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금속복합재 TiC-SUS431을 사용한 공작기계 주축 열변형 억제에 대한 연구
서지원(Ji Won Seo),배원준(Won Jun Bae),김성태(Sung Tae Kim),김양진(Yang Jin Kim),이상관(Sang Kwan Lee) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.7
공작기계에서 주축의 열변형은 가공 오차의 주요 원인이다. 이러한 열적 오차를 억제하는 근본적인 해결책은 기존의 주축 재료를 뛰어난 기계적 성질을 갖는 재료로 대체하는 것이다. 이에 적합한 금속 복합재 TiC-SUS431은 우수한 가공성과 내마모성, 내산화성을 갖고 있으며 본문에서 균일한 열확산율과 낮은 열팽창 계수를 확인하였다. 유한요소 해석을 이용하여 TiC-SUS431과 SUS431, 기존 주축 재료인 GC300을 각각 사용한 주축에서 열변형을 비교한 결과, TiC-SUS431을 사용한 주축에서 변형이 가장 작은 것을 확인하였다. 이를 통해 TiC-SUS431의 열변형 억제 능력을 확인하여 주축의 재료로서 적용 가능성을 제시하였다. The thermal deformation of a spindle is one of the sources of errors in machine tools. A fundamental solution to this thermal error problem involves replacing the conventional material used in producing spindles with an advanced material. TiC-SUS431 is a metal composite that exhibits satisfactory machinability, wear resistance, and oxidation resistance. The experimental tests conducted in this study confirmed the excellent thermal properties of the TiCSUS431 composite, including a uniform thermal diffusivity and low thermal expansion coefficient. We conducted finite element analysis (FEA) of a spindle using TiC-SUS431, SUS431, and GC300 based on the variation of the generated heat and time. The FEA results indicated that the thermal deformation of a spindle fabricated from TiC-SUS431 is minimal when compared with those of SUS431 and GC300. This suggests the potential of using TiC-SUS431 composite as an alternative material for manufacturing spindles due to its low thermal expansion coefficient. Hence, this in turn can decrease the thermal strain in a spindle.