전단모드형 MR 효과를 이용한 디버링 장치의 설계에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

최근, 스마트재료의 하나인 MR (Magneto-rheological)유체를 댐퍼, 클러치, 브레이크 등 기존 전통적인 응용 분야를 넘어서, 미세 기계 부품 및 광학 부품 등의 폴리싱(Polishing), 피니싱(Finishing), 디버링(Deburring) 등 새로운 산업분야에 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한편, 차선이탈 방지 기능과 자율주행 기능과 같은 첨단 기능이 접목된 차량의 조향장치에 사용되는 피니언 샤프트의 제조 공정은 핸들 정위치 조작을 위한 볼홈 부의 기계가공 공정이 추가로 요구됨에 따라서 버(Burr)가 발생하고 있다. 저자들은 수작업으로 진행되던 기존 버 제거 작업의 효율성과 생산성 향상을 위해서 MR 유체를 이용한 새로운 디버링 방식을 제안하고, 영구자석과 전단모드형 MR 효과를 활용한 프로토타입 디버링 장치를 제작하여 실험적으로 제안 타당성을 확인하고 있다. 자기장을 인가하면 용기 내에 충진된 MR 유체에 잠긴 샤프트가 자화되고 자석과 샤프트 상호간에 흡인력이 발생, MR 유체 내의 철분 입자들이 자력선에 따른 클러스터를 형성한다. 샤프트를 회전/진동하게 되면 MR 유체가 유동 저항에 기인한 전단응력을 발생, 상대적으로 약한 부착력을 가지는 버를 제거하는 메커니즘이다. 본 고에서는 샤프트의 선단부에 위치한 세레이션 부 및 볼홈 부와 접촉되는 MR 유체에 자기장이 최적으로 인가되도록, 샤프트의 반경 방향에 대향되는 자석의 극 배치 및 착자 방향을 설계 변수로 전자기장 해석을 수행하였다. 착자 방향에 있어서는 샤프트의 축 방향보다는 반경 방향이, 대향되는 극 배치에 있어서는 동일한 극 배치가 디버링 구간에 더 균일한 자기력을 얻을 수 있음을 확인하였다. 향후, 산업 현장에의 적용을 고려하여 전자석을 장착한 개선된 디버링 장치를 제작 및 시험할 예정이다.