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효과적인 냉각과 윤활

절삭유 노즐 사용 팁

제대로 셋업되지 않은 절삭유 노즐은 예상외로 연삭공정에 큰 영향을 미칩니다. 이번 호에는 웹스터 박사가 양호한 표면조도와 정밀도를 얻기위한 절삭유 노즐의 역활에 대해 설명합니다.

절삭유 노즐은 절삭유가 연삭공정시 다음과 같은 역할을 효과적으로 수행하도록 설치됩니다.
• 연삭면의 냉각을 돕고,
• 연삭휠을 깨끗한 상태로 유지하여 절삭과 칩 배출을 쉽게하며,
• 절삭유 첨가제가 높은 압력에도 효과를 발휘할 수 있도록 도와주며,
• 연삭시 발생된 칩을 씻어내어 절삭유 필터시스템으로 보냅니다.
조립형 플라스틱 노즐은 2 Bar이하의 저압에서는 적합하나 더 좋은 연삭결과를 얻을수 있는 고압에서의 사용에는 부적합 합니다. 그리고 쉽게 노즐위치 조정이 가능하지만 분산되는 노즐 형상때문에 공작물에 가까이 설치해야 합니다.
동이나 스틸파이프는 견고하고 안정적이기는 하지만 노즐끝의 형상이 정밀하게 특수가공 되지 않은 경우 분산된 절삭유를(공기를 포함한) 배출합니다. 시간이 지남에 따라 여러번 연삭지점에 조정하는 과정을 거치는 동안 파이프의 파손을 유도하기도 합니다.

집중된 노즐이 더욱 효과적

20년이 넘게 필자는 조립형 플라스틱 노즐이나 딱딱한 튜브형 노즐보다 레이저 처럼 집중된 노즐이 더욱 효과적이라는 것을 증명해 왔습니다. 특히 연삭 가공의 경우, 가공시 발생하는 열의 대부분이 칩으로 배출되는 것이 아니라 공작물로 흡수되지요. 연삭휠 주속도 6000 sfpm 이상의 경우 회전시 휠표면에 발생하는 공기층이 저압 절삭유의 휠표면으로의 유입을 막고 있습니다. 집중된 노즐의 높은 임팩트 에너지로(휠 주속도보다 빠른) 공급되는 절삭유는 절삭유 유입을 방해하는 휠 표면 공기층을 헤치고 휠 표면을 깨끗하게 청소해주며 휠과 공작물간의 연삭점에 절삭유 공급이 원활하도록 도와줍니다.

ANCA TX7에 장착된 트윈-제트 플루팅 전용 노즐 시스템.

원형 노즐은 휠 코너 위치를 향하고 납작한 노즐은 OD를 향하게 설치됨. 바깥쪽 휠 2개는 원형 매니폴드의 둥근 회전 노즐에 의해 윤활됨

의료와 항공산업에 쓰이는 집중 제트 노즐

TX7 연삭기를 운용중인 의료기기 전용 제작회사는 집중 제트 노즐을 사용하여 다음과 같은 효과를 얻을수 있었습니다.
• 난삭재인 스테인레스강 연삭시 버어 발생방지,
• 휠 코너 마모의 5배 이하로 감소,
• 노즐 파손의 방지,
• 쉬운 노즐 방향 조절 및
• 40%의 생산성 향상.

연삭공정에서 일반적으로 사용하는 효과적인 절삭유 배출량 모델은 스핀들 마력당 1.5-2GPM(갤런/분당)입니다. 예를들어 5마력 공정의 경우 절삭유7-10GPM으로 정확히 연삭지점에 공급되어야 한다는 것입니다. 항공용 터빈 블레이드를 가공하는 한 회사는 장비10대에 절삭유를 동시에 공급 가능한 중앙집중식 절삭유 공급시스템을 운용하면서도 노즐 구멍이 사용함에 따라 점점 넓어져 연삭 버닝을 발생시키는 문제를 방지하기 위해 단지 5장비에만 사용하고 있었습니다.

각 장비에는 8개씩의 10mm 외경 파이프를 사용하여 한 스핀들에 장착된 휠2개를 냉각시키고 있었습니다. 기존의 절삭유 파이프를 없애고 5개의 4.5mm외경의 원형 집중 노즐을 사용해본 결과;
- 드레싱 간격 2배 증가
- 표면조도 향상
- 연삭 저항 40% 감소
- 절삭유 배출량 66% 감소
- 연삭버닝 현상이 해결 되었고
- 10개의 장비 모두를 한꺼번에 운용할 수 있게 되었습니다.

TX7절삭유 매니폴드에 장착되고 휠 각도에 맞춘 플루팅용 노즐 시스템

집중 제트 시스템의 장점

집중제트 노즐을 사용하고있는 제조업체의 평가 - “집중제트 노즐의 견고함과 연삭지점에서 멀리 떨어진 위치에서도 설치및 사용이 가능한것이 장점입니다.” “기존의 동 파이프나 플라스틱LocLine 제품을 사용했을때보다 휠수명, 드레싱 빈도 및 표면조도가 훨씬 개선되었습니다. 그리고 적은 수와 크기의 노즐로 정확히 연삭점에 절삭유를 공급할 수 있게되어 휠의 성능도 개선되었습니다.”

120psi 압력의 물을 사용한 집중제트 노즐과 튜브 노즐 비교시험

집중제트 노즐 사용을 확대하기 위한 기본 준비 사항들

집중제트노즐 사용을 더욱 효과적으로 하기 위해서는 자유로운 노즐위치 조절이 가능하도록 설계시 제위치로 조정후에는 견고하게 위치가 고정될수 있도록 고려해야합니다. 이것은 노즐을 방향조절이 가능한 조인트에 장착한 후 노즐위치 조정후 고정 해주면 가능합니다. 사전 용접된 원형 및 납작한 노즐 파이프는 노즐 끝 가까이 휘어서 위치하고 (전용 튜브 밴딩기를 사용하여),탈착이 가능한 콜렛을 사용하여 매니폴드나 파이프 연결부분에 고정 시킵니다. 이것은 축방향과 회전방향으로 제트 조절이 가능하도록 해줍니다(기존방식의 경우 영구적인 고정). 원형과 납작한 노즐을 적절하게 조합하여 복잡한 형상에도 적용이 가능합니다.

쉽고 빠른 원형 및 납작한 노즐은 기존의 동파이프에도 장착이 가능합니다.

이 종류들은 주로 동파이프를 사용하는 MX5에 적합 합니다

개선된 절삭유 설치로 다음의 장점들도 경험할수있습니다:

• 수명증가 – 기존 휠보다 단계높은 단단한 조직의 휠 사용이 가능하여 휠 형상유지 능력을 개선 시키면서도 열손상을 방지함
• 냉각작용의 개선으로 연삭된 표면 조직의 품질개선
• 감소된 절삭유 공급량으로도 효과적인 공정유지
• 견고한 노즐위치 유지로 인한 무인작업 진행이 가능하며
• 휠 메꿈 현상의 감소로 연삭 저항이 감소하여 부품형상 정밀도 향상

필자인 존 웹스터 박사는 20년간 미국 코네티컷 지역의 대학들과 영국에서 연삭공정에 관한 이론과 현상에 관해 연구 하였습니다. 6년간 Saint-Gobain사에서 연삭 공정용 절삭유 공급에 관한 연구와 개발 후 2004년 Cool-Grind 기술을 출시하였습니다. 연삭 공정용 절삭유 공급에 관한 자세한 기술 문헌과 자료들은 저자의 웹페이지의 www.cool-grind.com에서 다운로드 받으실수 있습니다. www.cool-grind.com.

12 11월 2013