증기화 증폭 시트 개발을 통한 기화 폭발 메커니즘의 고출력 전자빔 미세 홀 드릴링 가공기술에 관한 연구 :A Study on High Power Density Electron Beam Fine-Hole Drilling Machining Technology for Vaporization Explosion Mechanism through Vaporized Amplification Sheet Development

김현정

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김현정 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 이주형

발행연도: 2021

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2021

증기화 증폭 시트를 적용한 금속 소재에 따른 고출력 전자빔 가공실험 연구

김현정 , 위은찬 , 고민성 외 3명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2021.07 학술대회자료

증기화 증폭 시트 개발을 통한 기화 폭발 메커니즘의 고출력 전자빔 미세 홀 드릴링 가공기술에 관한 연구

김현정 기계설계로봇공학과 2021.01 학위논문

2020

전자빔 드릴링 가공을 구현하기 위한 금속 파우더의 미세 입자 사이즈에 따른 증기화 증폭 시트 제작

김현정 , 정성택 , 위은찬 외 3명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2020.07 학술대회자료

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최근 4차 산업 발달로 인해 미래 산업 시장의 다양한 기술적 변화가 이루어지고 있으며, 이에 따라 각 산업 분야에서는 고도화된 기술 확보를 위한 개발 및 연구들이 활발히 진행되고 있다. 특히, 부품업계에서는 자동차, 항공 부품의 경량화 및 고 세장비가 요구됨에 따라 고경도 및 고 내식성 금속 소재를 이용한 초정밀 미세 가공기술에 대한 관심을 높이고 있다. 그 밖에 선박, 중공업, 철강 등 제조업 분야와 전기 전자, 반도체 및 의료분야에서도 초고속 및 초정밀 가공기술의 요구가 높아짐에 따라 기술 적용이 확대되고 있다. 따라서, 이러한 가공기술을 확보하기 위한 가공 장비의 개발에 대한 관심도 및 수요가 크게 증가하고 있는 추세이다. 기존 가공기술은 접촉 방식의 공작기계를 활용한 부품 생산 방식이 활발했으나, 산업과 기술이 발달함에 따라 부품의 목적에 따라 요구되는 품질 및 형상을 구현하기 위한 기술적 한계가 존재하였다. 특히, 다수의 미세 홀이 요구되는 항공 및 자동차 부품의 가공을 위해 비접촉식의 에너지 밀도가 높은 고 에너지빔 가공기술들을 활용하여 가공 효율을 높이고, 고세장비 및 고품질을 확보할 수 있는 연구가 요구되며, 이를 위해 본 연구에서는 전자빔 가공기술을 응용하여 고출력 전자빔 장비를 활용하여 미세 홀 드릴링 가공에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 고출력 전자빔 드릴링 가공 시 가공성을 극대화 시키기 위해 증기화 증폭 시트를 개발하여 증기화 증폭 시트 유무에 따른 가공 성능에 대한 실험을 통해 고분자 소재에 금속 분말의 기계적 특성을 분석하여 전자빔 드릴링 가공기술에 대한 메커니즘을 수립하였다. 또한, 고품질의 미세 홀을 가공하기 위해 전자빔 가공 파라미터와 증기화 증폭 시트의 최적 조건을 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 최적의 증기화 증폭 시트를 개발하기 위해서 조성 비율과 성분 및 제작 공정조건에 대한 제작을 통해 전자빔 가공실험을 수행하여 가공 성능을 검증하였다. 또한, 가공기술의 응용화를 위해 전자빔 연속 가공조건에 따른 실험과 다양한 금속 소재를 적용하여 증기화 증폭 시트의 가공 성능에 대한 특성을 실험결과를 통해 분석하여 기술하였다.

Recently, the 4th industrial development has led to various technological changes in the future industrial market, and development and research to secure advanced technologies are actively progressing in each industry. In particular, the parts industry was increasing interest in ultra-precision micro-fabrication technology used on the high hardness and high corrosion resistance metal materials as automobile and aviation parts are required lightweighting and high aspect ratio. In addition, as the demand for ultra-high-speed and ultra-precision machining technology increases in the fields of electricity, electronics, semiconductors, medicine, as well as manufacturing industries such as ships, heavy industry, and steel, technology application fields are expanding. Therefore, the interest and demand for the development of machining machine for securing such machining technology are increasing significantly. In the existing machining technology, the production of parts used on the contact machining technology was active, but as the industry and technology developed, there was a technical limitation in realizing the quality and shape required according to the purpose of the part. Particularly, for the machining of aviation and automobile parts that was required a large number of fine holes, high-energy beam machining technologies of non-contact with high energy density were utilized to increase processing efficiency and research to secure high aspect ratio and high quality was required. For this purpose, in this study, a study on fine hole drilling machining was performed using high-power density electron beam machine manufactured by applying electron beam machining technology. In this study, in order to maximize the workability during high power density electron beam drilling machining, a vaporized amplification sheet was developed. Through an experiment on the machining performance according to the with or without of vaporized amplification sheet. As a result of the experiment, it was confirmed that fine holes were processed under the influence of metal powder, and based on this, a high-power electron beam drilling machining technology mechanism was established. In order to develop an optimal vaporization amplification sheet, an electron beam machining experiment was performed through the production of composition ratio, components and fabrication process conditions to verify the machining performance. In addition, for the application of the machining technology, the experiment according to the continuous machining conditions of the electron beam and the effect on the processing performance of the vaporized amplification sheet by applying various metal materials were analyzed and described through the experiment.

I. 서 론 1
1. 연구배경 및 동향 1
2. 연구 목적 4
II. 이론 배경 5
1. 전자빔 가공기술 배경 5
2. 전자빔 가공을 위한 전자빔 광학 및 전자빔 구조 6
3. 전자빔을 이용한 기화 폭발 메커니즘 8
III. 전자빔의 기초 실험 및 분석 10
1. 실험 장비의 구성 10
2. 금속 소재와 고분자 시료에 따른 전자빔 가공실험 결과 11
3. Metal Powder(금속 분말)에 따른 증기화 증폭 시트의 제작 연구 15
IV. 증기화 증폭 시트 제작 공정 개발 및 전자빔 드릴링 가공실험 25
1. 공정조건에 따른 증기화 증폭 시트의 제작 및 분석 25
1.1 증기화 증폭 시트의 탈포 공정에 따른 제작 연구 25
1.2 전자빔 드릴링 가공실험 및 분석 28
1.3 증기화 증폭 시트의 경화 조건에 따른 제작 연구 49
1.4 경화 조건에 따른 전자빔 가공실험 및 분석 52
2. 증기화 증폭 시트 제작의 화학적 분석 79
V. 증기화 증폭 시트의 제작 개선을 통한 전자빔 드릴링 가공 최적화 84
1. Primer(접착제) 공정 개선을 통한 전자빔 가공실험 84
1.1 증기화 증폭 시트의 접착성 개선 84
1.2 접착성 개선에 따른 전자빔 가공실험 및 분석 87
2. 고분자 소재의 이종 접합을 통한 표면 (Deburring)디버링 연구 113
Ⅵ. 고출력 전자빔의 응용화를 위한 증기화 증폭 시트 성능평가 117
1. 전자빔 가공 종류에 따른 가공실험 및 분석 117
1.1 직선 가공 117
1.2 원형 가공 135
2. 소재 종류에 따른 전자빔 가공실험 및 평가 141
Ⅶ. 결 론 200
참고문헌 203
영문초록(Abstract) 206
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