KR920007643B1 - 공작물 마무리 가공방법 - Google Patents
공작물 마무리 가공방법 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본발명의 전해마무리 가공장치의 정면도.
제2도는 동기계의 측면도.
제3도는 본발명의 시스템을 나타내는 블록 다이어그램.
제4a, 4b도는 전극에 전류를 공급하기 위한 시스템을 나타내는 블록 디아어그램.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 공작물 3 : 공작물 고정장치
4 : 전극 6 : 전극구동장치
7 : 구동변환기 9 : 모우터구동제어부
10 : 가공조건제어부 11 : 전해액흐름제어부
12 : 제어장치 13 : 입력장치
14 : 전해액여과장치 40 : 극성변환제어부
41 : 변환기 46 : CPU
본 발명은 전해에 의한 기계가공으로 공작물의 표면을 마무리 하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 입체형상을 가지고 있는 표면을 마무리 하기 위한 방법과 관련이 있다. 미국 특허 3,527,686과 3,607,689는 전해기계를 발표한다. 그 기계에서는 액체전해물이 기계가공동안 고속으로 전극과 공작물 사이에서 계속하여 통과되며, 따라서 공작물로부터의 부식된 금속 미립자들, 수소가스 그리고 다른것들과 같은 잔류물이 전극과 공작물 사이에 있는 틈에서 배출된다.
그러나, 복잡한 입체형상의 리세스를 보유하는 공작물의 경우에는, 일정한 속도로 복잡한 형상을 하고 있는 틈으로 액체전해를 통과시키는 것이 불가능하다. 그 생성물의 정밀성은 전해흐름에서의 불규칙성에 크게 영향을 받는다. 더욱이, 전해탱크의 배출구에서의 전해물의 농도은 비록 액체의 압력이 증가된다할지라도 흡입구에서의 농도와는 다르다. 따라서, 정확한 생성물을 생산하기가 불가능하다. 그런 단점들을 해소하기 위해서 본출원인은 액체전해물이 전해물 탱크를 통과하지 않고, 펄스를 적용시킨후에 잔류물과 함께 배출되며 후속처리과정을 위해서 깨끗한 전해물이 탱크에 공급되는 시스템을 제안하였다. 그러나, 후속처리과정에서의 펄스들은 전해물이 공작물과 전극 사이의 틈에서 이동하는 동안 가해진다. 그런상태에서 틈에서의 전해물의 흐름율은 장소에 따라 다르며 따라서 전해물은 틈에서 소용돌이친다.
결과적으로 기계가공상태는 장소에서 다르며, 그래서 전해물의 불규칙한 흐름에 따른 패턴이 공작물의 표면위에 형성되며 그것은 공작물의 표면이 질이 나빠지게 하는 결과를 낳는다. 본 발명의 목적은, 공작물의 입체표면을 광택이 있는 표면을 보유하는 생산품으로 정밀하고 고속으로 마무리하는 전해가공에 의한 마무리 가공방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 전극과 공작물의 표면 사이에 있는 예정된 틈을 형성하는 전극을 배치시키고, 전극과 공작물을 물속에 잠그기 위해서 전해물 탱크에 전해물을 공급하고 기계가공을 한번 순환시킨후에 잔류물을 포함하는 전해물을 배출시키며 전해물 탱크에 깨끗한 전해물을 재공급하고 그리고 다음의 기계가공순환을 위한 예정된 기간후의 전극에 펄스들을 가하는 단계를 구성하는 공작물을 마무리하는 방법이 제공되고 있다.본 발명의 한면에서는 기계가공은 제1처리공정과 제2처리공정으로 분리되며, 제2처리공정에서 펄스는 제1처리공정에서보다 더 높은 전류밀도로 고정되며 제1처리공정에서의 펄스보다 더 높은 잔류밀도를 가지고 있는 펄스를 이동시키는 것은 제1처리공정동안 간헐적으로 적용된다.
본 발명의 다른 목적과 특질은 수반하는 도면과 관련하여 다음의 기술로부터 명백하게 이해될 것이다.
제1도에서 3도까지를 참조하면 전해물 마무리 가공장치(1)는 전해물 탱크(15)에 있는 공작물고정장치(3)를 구성한다. 공작물(2)은 공작물고정장치(3)의 베이스(3 a)에 장착되며 상부플레이트(3b)와 베이스(3a)에 나사로 고정된 볼트(16)에 의해서 고정된다. 구리로 만들어진 전극(4)은, 전극고정장치(5)의 로드(17)의 하부 끝에 고정된다. 고정장치(5)는 구동변환기(7)을 거쳐서 전극구동장치(6)에 작동할 수 있게 연결된다. 변환기(7)는 구동장치(6)에 있는 모우터(19)의 회전출력을 로드(17)의 축이동으로 변화시키기 위해서 배열된다. 공작물(2)은 마무리하려는 입체 리세스(2a)를 보유하며, 그것은 전극(4)이 있는 전기배출기(미도시)로 형성되어지고 있다. 제3도에 나타난바대로 전극구동장치(6)는 인코우더(20), 회전계용 발전기(21) 그리고 모우터(19)를 구성한다.
인코우더(20)과 회전계용 발전기(21)의 출력신호는 제어장치(12)의 모우터 구동제어부(9)로 공급되며 모우터(19)는 모우터 구동제어부(9)로부터의 제어신호에 의하여 작동된다. 제어장치(12)는 기계가공조건제어부(10)와 전해액흐름제어부(11)를 구성한다. 그 시스템은 직류전원부(22)와 충전/방전부(23)와 충전/방전부(23)를 제어하기 위한 충전/방전제어부(24)를 보유하는 전원장치(8)를 구성한다. 충전/방전부 (23)는 기계가 공조건제어부(10)로부터의 신호에 반응하여 리세스(2a)의 표면지역에 따른 펄스폭을 위한 전류밀도의 펄스(구체적인 수단 ＂평균전류밀도＂)를 발생시킨다. 그 시스템은 기계가공조건을 입력시키기 위한 입력장치(13)와 전해액여과장치(14)를 더 구성한다.
입력장치(13)는 공작물의 재료, 공작물의 표면지역, 기계가공 깊이, 부피정밀성의 등급, 전극과 공작물사이의 틈(18)의 크기등과 같은 여러 가지 기계가공조건신호들을 입력시키기 위해서 배열된다. 그 신호들은 모우터구동제어부(9)와 기계가공조건베어부(10)로 급송된다. 전해액여과장치(14)는 잔류물을 포함하는 전해물을 수용하기 위한 더어티 탱크(15)와 전해물을 분리시키기 위한 원심분리기와 노즐(42)로부터 깨끗한 전해물을 분출시키기 위한 펌프를 구성한다.
4a도와 4b도를 참조하면 기계가공조건제어부(10)는 기계가공과 다른것들을 계산하기 위한 입력장치로부터 신호로 적용된 CPU(46)와 공작물(2)과 전극(4) 사이에서 틈(18)에 방전된 전류파형을 제공하기 위한 파형설정부(38)와 각각이 예정된 펄스폭을 보유하는 펄스를 발생시키기 위한 펄스발생기(37)와 충전전압설정부(36)를 구성한다. 그 제어부는 최소전류설정부(39)와 극성변화제어부(40)와 계수회로(47)를 더 구성한다.
직류전류부(22)는 변압기(25)와 정류기(26)를 구성한다. 충전/방전부(23)는, 서로서로와 평행하여 연결되는 다수의 커패시터(27-1)에서 (27-n)까지와 전류원에 대한 역전류를 방지하기 위한 다이오드(28-1)에서 (28-n)까지와 펄스들을 발생시키기 위한 스위치(29-1)에서 (29-n)까지와 각각의 커패시터를 고정값으로 충전시키기 위해서 직류전류부(22)를 커패시터(27-1)에서 (27-n)까지에 연결시키기 위한 전압비교기(32)로부터의 신호에 반응하는 충전스위치(30)를 구성한다.
충전/방전제어부(24)는 커패시터(27-1)에서 (27-n)까지에 적용된 충전전압을 감지하기 위한 전압검지기(31)와 기계가공조건제어부(10)에 있는 충전전압설정부(36)에서 설정된 설정전압을 전압검지기(31)에 의해서 검지된 충전전압과 비교하기 위한 전압비교기(32)를 구성한다.
제어부(24)는 공작물(2)과 전극(4) 사이에 방전된 전기충전의 전류를 검지하기 위한 전류검출기(35)와 검지기(35)에 의해서 검지된 전류를 제어부면(10)에 있는 최소전류설정부(39)로부터 공급된 예정된 최소설정전류와 비교하기 위한 전류비교기(34)와 펄스발생기(37)와 파형설정부(38)와 전류비교기(34)로부터의 신호로 공급된 게이트회로(33)를 더 구성한다. 검지된 전류가 최소설정전류보다 더 높을 때 게이트회로(33)는 커패서터(27)를 방전하기 위해서 스위치(29)에 적용되는 신호들을 발생시킨다. 극성변환장치(41)는 전류의 극성을 변화시키기 위해서 설치된다. 역전류에 의해서 스위치(29-1)에서 (29-n)까지가 부숴지는 것을 방지하기 위한 다이오드가 설치된다.
공작물의 기계가공방법이 이후 기술된다. 공작물의 거친 기계가공이 전극(4)으로 전기방전기계가공에 의해서 수행된다. 그 기계가공동안 구리전극은 높은 온도를 가지고 있는 석유의 기계가공유체에 잠기어지며 따라서 흑연층이 전극(4)의 표면(4a)에 형성된다. 따라서, 마무리 기계가공전에 흑연층이 다음의 방법으로 제거된다.
전기방전기계가공에 사용된 전극(4)은 로드(17)에 부착된다. 공작물(2)의 위치는 전극표면(4a)과 함께 리세스(2a)를 정렬시키기 위해서 X와 Y(미도시)를 작동시킴으로써 조정된다. 전극(4)은 공작물(2)을 접촉하기 위해서 구동장치(6)에 의해서 낮추어진다. 그 이후에 전극은 예정된 틈을 제공하기 위해서 들어올려진다. 전해물(48)(제3도)이 탱크(15)에 공급된 후에 극성변화제어부(40)은 전극(4)을 양성으로 공작물(2)은 음성으로 고정하기 위해서 극성변환장치(41)를 작동시킨다. 펄스들은 흑연층을 제거하기 위해서 전극(4)에 적용된다. 그 이후에 극성은 뒤집어지고 전극(4)은 들어올려진다. 깨끗한 전해물은 틈(18)에 있는 전해물을 방전하기 위해서 노즐(42)로부터 분출되며 반면, 탱크(15)에 있는 전해물은 흑연과 함께 방전된다.
마무리 기계가공은 이후 기술된바대로 수행된다. 전극(4)은 공작물과 접촉되기 위해서 다시 낮추어지고 전극의 위치는 원래위치(A)로서 기억된다. 그 다음에, 전극은 예정된 처음의 틈을 형성하기 위해서 들어올려지고 전해물은 탱크(15)로 공급된다. 마무리 기계가공은 제1처리공정과 제2처리공정을 구성한다. 제1처리공정에서는, 전류밀도(예를들어 17A/cm2)와 10미리초(msec)보다 더 짧은 펄스폭을 가지고 있는 펄스가 펄스발생기(8)에 의해서 전극(4)에 적용된다.
전해물 처리공정에 의해서, 리세스(2a)의 표면위에 돌출된 부분은 부식되며 따라서 각 돌기의 높이는 감소된다. 하나 혹은 더 많은 펄스들이 적용된 이후에, 전극(4)은 틈(18)을 확장하기 위해서 들어올려진다. 전해물은 잔류물을 제거하기 위해서 노즐(42)로부터 틈(18)까지 분출되며, 반면 탱크(15)에 있는 전해물은 잔류물과 함께 배출된다. 전해물을 배출시킨후에, 전극(4)은 리세스(2a)를 접촉하기 위해서 낮추어지며 전극(4)의 위치는 기억된다. 기억된 위치는 원래의 위치(A)와 비교되며 따라서 하나의 기계가공사이클(1펄스 혹은 더 많은 펄스에서)에 대한 기계가공 깊이가 측정된다. 그 이후에, 전극(4)은 예정된 틈을 형성하기 위해서 다시 들어올려지고 전해물은 탱크(15)로 공급된다.
본발명에 따르면 전극(4)이 고정된 위치로 들어올려질시에 CPU(46)는 카운터(47)로 신호를 공급한다. 카운터(47)는 전해물이 고정적이게 되는 동안 예정된 기간 이후에 펄스발생신호를 내보낸다. 펄스발생신호에 반응하여 펄스들은 전극에 적용된다. 따라서, 위에 기술된 기계가공사이클은 제어장치(12)로부터의 신호에 따라서 반복된다. 기계가공사이클이 예정된 횟수로 반복될 때 CPU(46)는 펄스발생기(8)에 번갈아가며 신호를 공급하는 파형설정부(38)에 신호를 적용한다. 펄스발생기(8)는 전극이 들어올려지기전에 하나 혹은 더 많은 펄스를 발생시킨다. 그 펄스는 예를 들면 15msec와 같은 앞의 펄스보다 더 길이가 긴 펄스폭과 앞의 펄스보다 더 높은 전류밀도를 가진다. 더 길이가 긴 펄스에 의해서 전해물 제품을 구성하는 전극위에 형성된 층은 제거된다.
그 이후에, 전극은 들어올려지고 깨끗한 전해물은 층의 부분품을 배출하기 위해서 노즐(42)로부터 분출된다. 기계가공사이클 사이의 길이가 긴 펄스들을 적용시키는 것을 포함하는 위에 기술된 사이클은 예정된 횟수로 반복된다. 기계가공 깊이의 합계와 입력 깊이 사이의 차이가 입력 깊이에 관해서 예정된 정도가 될 때(예를들어 1μm) 제2처리공정이 수행된다. 제2처리공정에서, 제1처리공정에서의 펄스의 전류밀도만큼 다시 높이가 반정도(1.5배) 혹은 1.5배보다 더 높은 높은 전류밀도를 가지고 있고 길이가 더 긴 펄스폭(15msec와 60msec 사이)를 가지고 있는 펄스가 적용된다. 제2처리공정에서는 제1처리공정과 똑같은 기계가공이 펄스에 의해서 되풀이되어 수행된다.
[예]
전극 : 구리
가공물의 재질 : 공구강(표면 거칠기 20μm)
전해물 : 질산나트륨(농도 40%)
제1처리공정
기계가공 펄스폭 : 5msec
전류밀도 :17A/cm2
펄스폭제거 : 15msec
전류밀도 : 40A/cm2
제2처리공정
펄스폭 : 15msec
전류밀도 : 40A/cm2
마무리된 표면 거칠기 : 1μm보다 적음
마무리된 표면 : 광택이 있는 표면
본 발명은 반도체를 제조하기 위한 실리콘 단결정, 갈륨 아에르세나이드 그리고 다른것들과 같이 금속공작물보다는 공작물을 마무리하기 위하여 사용될 수 있다. 앞에 말한것으로부터 전해물 마무리는 전해물의 고정된 상태에서 수행된다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 기계가공은 전해물의 균일한 농도와 전해물 마무리동안의 일정한 상태에서 이루어지며, 따라서 질이 높은 정밀한 제품을 얻을 수 있다.
본 발명의 명백히 전술된 실시예가 나타나고 기술된 반면, 이 발명 기술은 예시의 목적이 있고 여러 가지 변화와 변형이 첨부된 청구범위에서 설명된 본발명의 정신과 범주를 이탈하지 않고 실시될 수 있다는 것을 명심해야 한다.
Claims (4)
- 전극과 공작물의 표면 사이에 있는 틈을 형성하는 전극을 배치시키고, 그 전극과 공작물을 물속에 잠그기 위해서 전해물 탱크에 전해물을 공급하고 전극에 펄스를 적용시키며 틈에 깨끗한 전해물을 공급하고 기계가공을 한번 순환시킨 후에 잔류물을 포함하는 전해물을 배출시키고, 전해물 탱크에 깨끗한 전해물을 재공급하고 그리고 기계가공의 다음 순환을 위해서 예정된 기간 후에 전극에 펄스를 적용시키는 단계를 구성하는 것을 특징으로 하는 공작물 마무리 가공방법.
- 제1항에 있어서, 기계가공은 제1처리공정과 제2처리공정으로 분리되며 제2처리공정에 있는 펄스는 제1처리공정보다 더 높은 전류밀도로 고정되는 것을 특징으로 하는 공작물 마무리 가공방법.
- 제2항에 있어서, 제1처리공정동안 제1처리공정에 있는 펄스보다 더 높은 전류밀도를 가지고 있는 이동펄스를 적용시키는 것을 더 구성하는 것을 특징으로 하는 공작물 마무리 가공방법.
- 제1항에 있어서, 기계가공전에 기계가공을 위해서 역극성을 가지고 있는 펄스들을 적용시키는 것을 더 구성하며 그것에 의해서 전극위에 형성된 층이 제거되는 것을 특징으로 하는 공작물 마무리 가공방법.
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