초음파가공(Ultrasonic Vibration Machining) & 호온(Hone)의 종류, 재료

초음파가공(Ultrasonic Vibration Machining) & 호온(Hone)의 종류, 재료

 

 

 

1. 개요

 

초음파 가공법은 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 바꾸고 공구에 초음파 진동을 주면서 피가공물과 공구 사이에 연마제 입자를 개재 시켜서 피가공물을 미세하게 깍아내는 방법이며 유리 보석 등과 같은 초경질 재료, 취성재료나 전도체에 관계 없이 가공할 수 있다.

 

 

 

 

2. 가공원리

 

  1) 초음파란 16Kc/sec 이상의 음파를 말하며(우리나라 실용 주파수 16-29KHz)

  2) 110V 단상의 전원에 연결된 발진기의 특수 회로에 의해 16-29KHz의, 출력 50W-1Kw의

      초음파 전력을 발생하여 진동기에 공급한다.

  3) 진동자는 자성 왜곡 또는 전기왜곡현상으로 전기적 진동을 기계적 진동으로 바꾸어 특수한 모양을 갖는

      원뿔 Hone에 의해 필요한 전력을 증대 시켜 끝의 공구에 진동을 준다.

  4) 공구 끝은 진폭 약 50㎛로 1.5*105g의 가속도를 가지고 상하로 이동하고

  5) 공구와 공작물 사이에 공급된 물과 연마제의 혼합물에 공동(Cavitation)을 발생 시켜 연마 입자에

      아주 큰 가속도를 발생 시켜서 피가공물의 표면을 충격 분쇄하여 신속하게 가공한다.

 

 

 

 

3. 초음파 가공의 특징( 장점)

 

  1) 유리, 수정, 텅스텐, 다이야몬드 등 초경질 재료나 전도체 및 비전도체 모두를 가공할 수 있다.

  2) 구멍을 가공하기 쉽다. 이것을 초음파 드릴이라 하고 공구를 회전시키면서 복잡한 형상을 갖는

     구멍을 뚫을 수 있다.

  3) 특이한 모양의 구멍 뚫기, 얇은 두께 절단, 성형, 다듬질 등의 가공을 할 수 있다.

  4) 가공은 공구를 공작물 표면에 가볍게 밀어 붙이는 것 뿐이므로 수련이 필요치 않다.

  5) 미세한 랩에 충돌하여 절삭 작용을 하므로 연삭숫돌에 의한 가공에 비하여 변질층이나 가공

     변형이 적다.

  6) 공구 이외는 거의 마모 부품이 없다.

 

 

 

 

4. 초음파 가공 혼(Hone)

 

혼은 원뿔 또는 나팔 모양의 금속이다. 이것은 진동자와 공구 사이에 위치하여 진동 폭을 크게 확대시켜주는 역할을 하기 때문에 기계적 변성기 라고도 한다.

 

  1) 혼(Hone)의 종류

     ① 직선으로 가늘게 된 것

     ② 지수 함수적으로 가늘게 된 것.

     ③ 계단식으로 좁혀 지는 것.

 

  2) Hone의 재료

      Hone의 재료는 탄성을 갖는 재료로 탄소강이나 공구강을 열처리 하여 사용한다.

 

  3) 진동폭

   ① 혼의 끝 부분으로 단면적이 좁아지는 것과 진동폭의 크기는 반비례한다.

   ② 보다 큰 진동 폭이 필요 할 때는 2단으로 겹처서 사용하기도 한다.

   ③ 원래 초음파 진동자의 진동폭은 5-10㎛ 이나 가공에 알맞는 진동 폭은 20-30㎛ 이므로 가공을 위해

       진동 폭을 4-5배 증대 시켜야한다.

 

  4) 설계 시 고려 사항

     ① 형상

     ② 진폭

 

 

 

 

5. 기타

 

  1) 랩제

     ① 공작물의 재질에 따라 유리나 강철은 AL2O3, SiC 등이, 경질 합금이나 보석에는 붕소 카바이드가,

         다이야 몬드에는 다이야 몬드 분말이 사용된다.

     ② 입자의 크기는 거친 가공에서는 18 mesh 에서 고운 가공은 1000 mesh 정도의 것을 사용한다.

     ③ 체적분은 20-60% 정도로 물에 따서 쓴다.

 

  2) 가공 정밀도

     ① 보통 가공 재료의 두께는 0.5-3.0mm 정도이며 표면정밀도는 2.5㎛ 정도

     ② 특수가공 정밀도는 치수오차 0,01mm정도와 표면정밀도 0.5㎛정도이다.

     ③ 이것은 연삭 입자의 크기와 밀접한 관련이 있다.

     ④ 가공속도 : 석면 유리에 지름∅3mm, 깊이 3mm의 구멍을 뚫는데 1분이 소요되고,

                       알류미늄은  2분, 스테인레스강은 43분 소요된다. (주파수25KHz, 출력150W)

 

 

 

 

6. 결언

 

공구의 형상과 운동 형태에 따라 어떤 모양의 가공도 가능하기 때문에 기계 전자 등 정밀 공업이 발달 할수록 초음파 가공기의 사용이 증가 하는 추세이다.