상 카메라를 이용해 가공 온도를 확인하였으며 동시에 공구 동력계로 절삭력을 측정하였으며, 가공이 끝난 후에는 광학현미경을 통해 홀 내부 결함을 확인하였다. 그 결과 가공 온도가 낮아질수록 홀 내부의 결함 발생 빈도가 저하되어 가공 품질이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.