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극저온 냉각과 나노유체 극미량 윤활을 적용한 인코넬 718 선삭가공에서의 절입부 마모 감소
박충우(C. W. Park),신주호(J.-H. Shin),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
대표적인 니켈기 초내열합금인 인코넬 718은 고온/고압 환경에서의 기계적 특성이 우수하여 항공우주산업에서 내열부품 소재로 적용되고 있다. 그러나 낮은 열전도도로 인해 고온의 절삭열과 함께 가공경화가 발생한다. 이로 인해 소재 표면 경도가 증가하게 되고 가공 시 공구의 절입부 마모가 가속화되어 공구수명이 저하된다. 이에 본 연구에서는 극저온 냉각 방식과 나노유체 극미량 윤활(극저온+nMQL)을 적용하여 냉각성과 윤활성을 향상시켜 기존 가공방식 대비 노치마모 감소효과를 확인하였다. 실험에 앞서 극저온 가공에 적용하기 위한 극미량 윤활의 분사조건 선정 실험을 진행하였다. 또한 70 nm 의 hBN 입자를 0.5 wt%로 혼합하여 윤활성을 극대화하였다. 선정한 분사조건을 토대로 인코넬 718 외경선삭가공을 실시하였으며, 노치마모 감소효과를 확인하기 위해 기존 습식가공 및 건식가공을 함께 진행하였다. 또한 노치마모의 감소 원인을 파악하기 위해 절삭력과 가공표면경도를 바교분석하였다. 실험 결과 제안된 가공방식에서 동일 가공시간을 기준으로 노치마모가 기존 습식가공에 비해 약 57% 감소하였다. 이와 관련하여 이송분력을 비교한 결과 습식가공을 기준으로 건식가공에서 3.45% 증가하였으며, 극저온 +nMQL 에서 5.2% 감소한 것을 확인하였다. 또한 경도 측정결과 건식방식에서 표면경도가 가장 높았으며 극저온 +nMQL에서 가장 낮은 표면경도를 보임과 동시에 경화층이 가장 적은 것으로 나타났다. 이를 토대로 극저온 +nMQL 방식에서의 우수한 냉각성과 윤활성을 바탕으로 공구의 기대수명이 가장 높을 것으로 예상되며 인코넬 718 선삭 시 생산성 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.