전해·레이저·초음파·워터 제트 가공 — 전해 연마·화학 가공·전자빔·이온빔·플라스마 | 기계공작법 8.3-2
기계공작법Chapter 08 연삭·정밀 입자·특수 가공 › Section 03
8.3-2 전해·레이저·초음파·워터 제트 가공
방전 말고도 전기 분해·빛·빔·진동·물줄기로 재료를 없애는 특수 가공. 에너지원마다 가공할 수 있는 재료와 쓰임이 달라짐.
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01전해 가공교재 187p
- 앞 편의 전기 에너지에 이어 화학·열·빛·기계 에너지의 가공. 레이저·전자빔·플라스마는 6.5-2에서 용접 열원으로 본 것이며, 이 편은 같은 열원으로 재료를 녹여 없애는 쪽.
- 전기화학적 가공은 열이나 기계적 힘 대신 전기 분해 작용을 이용. 재료의 경도와 관계없이 전기가 통하는 재료라면 모두 가공 가능.
- 전해 가공(ECM)은 전기도금과 정반대의 원리. 전도성 전해액 속에서 공작물을 양극, 공구를 음극에 이어 전류를 흘리면 공작물 표면의 금속이 원자 단위로 금속 이온이 되어 녹아 나옴.
- 공구와 공작물이 닿지 않아 공구가 닳지 않고, 가공 변질층과 잔류 응력이 거의 없음. 전기 분해와 전해액 저항으로 열은 생기지만 전해액을 빠르게 순환시켜 열과 생성물을 씻어 내므로 열 변형 없이 정밀 가공.
02전해 연마와 화학 가공교재 187p
- 전해 연마는 같은 전기 분해 원리를 쓰되 목적이 재료 제거가 아닌 표면 광택. 미세한 요철 중 볼록한 부분이 오목한 부분보다 먼저 녹는 선택적 용해가 되풀이되어 굴곡이 평탄해짐.
- 화학 가공(CHM)은 전류 없이 부식액만으로 재료를 녹임. 가공하지 않을 부분에 내식성 피막을 씌우고 부식액에 담가 드러난 부분만 녹여 형상을 얻음.
03레이저 가공교재 187p
- 레이저 가공은 파장이 같고 위상이 고른 레이저 빔을 렌즈나 반사경으로 매우 작은 점에 모아 국부적인 용융·기화로 재료를 제거하는 가공. 초점은 머리카락만큼 가늘게 모을 수 있음.
- 용입이 깊고 비드 폭이 좁아 열영향부가 작고 열 변형이 적음. 전자빔과 달리 진공이 필요 없어 대기 중 가공이 가능하고, 비접촉이므로 얇은 판·탄성 재료도 변형 없이 가공. 고융점 금속·세라믹·비금속의 정밀 절단, 미세 구멍 뚫기, 용접에 사용.
04전자빔·이온빔·플라스마 가공교재 188p
| 가공 | 재료를 없애는 방식 | 쓰임 |
|---|---|---|
| 전자빔(EBM) | 진공 중 가속 전자의 운동 에너지가 열로 바뀌어 녹임·증발 | 고융점 금속·산화하기 쉬운 재료의 용접과 미세 가공 |
| 이온빔(IBM) | 녹이지 않고 스퍼터링으로 원자 단위 제거 | 반도체 소자·광학 렌즈의 원자층 식각 |
| 플라스마(PAM) | 10,000~30,000 ℃ 플라스마 제트 | 철강·스테인리스강·알루미늄의 고속 절단·용접 |
- 플라스마 가공은 텅스텐 전극과 노즐 사이의 파일럿 아크를 작동 가스가 감싸 식히면 아크 기둥이 가늘게 압축되는 열적 핀치 효과로 초고온이 됨. 금속 절단에는 아크를 공작물 쪽으로 옮겨 붙이는 이행형을 사용.
05초음파 가공교재 188p
- 초음파 가공(USM)은 전기 에너지를 초음파 진동 에너지로 바꾸어 재료를 제거하는 가공. 공작물이 도체든 부도체든 쓸 수 있는 것이 큰 장점.
- 진동자가 고주파 전류를 20~30 kHz 상하 진동으로 바꾸고 공구인 혼이 이를 40~50 µm 정도로 증폭. 혼과 공작물 사이의 연삭 입자를 해머처럼 때리는 타격 작용으로 표면을 부수며, 공동 현상도 일부 이바지.
- 유리·세라믹·다이아몬드·수정·보석·반도체처럼 단단하고 깨지기 쉬운 비금속 재료에 적합. 납·구리·연강처럼 무른 재료는 입자가 박히거나 속도가 느려 가공이 어려움.
혼(horn)과 혼(hone)의 구분
- 초음파 가공의 공구 혼(horn)과 호닝에 쓰는 혼(hone)은 이름만 비슷한 전혀 다른 말.
- 이온빔은 전자빔처럼 가속 빔을 쓰지만 재료를 녹이지 않음. 분류로도 전자빔은 열·빛 에너지, 이온빔은 기계 에너지.
06워터 제트 가공교재 188p
- 워터 제트 가공은 매우 높은 압력의 물을 가는 노즐로 뿜어 물줄기의 운동 에너지로 재료를 자르는 가공. 물만 쓰면 종이·가죽·고무·플라스틱, 연마 입자를 섞으면 금속·석재·유리·복합 재료도 절단.
- 가공열이 거의 없어 열영향부가 없고, 유해 가스·분진이 나오지 않으며 절단 방향에 제한이 없음.
- 연삭은 숫돌 입자로 깎고, 정밀 입자 가공은 더 미세한 입자로 다듬고, 특수 가공은 여러 에너지로 없앰. 만드는 법은 여기까지 — 다음은 9장 정밀 측정.
이 절의 핵심 정리
- 전해 가공은 전기도금과 반대로 양극인 공작물의 금속을 이온으로 녹여 내며 공구가 닳지 않는다.
- 전해 연마는 볼록한 부분을 먼저 녹여 광택을 얻고 화학 가공은 전류 없이 부식액만 쓴다.
- 레이저 가공은 빛을 작은 점에 모아 녹이고 기화시키며 진공이 필요하지 않다.
- 전자빔은 진공 중에서 녹이고 이온빔은 스퍼터링으로 튕겨 내며 플라스마는 열적 핀치 효과로 초고온이 된다.
- 초음파 가공은 단단하고 깨지기 쉬운 비금속에 알맞고 워터 제트는 물줄기의 운동 에너지로 자른다.
강의 자료8.3-2 전해·레이저·초음파·워터 제트 가공
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1. 7.4-2 나사 가공용 공구와 보링 머신 (표지)
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