KR101927059B1 - Cryogenic Deburring Method of Drill Hole Defect in CFRP - Google Patents

Cryogenic Deburring Method of Drill Hole Defect in CFRP Download PDF

Info

Publication number
KR101927059B1
KR101927059B1 KR1020170114098A KR20170114098A KR101927059B1 KR 101927059 B1 KR101927059 B1 KR 101927059B1 KR 1020170114098 A KR1020170114098 A KR 1020170114098A KR 20170114098 A KR20170114098 A KR 20170114098A KR 101927059 B1 KR101927059 B1 KR 101927059B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cfrp
deburring
burr
hole
burrs
Prior art date
Application number
KR1020170114098A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
고태조
박기문
위전
이상평
김민엽
Original Assignee
영남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 영남대학교 산학협력단 filed Critical 영남대학교 산학협력단
Priority to KR1020170114098A priority Critical patent/KR101927059B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101927059B1 publication Critical patent/KR101927059B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C3/00Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/12Trimming or finishing edges, e.g. deburring welded corners
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2220/00Details of milling processes
    • B23C2220/20Deburring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2226/00Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23C2226/27Composites, e.g. fibre reinforced composites

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

Disclosed is a deburring method of forming an ice layer surrounding burrs in order to remove burrs generated while drilling a CFRP and cutting the burrs and the ice layer surrounding the burrs. Generally, it is difficult to remove burrs formed on the CFRP since the burrs are formed by protruding carbon fiber. The deburring method according to the present invention is effective since the ice layer supports the carbon fiber. Because the ice layer is used to support a defect part of the burrs, an increase of cutting load is very slight, there is no influence on tools and a workpiece, and the deburring method according to the present invention is an eco-friendly process capable of performing deburring very effectively. The deburring method according to an embodiment of the present invention can effectively remove the hole defect portion generated in an expensive CFRP, thereby preventing the workpiece from being wasted by drilling defects in order to enhance productivity.

Description

극저온 냉매를 이용한 CFRP 구멍가공결함 디버링 방법{Cryogenic Deburring Method of Drill Hole Defect in CFRP}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for deburring a CFRP hole using a cryogenic coolant,

본 발명은 극저온 냉매를 이용해 CFRP의 구멍가공결함을 제거하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 극저온 냉매를 이용하여 결함 부위를 둘러싸는 얼음층을 형성하고 얼음층과 결함 부위를 함께 제거하는 가공 공정에 관한 것이다. The present invention relates to a method for removing pitting defects in CFRP using a cryogenic refrigerant. More particularly, the present invention relates to a process for forming an ice layer surrounding a defective portion by using a cryogenic coolant, and removing an ice layer and a defective portion together.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 복합재는 우수한 기계적 특성을 보이며 기존의 금속 소재에 비해 가벼운 무게를 제공하기 때문에 항공, 자동차 및 스포츠 레저 분야로 적용이 확대되고 있다. 특히 구조재로 사용되는 CFRP는 다른 부품과의 연결을 위해 매우 많은 수의 구멍을 포함한다. CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) composites show excellent mechanical properties and provide light weight compared to conventional metal materials, and are being applied to aviation, automobile and sports leisure. CFRPs, especially used as structural members, contain a large number of holes for connection to other components.

한편, CFRP는 강성이 매우 높은 소재인 카본파이버가 포함되어 공구 마모 속도가 빠른 것이 특징이다. CFRP에 대한 수요가 늘면서, 절삭 특성을 고려한 전용 공구나 공구 수명을 증대하기 위한 다이아몬드 코팅(CVD coating) 공구 등에 의해 CFRP의 절삭 품질이 개선되고는 있으나, 공구인선의 급격한 초기 마모는 공구 수명주기 내에도 구멍가공결함을 유발할 수 있다. On the other hand, CFRP is characterized by the fact that carbon fiber, which is a highly rigid material, is included and the tool wear rate is fast. As the demand for CFRP increases, the cutting quality of CFRP is improved by special tools considering the cutting characteristics and diamond coating (CVD coating) tools for increasing the tool life. However, the abrupt initial wear of the tool insert is due to the tool life cycle It is possible to cause a hole machining defect even in the inside of the hole.

항공기용 CFRP 부품의 경우, 전체 부품 제조비용 중 디버링(deburring) 가공 비용이 차지하는 비중이 30% 수준이라고 보고된 바 있을 정도로 구멍가공결함은 전체 제조비용에서 가장 큰 비중을 차지한다. 예컨대 보잉747의 경우 각종 부품간의 연결을 위한 3억개의 구멍이 있으며, 카본 복합재가 전폭적으로 적용된 보잉787의 경우 CFRP와 관련된 구멍의 개수는 10만개이다. CFRP는 소재 자체의 가격도 높지만, 구멍가공에 소요되는 가공 시간뿐만 아니라 공구 비용도 상당한 수준이다. For aircraft CFRP parts, the percentage of deburring costs accounted for 30% of the total part manufacturing cost, and hole processing defects accounted for the largest portion of total manufacturing cost. For example, Boeing 747 has 300 million holes for connecting various components. For the Boeing 787, which has a full carbon composite material, the number of CFRP-related holes is 100,000. The price of CFRP is high, but not only the machining time required for hole machining but also the tool cost is considerable.

CFRP의 구멍가공에서 발생하는 결함의 종류로는 비절삭 파이버(uncut fiber), 모서리 마멸 헤짐(fraying), 칩핑(chipping), 비절삭 레진(uncut resin), 스폴링(spalling) 및 박리(delamination) 등이 있다. 카본 파이버의 높은 강성, 높은 온도에서 물성이 급변하는 결합 수지, CFRP의 낮은 열전달율 및 CFRP 성형 과정에서 내재된 국부 결함부 등이 이러한 결함 발생의 원인이다. The types of defects that occur in hole machining of CFRPs include uncut fiber, edge wear, fraying, chipping, uncut resin, spalling and delamination. . The high stiffness of the carbon fibers, the rapidly changing properties of the resin at high temperatures, the low thermal conductivity of CFRP, and the localized defects inherent in the CFRP molding process are sources of these defects.

한편, 액화질소 등 극저온 냉매를 이용한 절삭 가공은 21세기 들어 본격적인 연구 개발이 이루어지고 있는 분야이다. 주로 난삭재 가공에 있어서 절삭부위를 극저온 냉매로 냉각하여 공구 수명을 늘리고 표면 품질을 개선하는 내용이 주된 경향이다. 폴리머 소재의 가공에서는 표면 품질을 향상시키고 특히 열에 약한 폴리머 소재의 버(burr) 발생을 방지하기 위한 방법으로 극저온 냉매를 이용한 가공 방법이 제시된 경우(US8,820,199)도 있다.On the other hand, cutting processing using cryogenic coolant such as liquefied nitrogen is a field in which research and development are being carried out in earnest in the 21st century. Mainly, in machining hard material, the main part is to cool cutting area with cryogenic coolant to increase tool life and improve surface quality. In the processing of polymer materials, there is also a method (US 8,820,199) for improving the surface quality and for preventing the generation of burrs of polymer materials which are weak to heat, as a method of processing using cryogenic coolant.

미국등록특허번호 제8,820,199호(2014.09.02. 등록)United States Patent No. 8,820,199 (Registered on Mar. 02, 2014)

본 발명은 CFRP 구멍가공에서 유발되는 버를 제거하기 위해 버를 감싸는 얼음층을 형성한 후 버와 얼음층을 함께 절삭하여 디버링을 실시하는 기술을 제안한다. 통상 CFRP에서 발생하는 버는 카본파이버가 돌출된 형태로서 이러한 카본파이버와 수지가 결합된 복합재에서의 디버링은 매우 까다롭다. 본 발명은 일반적으로는 제거가 어려운 이 같은 버를 얼음층으로 감싸 지지함으로써 절삭에 필요한 가공부위 강성을 확보함으로써 효과적인 CFRP 디버링 공정을 제공하는 것이 목적이다. The present invention proposes a technique of forming an ice layer surrounding burrs to remove burrs generated in CFRP hole drilling, and then performing deburring by cutting burrs and ice layers together. Generally, burrs generated by CFRP are carbon fiber protruding forms, and deburring is difficult in such a composite in which carbon fiber and resin are combined. The present invention aims to provide an effective CFRP deburring process by ensuring the machining site rigidity required for cutting by wrapping such burrs, which are generally difficult to remove, in an ice layer.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 CFRP 디버링 방법은, CFRP구멍에 발생한 버를 제거하는 CFRP 디버링 방법에 있어서, 버의 적어도 일부에 액상(液狀)의 충전 물질을 부착시키는 충전 단계; 충전 물질을 냉각시켜 고상(固狀)으로 상(狀)변화시키는 냉각 단계; 고상의 충전 물질이 부착된 버를 절삭 공구로 제거하는 디버링(deburring) 단계; 및 고상의 충전 물질이 액화 또는 기화되어 CFRP로부터 제거되는 분리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a CFRP deburring method for removing burrs generated in a CFRP hole, comprising the steps of: injecting a liquid filler material into at least a part of a burr A charging step for attaching; A cooling step of cooling the filling material to solid state; A deburring step of removing a burr with a solid fill material by a cutting tool; And a separation step in which the solid filler material is liquefied or vaporized and removed from CFRP.

또한, 충전 물질은 물인 것을 특징으로 한다. Further, the filling material is water.

또한, 냉각 단계는 충전 물질을 극저온 냉매에 노출시키는 극저온 노출 단계를 포함한다. The cooling step also includes a cryogenic exposure step of exposing the fill material to cryogenic refrigerant.

또한, 극저온 냉매는 액화질소인 것을 특징으로 한다. Further, the cryogenic refrigerant is characterized by being liquefied nitrogen.

또한, 충전 단계는 버 및 버가 형성된 구멍의 모서리를 포함하는 측면에 충전 물질을 부착하는 것을 특징으로 한다. Further, the filling step is characterized in that the filling material is attached to the side surface including the edge of the hole where the burr and burr are formed.

또한, 고상의 충전 물질은 CFRP 몸체 및 버 모두에 부착되되, 버가 CFRP 몸체로부터 고상의 충전 물질에 의해 지지되도록 부착되는 것을 특징으로 한다. The solid fill material is also attached to both the CFRP body and the burr, wherein the bur is attached from the CFRP body such that it is supported by the solid fill material.

또한, 충전 단계는 버의 적어도 일부가 액상의 충전 물질에 잠기도록 형성된 지그 케이스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In addition, the charging step includes a jig case formed so that at least a part of the bur is submerged in the liquid filling material.

또한, 충전 단계는 버의 적어도 일부에 액상의 충전 물질을 부착하도록 형성된, 부드러운 다공성 소재를 포함하여 이루어지되, 액상의 충전 물질을 머금은 다공성 소재는 버가 발생한 구멍의 모서리를 포함하는 측면에 부착되는 것을 특징으로 한다. Further, the filling step comprises a soft porous material formed to adhere a liquid filler material to at least a portion of the burr, wherein the porous material having the liquid filler material adheres to the side surface including the edge of the hole where the burr is formed .

또한, 디버링 단계는 초음파 디버링이 함께 수행되는 것을 특징으로 한다. Further, the deburring step is characterized in that the ultrasonic deburring is performed together.

본 발명은CFRP 구멍가공에서 유발되는 버를 제거하기 위해 버를 감싸는 얼음층을 형성한 후 버와 얼음층을 함께 절삭하여 디버링을 실시함으로써 매우 높은 디버링 성능을 제공한다. 또한, 버를 지지하는 부재로서 얼음층을 사용하여 가공 후 자연스럽게 제거되고, 가공물에 미치는 영향도 없어 친환경적인 공정이다. 본 발명에 따른 극저온 냉매를 이용한 디버링 방법은 CFRP의 모서리 트리밍(edge trimming)에도 효과적으로 적용될 수 있다.The present invention provides a very high deburring performance by forming an ice layer surrounding burrs to remove burrs caused by CFRP hole drilling, followed by deburring by cutting burrs and ice layers together. In addition, as a member for supporting burrs, it is an eco-friendly process that is naturally removed after processing using an ice layer, and has no effect on workpieces. The deburring method using the cryogenic coolant according to the present invention can be effectively applied to the edge trimming of the CFRP.

도 1은 일반적으로 CFRP 복합재의 구멍가공 시 발생하는 구멍가공결함의 종류를 나타내는 사진이다.
도 2는 CFRP복합재의 대표적인 구멍가공결함의 발생 매커니즘을 설명하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼음층을 이용한 디버링 공정의 개념을 나타내는 개념도이다.
도 4는 극저온 냉매를 이용한 디버링 가공공정의 4가지 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디버링 공정에서 물이 젖어있는 CFRP에 극저온 냉매를 분사하여 냉각하는 것과 얼음층에 둘러싸인 버를 초음파 밀링 가공기에 의해 디버링하는 것을 나타내는 사진이다.
도 6은 절삭 실험에 사용된 공구 및 절삭 조건을 나타내는 표이다.
도 7은 구멍을 촬영한 영상에서 버가 차지하는 면적으로부터 버 제거율을 정량적으로 계산하는 것을 설명하는 사진이다.
도 8은 디버링 장비에 관한 것으로서 초음파 가진 진폭에 따른 디버링 효과를 비교하여 대상인 CFRP와 공구에 의한 시험 조건을 선정하기 위한 사전 비교 실험결과이다.
도 9는 극저온 냉매로 CFRP를 직접 냉각한 상태에서 초음파 디버링 가공을 수행한 결과를 나타낸다.
도 10은 가공 구멍을 물로 채우고 극저온 냉매로 CFRP와 물을 냉각한 상태에서 초음파 가진을 동반하지 않은 일반 디버링 가공을 수행한 결과를 나타낸다.
도 11은 가공 구멍을 물로 채우고 극저온 냉매로 CFRP와 물을 냉각한 상태에서 초음파 디버링 가공을 수행한 결과를 나타낸다.
도 12는 가공 구멍과 가공결함부위가 포함된 모서리 측 측면을 소정의 두께로 물로 채우고 극저온 냉매로 CFRP와 물을 냉각한 상태에서 초음파 디버링 가공을 수행한 결과를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉매를 이용한 CFRP의 디버링 가공 전후의 가공 부위를 전자현미경으로 촬영하여 비교한 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a photograph showing a kind of hole machining defects generally generated in hole machining of a CFRP composite material.
Fig. 2 is a conceptual diagram for explaining a mechanism of occurrence of a typical hole defect in a CFRP composite material.
3 is a conceptual diagram illustrating a concept of a deburring process using an ice layer according to an embodiment of the present invention.
4 shows four examples of a deburring process using a cryogenic coolant.
5 is a photograph showing that the cryogenic coolant is sprayed to the CFRP wetted with water in the deburring process according to an embodiment of the present invention to cool the burr and the burr surrounded by the ice layer is deburred by the ultrasonic milling machine.
6 is a table showing the tools and cutting conditions used in the cutting test.
Fig. 7 is a photograph explaining quantitatively calculating the burr removal rate from the area occupied by the burr in the image of the hole.
FIG. 8 is a comparison result of a preliminary comparison experiment for selecting a test condition by a CFRP and a tool by comparing a deburring effect according to an amplitude of an ultrasonic wave with respect to a deburring instrument.
9 shows the result of performing ultrasonic deburring in a state where CFRP is directly cooled with a cryogenic coolant.
Fig. 10 shows the result of performing general deburring without ultrasonic excitation in the state where the processing holes are filled with water and CFRP and water are cooled with cryogenic refrigerant.
Fig. 11 shows the result of performing ultrasonic deburring in a state where the processing hole is filled with water and CFRP and water are cooled with a cryogenic refrigerant.
Fig. 12 shows the result of performing ultrasonic deburring in a state where the corner side surface including the machining hole and the machined defect portion is filled with water to a predetermined thickness and the CFRP and the water are cooled with the cryogenic coolant.
FIG. 13 is a photograph of a CFRP using a cryogenic coolant according to an embodiment of the present invention, taken and observed before and after a deburring process, using an electron microscope.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. Throughout the specification, when an element is referred to as being "comprising" or "comprising", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise . In addition, '... Quot ;, " module ", and " module " refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

도 1은 일반적으로 CFRP 복합재의 구멍가공 시 발생하는 구멍가공결함의 종류를 나타내는 사진이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a photograph showing a kind of hole machining defects generally generated in hole machining of a CFRP composite material.

CFRP의 절삭 가공은 여러 측면에서 금속의 절삭 가공과 다르다. 연성 금속의 경우 대부분 전단에 의해 절삭이 이루어지지만, CFRP와 같은 복합재는 다음과 같은 매커니즘에 의해 절삭이 이루어진다. 즉, 압축에 의한 파이버(fiber)의 좌굴(buckling), 휨에 의한 파이버의 파단, 복합재의 전단-항복-크랙 및 계면층 간의 박리 등이 복합적으로 작용하여 절삭이 이루어진다. 특히, 수지에 의해 카본파이버가 결합된 CFRP의 경우 매우 낮은 마찰계수를 가지는 절삭 공구를 사용하는 것이 바람직하다. 복합재에 사용되는 수지는 그리 높지 않은 절삭 온도에서도 물성이 급격히 저하되므로 CFRP의 절삭 가공에서는 마찰계수가 매우 낮으면서도 카본파이버와의 마찰에 의한 마멸을 견딜 수 있는 CVD(chemical vapor deposition) 방식으로 코팅된 다이아몬드 공구가 사용되며, 낮은 절삭 온도를 유지할 수 있는 절삭 조건의 선정이 중요하다. Cutting of CFRP differs from cutting of metal in many respects. Most of the ductile metal is cut by shear, but the composite material such as CFRP is cut by the following mechanism. That is, buckling of the fiber by compression, fracture of the fiber due to warping, shear-yield-crack of the composite, and peeling between the interfacial layers are combined to perform cutting. Particularly, in the case of CFRP in which a carbon fiber is bonded by a resin, it is preferable to use a cutting tool having a very low coefficient of friction. Since the resin used in the composite material sharply deteriorates even at a very low cutting temperature, the CFRP is coated with a chemical vapor deposition (CVD) method that can withstand abrasion due to friction with the carbon fiber, Diamond tools are used, and it is important to select cutting conditions that can maintain a low cutting temperature.

카본파이버는 인장 강도는 매우 높으나 횡 방향에서 작용하는 작은 힘에도 소성 변형 없이 쉽게 깨지는 취성을 가진다. 카본파이버를 결합하는 수지는 카본파이버보다 매우 큰 열팽창계수를 가진다. 카본파이버와 수지는 강성이 달라 절삭 가공 중 절삭인선에서 인가되는 동적 하중에 의해 카본파이버가 박리될 수 있다. 국부적인 열하중에 의해 서로 다른 열팽창 특성에 의해서도 박리가 일어날 수 있다. Carbon fibers have very high tensile strength, but they are easily broken without plastic deformation even in the case of small forces acting in the transverse direction. The resin bonding the carbon fibers has a much larger thermal expansion coefficient than the carbon fibers. The carbon fiber and the resin have different rigidity, so that the carbon fiber can be peeled off due to the dynamic load applied at the cutting edge during cutting. Peeling can also be caused by different thermal expansion characteristics due to local thermal stress.

CFRP 절삭 가공은 카본파이버에 의해 공구 마모 정도가 매우 심하다. CFRP 구멍 가공의 기계가공성(machinability) 사례를 참고하면, CVD 다이아몬드 코팅된 공구가 40 m 수준의 공구 수명을 보여주는 반면, DLC(Diamond Like Carbon) 코팅된 공구의 경우 공구 수명이 5 m 수준인 경우도 있다. CFRP에서 구멍가공결함은 공구 수명 주기 내에서도 공구 수명 초기에 절삭인선 마모가 일정 수준 이상으로 급격히 증가하면 버 발생 정도가 증가하는 경향이 있다.In CFRP cutting, tool wear is very high due to carbon fiber. When referring to the machinability example of CFRP hole machining, CVD diamond coated tools show a tool life of 40 m, while diamond-like carbon (DLC) coated tools have a tool life of 5 m have. Hole machining defects in CFRPs tend to increase in burrs within the tool life cycle if the cutting edge wear increases rapidly above a certain level at the beginning of tool life.

가공 시간이 증가함에 따라 단단한 카본파이버에 의해 공구 인선에 마모가 증가되어 무뎌지면 절삭 가공에 있어서 기본적인 매커니즘인 전단(shearing)에 의해 절삭되는 정도도 감소하지만, 특히 CFRP가공에 있어서는 카본파이버를 압축(compression) 또는 휨(bending)에 의해 쪼개는(fracture of fiber) 형태로 가공되는 효율이 급격히 저하된다. 또한, 마모에 의해 절삭 부하가 증가하고 이에 따라 절삭 부위의 발열도 증가하여 카본파이버를 접합하고 있는 수지의 온도가 상승하여 접착력이 감소한 상태에서 절삭력에 의해 박리되는 등 절삭 품질은 급격히 저하된다. As the machining time increases, the abrasion of the tool cutting edge increases due to the hard carbon fiber. As a result, the degree of cutting by the shearing, which is the basic mechanism in the cutting process, is reduced. Especially, in CFRP machining, the efficiency of machining into a fracture of fiber by compression or bending sharply decreases. In addition, the cutting load increases due to abrasion and the heat generated at the cutting portion increases, so that the quality of the resin bonding the carbon fibers increases and the cutting quality deteriorates rapidly due to the cutting force in a state where the adhesive force is decreased.

특히, CFRP 판재의 양측면은 외측에 지지체가 없기 때문에 카본파이버가 더 쉽게 스폴링(spalling)된다. 이로 인해 구멍 가공에서 드릴이 삽입되는 입구 모서리에서 필-인 버(peel-in burr)가 발생할 수 있고, 드릴 출구에서는 푸시-아웃 버(push-out burr)가 발생된다. 필-인 버의 경우에는 공구 인선의 형태가 CFRP를 압축하는 형태의 개선된 공구에 의해 방지될 수 있다. 그러나 푸시-아웃 버는 드릴 공구에서 가장 마모가 많은 선단 인선에 의해 힘을 받아 측면 레이어가 박리되기 쉽고 이로 인해 미절삭되는 카본파이버가 발생되기 쉽다. 절삭 초기의 급격한 공구 인선 마모는 드릴 가공에서 축 방향 절삭력을 증가시켜 이러한 푸시-아웃 버를 더 쉽게 유발한다. 이때 돌출되어 가공되지 않고 남은 카본파이버는 이를 지지하는 수지로부터 박리되어 구멍 내주면 위치에서 절삭 인선에 의해 작용하는 절삭력이 카본파이버에 전달되지 않아 디버링조차 어려운 상태가 된다. In particular, since both sides of the CFRP plate have no support on the outside, the carbon fibers are more easily spalled. This results in a peel-in burr at the entrance edge where the drill is inserted in the drilling, and a push-out burr occurs at the drill exit. In the case of the fill-inverts, the shape of the tool cutter can be prevented by an improved tool in the form of compressing the CFRP. However, the push-out burr is subjected to the force by the most abrasive tip wire in the drill tool, and the side layer is liable to be peeled off, and as a result, the uncut carbon fiber tends to be generated. Rapid tool edge wear at the beginning of cutting increases the axial cutting force in drilling, which makes this push-out burder easier. At this time, the protruded uncut carbon fibers are peeled off from the resin supporting the carbon fibers, so that the cutting force acting on the cutting edge at the inner circumferential surface of the hole is not transferred to the carbon fibers, so that even the deburring becomes difficult.

일반적인 금속 절삭에서는 절삭 중 전단이 일어나는 국소 부위의 온도 증가에 의해 소재의 전단강도가 내려가 절삭이 쉬워지는 경향이 있으나 카본파이버는 3,600℃에서 분해되며 높은 온도에서도 기계적 특성에 큰 변화가 없다. 오히려 CFRP의 절삭 가공은 낮은 온도를 유지하는 것이 필요하다. 복합재 내의 수지 온도가 올라가면 카본파이버를 지지하는 강성, 접착력 등이 감소하여 카본파이버가 수지에 의해 지지되지 못하고 밀리면서 공구 인선에서의 절삭력이 카본파이버에 제대로 전달되지 않는다. 이러한 경향은 드릴 출구 측 모서리에서 가장 빈번하게 발생한다. 도 1은 이러한 영향들이 종합적으로 작용하여 발생한 여러 형태의 구멍가공결함을 나타낸다. In general metal cutting, the shear strength of the material is lowered due to the increase in temperature at the local site where the shear occurs during cutting. However, the carbon fiber is decomposed at 3,600 ° C and there is no significant change in the mechanical properties at high temperatures. Rather, it is necessary to maintain a low temperature for cutting of CFRP. When the temperature of the resin in the composite increases, the rigidity and adhesion force for supporting the carbon fiber decreases, and the cutting force at the cutting edge of the tool is not transmitted to the carbon fiber properly while the carbon fiber is not supported by the resin. This tendency occurs most frequently at the drill exit side edge. FIG. 1 shows various types of hole machining defects caused by these effects collectively.

도 2는 CFRP복합재의 대표적인 구멍가공결함의 발생 매커니즘을 설명하는 개념도이다. Fig. 2 is a conceptual diagram for explaining a mechanism of occurrence of a typical hole defect in a CFRP composite material.

일반적으로 드릴 공구를 사용한 CFRP복합재를 구멍 가공하는 과정에서 발생하는 가공 결함은 공구가 진입하는 구멍 입구와, 더 빈번하게는 공구가 관통하고 나오는 구멍 출구의 모서리에서 발생한다. 구멍 입구의 경우 압축 방식의 전용 공구를 사용함으로써 상당 부분 해결이 되는 반면, 구멍 출구의 경우에는 CFRP 전용의 앤드밀 공구를 사용하거나 구멍 직경보다 작은 공구를 이용하여 원형의 경로 가공을 통해 절삭 부하를 낮춘 가공을 하는 경우를 제외하면, 공구 마모에 수반되어 빈번하게 발생되는 구멍가공결함이라고 할 수 있다. Generally, machining defects that occur during hole machining of a CFRP composite using a drill tool occur at the entrance to the tool entrance, and more frequently at the edge of the exit hole through which the tool penetrates. In the case of the hole entrance, a considerable solution is to be made by using a special type of compression tool, while in the case of the hole outlet, a CFRP exclusive end mill tool or a tool smaller than the hole diameter is used to reduce the cutting load It is a hole machining defect frequently caused by tool wear, except for machining.

한편, 이러한 구멍가공결함을 제거하기 위한 디버링은 드릴 공구가 삽입된 반대 방향에서 이루어질 수도 있고, 백 디버링 공구를 이용해 원래 드릴이 삽입된 방향에서 접근하여 디버링할 수도 있다. 그러나 항공, 자동차 분야의 CFRP 부품은 대형인 경우가 많아 드릴 가공을 위한 원래 지그(jig)에 고정된 상태 그대로 원래 도릴 진입 방향과 동일한 방향에서 공구가 진입하여 디버링이 되는 것이 바람직하다. On the other hand, the deburring for eliminating such drilling defects may be made in the opposite direction in which the drill tool is inserted, or may be approached and deburred in the direction in which the original drill was inserted by using the back deburring tool. However, CFRP parts in the aviation and automobile fields are often large, so it is desirable that the tool should enter the original direction and be deburred in the same direction as the original corrugation direction while being fixed to the original jig for drilling.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼음층을 이용한 디버링 공정의 개념을 나타내는 개념도이다. 3 is a conceptual diagram illustrating a concept of a deburring process using an ice layer according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a)는 구멍 내주면에 형성된 얼음층으로 돌출된 버를 둘러싸는 형태를 나타내는 내용이며, 도 3의 (b)는 구멍 내주면 및 버가 형성된 모서리 외측면을 얼음층으로 둘러싸는 형태를 나타낸다. Fig. 3 (a) is a view showing a state in which a burr protruding into an ice layer formed on the inner circumferential surface of the hole is surrounded, and Fig. 3 (b) shows a form in which an inner circumferential surface of the hole and an outer surface of the edge where the burr is formed are surrounded by an ice layer.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉매와 얼음층을 이용한 디버링 가공의 개념을 나타낸다. 도 5의 (a)는 액체 질소와 물을 사용하여 비절삭 버를 구멍 내주면에 얼음층으로 형성하여 감싼 경우를 나타낸다. 도 5의 (b)는 여기에 추가로 버가 발생한 모서리를 포함하는 CFRP의 측면에도 소정의 두께로 얼음층을 형성한 경우를 나타낸다. 구멍 내주면 측으로 돌출된 버는 얼음층에 의해 둘러싸여 단단하게 고정되며 디버링 가공 시 카본파이버가 절삭되지 않고 공구의 가공 방향으로 밀리기만 하는 현상이 방지된다. 3 shows the concept of deburring using a cryogenic coolant and an ice layer according to an embodiment of the present invention. Fig. 5 (a) shows a case in which a non-cutting burr is formed by using liquid nitrogen and water in the form of an ice layer on the inner circumferential surface of the hole. 5 (b) shows a case in which an ice layer is formed to a predetermined thickness on the side surface of the CFRP including the edge where the burr is generated. Burrs protruding toward the inner circumferential surface of the hole are firmly fixed by being surrounded by the ice layer and the phenomenon that the carbon fiber is not cut at the time of deburring but is merely pushed in the machining direction of the tool is prevented.

본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉매를 이용한 CFRP 구멍가공결함 디버링 방법은 가공된 구멍의 결함부위 버를 지지하기 위해 얼음층을 사용하는 것이 특징이다.A CFRP hole machining defect deburring method using a cryogenic coolant according to an embodiment of the present invention is characterized by using an ice layer to support a defective site bur in the processed hole.

앞서 기술한 바와 같이 CFRP의 버는 카본파이버가 수지로부터 박리되어 절삭이 어려워지는 상황이 가장 주된 원인이다. 일 실시예에서는 이러한 카본파이버를 얼음층으로 둘러싸고 지지함으로써 공구 인선이 카본파이버에 충분한 절삭력을 작용할 수 있는 상황을 제공한다. As described above, the burr of CFRP is most likely caused by the fact that the carbon fiber is peeled off from the resin and cutting becomes difficult. In one embodiment, such a carbon fiber is surrounded and supported by an ice layer to provide a situation in which the cutting edge of the tool can exert sufficient cutting force on the carbon fiber.

도 4는 극저온 냉매를 이용한 디버링 가공공정의 4가지 예를 나타낸다. 도 6의 (a)는 제1디버링 방법, (b)는 제2디버링 방법, (c)는 제3디버링 방법 및 (d)는 제4디버링 방법을 나타낸다. 4 shows four examples of a deburring process using a cryogenic coolant. 6 (a) shows a first deburring method, (b) shows a second deburring method, (c) shows a third deburring method and (d) shows a fourth deburring method.

제1디버링 방법은 통상의 극저온 냉매 적용 공정과 유사한 예이며, 제2디버링 방법은 얼음층을 형성하지만 초음파 가진을 하지 않는 경우이다. 제2디버링 방법은 버와 구멍의 내주면에 물을 뿌려 젖게 한 상태에서 극저온 냉매를 분사하여 구멍 내주면의 돌출된 버를 둘러싸도록 얼음층을 형성한 후 단순 디버링 가공을 수행한 예를 나타낸다. The first deburring method is an example similar to a conventional cryogenic refrigerant applying method, and the second deburring method forms an ice layer but does not perform ultrasonic excitation. In the second deburring method, a simple deburring process is performed after forming an ice layer to surround the projected burrs on the inner circumferential surface of the hole by spraying cryogenic coolant while spraying water on the inner circumferential surface of the burr and hole.

제3디버링 방법은 제2디버링 방법에서 디버링 가공에 초음파 밀링 주축이 사용된 경우이다. 제4디버링 방법은 제3디버링 방법에서 구멍 내주면을 둘러싸는 얼음층을 형성한 후 버가 형성된 모서리가 포함된 측면에 물을 분사하거나, 스펀지나 솜과 같이 물을 잘 머금을 수 있는 다공성 소재를 버 부위에 부착하여 물이 버를 둘러쌀 수 있도록 하고, 구멍을 감싸며 지지하는 얼음층을 형성한 후에 초음파 디버링을 수행하는 경우이다.The third deburring method is a case where an ultrasonic milling main shaft is used for deburring in the second deburring method. In the fourth deburring method, an ice layer surrounding the inner circumferential surface of the hole is formed in the third deburring method, and water is sprayed on the side including the edge where the burr is formed, or a porous material, such as a sponge or cotton, And the water is buried in the burr, and the ice layer supporting the hole is formed, followed by ultrasonic deburring.

본 발명의 일 실시예에 따른 디버링 방법은 제3디버링 방법 및 제4디버링 방법을 포함하며, 바람직하게는 제4디버링 방법을 의미한다. The deburring method according to an embodiment of the present invention includes a third deburring method and a fourth deburring method, and preferably means a fourth deburring method.

제4디버링 방법을 보다 자세히 기술하면 다음과 같다. 편의상 편평한 판재 형태의 CFRP를 기준으로 기술하며, 통상의 기술자라면 곡면이나 다른 형태의 CFRP공작물에 대해서도 적절한 변형을 통해 본 발명의 사상에 맞는 디버링 방법을 적용할 수 있을 것이다. The fourth deburring method will be described in more detail as follows. For the sake of convenience, it is described on the basis of a CFRP in the form of a flat plate, and a normal technician will be able to apply the deburring method according to the idea of the present invention to a curved surface or other types of CFRP workpieces by appropriate modification.

CFRP를 지지하는 지그는 지그 케이스를 포함하거나 상부만 열린 형태의 지그 케이스로 둘러싸 물을 채울 수 있는 형태로 구비한다. 다공성 소재를 이용하는 경우 극저온 냉매에 의해 물과 함께 냉각된 상태에서 디버링에 따른 절삭 부하 증가가 미미한, 국부적인 절삭이 손쉽게 이루어지는 부드럽거나 약한 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 CFRP의 배면이 곡면인 부분에 다공성 소재를 부착할 경우 복수의 위치에 CFRP와 다공성 소재를 연결하는 지지부를 형성하여 다공성 소재가 물과 함께 냉각되어 고상(固狀)이 되었을 때 CFRP에 단단히 고정되어 디버링에 따른 축 방향 하중에도 분리되지 않도록 구비할 수 있다. The jig supporting the CFRP is provided with a jig case or a jig case which is open only in the upper part so as to be filled with water. When a porous material is used, it is preferable to use a soft or weak material in which the increase in cutting load due to deburring is insignificant in the state where it is cooled together with water by cryogenic refrigerant, and the local cutting is easily performed. In addition, when the porous material is attached to the curved surface of the CFRP, a supporting portion connecting the CFRP and the porous material is formed at a plurality of positions, so that when the porous material is cooled with water and solidified, it is firmly fixed to the CFRP So that it is not separated even in the axial load due to deburring.

본 발명을 기술함에 있어서 CFRP에 물을 둘러싸는 방법을 상세하고 다양한 실시예로 개시하지는 않지만, 버를 둘러싸도록 예컨대 버의 두께의 수배 이상이 되도록 충분한 두께로 물을 채울 수 있는 구조라면 상술한 스펀지와 같은 다공성 소재를 이용하는 경우를 포함하여 어떤 형태라도 포함될 수 있다. CFRP의 형태와 구멍 위치는 매우 다양할 수 있으며 이에 대해 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 형태로 지그 및 지그 케이스를 형성하는 것은 통상의 기술자에게는 어렵지 않은 일일 것이다. Although the method of enclosing water in the CFRP is not disclosed in the detailed and various embodiments in describing the present invention, if it is a structure that can fill the water with a sufficient thickness to surround the bur, for example, several times the thickness of the burr, Or a porous material such as a porous material, for example, may be used. The shape and hole position of the CFRP may vary widely, and it would be difficult for a typical engineer to form the jig and jig case in a manner consistent with the technical idea of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디버링 공정에서 물이 젖어있는 CFRP에 극저온 냉매를 분사하여 냉각하는 것과 얼음층에 둘러싸인 버를 초음파 밀링 가공기에 의해 디버링하는 것을 나타내는 사진이다. 5 is a photograph showing that the cryogenic coolant is sprayed to the CFRP wetted with water in the deburring process according to an embodiment of the present invention to cool the burr and the burr surrounded by the ice layer is deburred by the ultrasonic milling machine.

도 6은 절삭 실험에 사용된 공구 및 절삭 조건을 나타내는 표이다. 6 is a table showing the tools and cutting conditions used in the cutting test.

후술하는 디버링 가공 공정을 검증하기 위한 비교 실험에서 다른 조건은 동일하게 설정하고 극저온 냉매, 얼음층 형성 위치 및 초음파 가진 여부의 조건을 바꿔가며 실험하였다. In the comparative experiment for verifying the deburring process, which will be described later, the other conditions were set the same, and the conditions of the cryogenic coolant, the ice layer formation position, and the presence or absence of the ultrasonic wave were changed.

도 7은 구멍을 촬영한 영상에서 버가 차지하는 면적으로부터 버 제거율을 정량적으로 계산하는 것을 설명하는 사진이다. Fig. 7 is a photograph explaining quantitatively calculating the burr removal rate from the area occupied by the burr in the image of the hole.

도 7을 참조하면, 구멍 내에 존재하는 전체 버의 비율은 버가 차지하는 면적의 총합을 구멍의 면적으로 나눈 비율로 정의한다. 그리고 버의 제거비율은 디버링 가공 전후의 구멍 내 전체 버의 비율의 변화율로서 정의한다. Referring to Fig. 7, the ratio of all the burrs existing in the hole is defined as a ratio of the sum of the areas occupied by burrs divided by the area of the holes. The removal ratio of burrs is defined as the rate of change of the ratio of all burrs in the holes before and after deburring.

도 8은 디버링 장비에 관한 것으로서 초음파 가진 진폭에 따른 디버링 효과를 비교하여 대상인 CFRP와 공구에 의한 시험 조건을 선정하기 위한 사전 비교 실험결과이다. FIG. 8 is a comparison result of a preliminary comparison experiment for selecting a test condition by a CFRP and a tool by comparing a deburring effect according to an amplitude of an ultrasonic wave with respect to a deburring instrument.

도 8을 참조하면, 실험에 사용된 UD(unidirectional) 형식의 CFRP와 절삭 공구의 조합에서 초음파 가진 진폭은 4.318 ㎛인 경우가 버 제거율이 높게 나왔으며, 초음파 가진 진폭은 이어지는 비교 실험에서 진폭 4.318 ㎛로 일정하게 유지하였다. 참고로 초음파 밀링 주축에 의한 디버링 공정을 실시했음에도 CFRP 구멍의 버 제거율은 20%가 되지 않는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, in the combination of UD (unidirectional) type CFRP and cutting tool used in the experiment, the erbium excitation amplitude was 4.318 ㎛, and the ultrasonic excitation amplitude was 4.318 ㎛ . It can be seen that the burr removal rate of the CFRP hole is not 20% even though the deburring process using the ultrasonic milling spindle is carried out.

도 9는 극저온 냉매로 CFRP를 직접 냉각한 상태에서 초음파 디버링 가공을 수행한 결과를 나타낸다. 9 shows the result of performing ultrasonic deburring in a state where CFRP is directly cooled with a cryogenic coolant.

도 10은 가공 구멍을 물로 채우고 극저온 냉매로 CFRP와 물을 냉각한 상태에서 초음파 가진을 동반하지 않은 일반 디버링 가공을 수행한 결과를 나타낸다. Fig. 10 shows the result of performing general deburring without ultrasonic excitation in the state where the processing holes are filled with water and CFRP and water are cooled with cryogenic refrigerant.

도 11은 가공 구멍을 물로 채우고 극저온 냉매로 CFRP와 물을 냉각한 상태에서 초음파 디버링 가공을 수행한 결과를 나타낸다. Fig. 11 shows the result of performing ultrasonic deburring in a state where the processing hole is filled with water and CFRP and water are cooled with a cryogenic refrigerant.

도 12는 가공 구멍과 가공결함부위가 포함된 모서리 측 측면을 소정의 두께로 물로 채우고 극저온 냉매로 CFRP와 물을 냉각한 상태에서 초음파 디버링 가공을 수행한 결과를 나타낸다. Fig. 12 shows the result of performing ultrasonic deburring in a state where the corner side surface including the machining hole and the machined defect portion is filled with water to a predetermined thickness and the CFRP and the water are cooled with the cryogenic coolant.

도 12에서 측면을 소정의 두께로 물로 채우는 공정은 상술한 지그 케이스를 사용하는 경우, 물을 머금은 다공성 소재를 부착하는 경우일 수 있으며, 또한 가공 구멍에 물을 채우고 극저온 냉매로 냉각한 후 측면에 물을 분사하여 냉각된 형태일 수도 있다. 가공 구멍과 가공결함부위가 포함된 모서리 측 측면을 둘러싸도록 얼음층을 형성하는 방법은 개시한 방법 이외에도 다양한 방법이 포함될 수 있으며, 버 부위 전체를 둘러싸는 형태로 얼음층이 형성된다면 어느 방법이라도 무방하다. In Fig. 12, the process of filling the side surface with the predetermined thickness of water may be performed when the above-described jig case is used, when the porous material with water is adhered thereto, and when water is filled in the processing hole and cooled with the cryogenic coolant, It may also be in a cooled form by spraying water. The method of forming the ice layer so as to surround the corner side surface including the machining hole and the machining defective portion may include various methods other than the disclosed method and any method may be used provided that the ice layer is formed in the form of surrounding the entire burr portion.

도 9 내지 도 12의 디버링 결과를 참조하면, 제1디버링 방법에서 제4디버링 방법으로 갈수록 버 제거율이 높은 것을 알 수 있다. 즉, 제4디버링 방법과 같이 얼음층이 버 및 버가 형성된 모서리를 포함하는 CFRP의 측면을 완전히 감싸는 형태로 얼음층이 형성되고 일정 수준 이상의 피드 속도를 가져 열에 의한 얼음층 박리가 일어나기 전에 디버링이 완료되면 거의 대부분의 버를 제거할 수 있다. 도 6을 다시 참조하면, 검증 실험에 사용된 드릴은 코팅되지 않은 일반 드릴로서 CFRP 가공을 위해 CVD코팅된 고가의 전용 공구가 아님에도 불구하고 매우 높은 효율로 디버링이 가능함을 확인할 수 있다. Referring to the deburring results of FIGS. 9 to 12, it can be seen that the burr removal rate is higher in the first to third deburring methods than in the fourth deburring method. That is, as in the fourth deburring method, the ice layer completely covers the side of the CFRP including the burr and burr-formed corners, and when the deburring is completed before the ice layer is formed by heat, You can remove most of the burrs. Referring back to FIG. 6, it can be seen that the drill used in the verification test is a non-coated general drill and can be deburried at a very high efficiency even though it is not an exclusive expensive tool that is CVD coated for CFRP processing.

또한, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 절삭 조건에서 피드(feed)가 낮은 경우에는 버 제거율이 상대적으로 낮은 것으로 실험되었으며, 이는 공구와 공작물의 접촉 시간이 길어지면서 마찰 등에 의해 발생한 절삭열이 백업 플레이트(back up plate) 역할을 하는 얼음층을 녹이거나 카본파이버로부터 박리시켜 충분한 지지가 되지 못한 것으로 판단할 수 있다. 10 to 12, it has been experimentally determined that the burr removal rate is relatively low when the feed is low under the cutting condition. This is because the cutting heat caused by the friction or the like becomes longer as the contact time between the tool and the workpiece becomes longer It can be judged that the ice layer serving as a back up plate is melted or peeled off from the carbon fiber to fail to provide sufficient support.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉매를 이용한 CFRP의 디버링 가공 전후의 가공 부위를 전자현미경으로 촬영하여 비교한 사진이다. FIG. 13 is a photograph of a CFRP using a cryogenic coolant according to an embodiment of the present invention, taken and observed before and after a deburring process, using an electron microscope.

도 13은 버 부위를 감싸고 지지하기 위한 충전 물질로 사용한 물이 CFRP복합재의 카본파이버, 수지 및 둘 사이의 결합부에 유해한 영향을 미치지 않는 것을 확인하는 비교 사진이다. 검증에 사용된 CFRP시편은 UD 형식으로 적층된 것으로서 디버링 가공 후에도 카본파이버나 수지가 비정상적으로 박리되는 부위는 확인되지 않았다. 일반적으로 CFRP에 사용되는 아민(Amine)계 경화제를 사용하는 에폭시는 경화되어 완전 건조되기 전에는 친수성이 있어 수분 침투에 의한 물성 저하가 우려되지만 경화 후에는 수분 접촉에 의한 문제는 발생하지 않는다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉매를 이용한 CFRP 디버링 공정은 CFRP와 접촉하는 물이 액체 상태로 있는 시간은 짧고 극저온 냉매로 얼은 상태에서 공정이 진행되기 때문에 CFRP에 영향을 주지 않는 것으로 판단할 수 있다. Fig. 13 is a comparative photograph confirming that water used as a filler material for wrapping and supporting the bur part does not adversely affect the carbon fiber, the resin, and the bonding portion between the CFRP composite and the CFRP composite. The CFRP test specimens used in the tests were laminated in the UD format. No areas where carbon fibers or resin were abnormally peeled off after deburring were not found. In general, an epoxy using an amine-based curing agent used in CFRP is hydrophilic before curing and is completely dried, thereby lowering physical properties due to moisture penetration, but there is no problem caused by water contact after curing. Also, in the CFRP deburring process using the cryogenic refrigerant according to an embodiment of the present invention, since the time in which the water in contact with the CFRP is in a liquid state is short and the process proceeds in a state of being frozen with the cryogenic refrigerant, It can be judged.

본 발명은 구멍 가공을 위한 지그 결합 상태에서 버 발생 여부를 영상으로 파악하고 극저온 냉매에 의한 얼음층을 형성하여 작업 진행이 가능하여 공작물의 세팅 상태 변동 없이 디버링을 수행할 수 있어 불필요한 세팅 시간의 소모가 없다. 또한 동일한 드릴 공구 사용이 가능하여 높은 버 제거율을 보여 툴 교환의 필요가 없어 가공 시간 단축에 따른 비용절감도 기대할 수 있다. The present invention grasps the occurrence of burrs as an image in the jig-coupled state for hole machining, forms an ice layer by cryogenic coolant, enables the work to proceed, and enables deburring without changing the setting state of the workpiece, thereby consuming unnecessary setting time none. In addition, since the same drill tool can be used, it shows a high burr removal rate, and there is no need to exchange the tool, so that the cost reduction due to the shortening of the machining time can be expected.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[사사]
본 연구는 산업통상산업자원부의 기계산업핵심기술개발사업의 일환으로 수행하였습니다. [10053248, 과제명: 탄소섬유복합재(CFRP) 가공시스템 개발]
[Acknowledgement]
This work was supported by the Technology Innovation Program (10053248, Development of Manufacturing System for CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics Machining) funded by the Ministry of Trade, Industry & Enegry(MOTIE, Korea).
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and changes may be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the embodiments. Therefore, the present embodiments are to be construed as illustrative rather than restrictive, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
[Sasa]
This study was conducted as part of the core technology development project of the Machinery Industry of the Ministry of Industry, Trade and Industry. [10053248, Project: Carbon Fiber Composite (CFRP) Processing System Development]
[Acknowledgment]
This work was supported by the Technology Innovation Program (10053248, Development of Manufacturing System for Carbon Fiber Reinforced Plastics Machining (CFRP) funded by the Ministry of Trade, Industry & Enegry (MOTIE, Korea).

Claims (9)

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 구멍에 발생한 버(Burr)를 제거하는 CFRP 디버링 방법에 있어서,
상기 버의 적어도 일부에 액상(液狀)의 충전 물질을 부착시키는 충전 단계;
상기 충전 물질을 냉각시켜 고상(固狀)으로 상(狀)변화시키는 냉각 단계;
상기 고상의 충전 물질이 부착된 상기 버를 절삭 공구로 제거하는 디버링(deburring) 단계; 및
상기 고상의 충전 물질이 액화 또는 기화되어 상기 CFRP로부터 제거되는 분리 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 CFRP 디버링 방법.
A CFRP deburring method for removing a burr generated in a CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) hole,
A filling step of attaching a liquid filling material to at least a part of the burr;
A cooling step of cooling the filler material and solidifying the filler material;
A deburring step of removing the bur buried with the solid fill material with a cutting tool; And
A separation step in which the solid filler material is liquefied or vaporized and removed from the CFRP;
Wherein the CFRP deburring method comprises:
제 1항에 있어서,
상기 충전 물질은 물인 것을 특징으로 CFRP 디버링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the filling material is water.
제 1항에 있어서,
상기 냉각 단계는 상기 충전 물질을 극저온 냉매에 노출시키는 극저온 노출 단계를 포함하는 CFRP 디버링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein said cooling step comprises a cryogenic exposure step of exposing said fill material to cryogenic coolant.
제 3항에 있어서,
상기 극저온 냉매는 액화질소인 것을 특징으로 하는 CFRP 디버링 방법.
The method of claim 3,
Wherein the cryogenic refrigerant is liquefied nitrogen.
제 1항에 있어서,
상기 충전 단계는,
상기 버 및 상기 버가 형성된 구멍의 모서리를 포함하는 측면에 상기 충전 물질을 부착하는 것을 특징으로 하는 CFRP 디버링 방법.
The method according to claim 1,
In the charging step,
Wherein the filler material is attached to a side surface including the edge of the burr and the burr hole.
제 5항에 있어서,
상기 고상의 충전 물질은 CFRP 몸체 및 상기 버 모두에 부착되되, 상기 버가 CFRP 몸체로부터 상기 고상의 충전 물질에 의해 지지되도록 부착되는 것을 특징으로 하는 CFRP 디버링 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the solid fill material is attached to both the CFRP body and the burr, wherein the bur is adhered from the CFRP body to be supported by the solid fill material.
제 5항에 있어서,
상기 충전 단계는,
상기 버의 적어도 일부가 상기 액상의 충전 물질에 잠기도록 형성된 지그 케이스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 CFRP 디버링 방법.
6. The method of claim 5,
In the charging step,
And a jig case formed so that at least a part of the bur is submerged in the liquid filler material.
제 5항에 있어서,
상기 충전 단계는,
상기 버의 적어도 일부에 상기 액상의 충전 물질을 부착하도록 형성된, 부드러운 다공성 소재를 포함하여 이루어지되, 상기 액상의 충전 물질을 머금은 상기 다공성 소재는 상기 버가 발생한 구멍의 모서리를 포함하는 측면에 부착되는 것을 특징으로 하는 CFRP 디버링 방법.
6. The method of claim 5,
In the charging step,
And a soft porous material formed to adhere the liquid filler material to at least a portion of the burr, wherein the porous material having the liquid filler material adheres to a side surface including an edge of the hole in which the burr is formed Lt; RTI ID = 0.0 > CFRP < / RTI >
제 1항에 있어서,
상기 디버링 단계는,
초음파 디버링이 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 CFRP 디버링 방법.
The method according to claim 1,
The deburring step may include:
Wherein ultrasonic deburring is performed together.
KR1020170114098A 2017-09-06 2017-09-06 Cryogenic Deburring Method of Drill Hole Defect in CFRP KR101927059B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170114098A KR101927059B1 (en) 2017-09-06 2017-09-06 Cryogenic Deburring Method of Drill Hole Defect in CFRP

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170114098A KR101927059B1 (en) 2017-09-06 2017-09-06 Cryogenic Deburring Method of Drill Hole Defect in CFRP

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101927059B1 true KR101927059B1 (en) 2019-03-07

Family

ID=65760603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170114098A KR101927059B1 (en) 2017-09-06 2017-09-06 Cryogenic Deburring Method of Drill Hole Defect in CFRP

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101927059B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102618099B1 (en) * 2022-11-18 2023-12-27 캐스트로닉스 주식회사 Portable gas container tip manufacturing system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100755251B1 (en) * 2004-03-25 2007-09-05 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 An apparatus and method for improving work surface during forming and shaping of materials
KR101315759B1 (en) * 2007-08-24 2013-10-10 현대자동차주식회사 Removing system aluminium burr
US8820199B2 (en) 2007-09-21 2014-09-02 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and method for machining polymers with controlled croygenic cooling
KR101506779B1 (en) * 2013-02-15 2015-03-27 인하대학교 산학협력단 Polishing system
KR101709977B1 (en) * 2015-11-18 2017-03-06 주식회사동서산업롤 Deburring device for industrial rolls

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100755251B1 (en) * 2004-03-25 2007-09-05 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 An apparatus and method for improving work surface during forming and shaping of materials
KR101315759B1 (en) * 2007-08-24 2013-10-10 현대자동차주식회사 Removing system aluminium burr
US8820199B2 (en) 2007-09-21 2014-09-02 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and method for machining polymers with controlled croygenic cooling
KR101506779B1 (en) * 2013-02-15 2015-03-27 인하대학교 산학협력단 Polishing system
KR101709977B1 (en) * 2015-11-18 2017-03-06 주식회사동서산업롤 Deburring device for industrial rolls

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102618099B1 (en) * 2022-11-18 2023-12-27 캐스트로닉스 주식회사 Portable gas container tip manufacturing system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180147683A1 (en) Chamfering of laminate layers
CA2314678C (en) Sandwich structure and method of repairing the same
Giasin et al. An Investigation of burrs, chip formation, hole size, circularity and delamination during drilling operation of GLARE using ANOVA
Persson et al. Effects of hole machining defects on strength and fatigue life of composite laminates
Xu et al. A comparison between vibration assisted and conventional drilling of CFRP/Ti6Al4V stacks
RU2673474C1 (en) Lubricant material for facilitating mechanical processing and method of mechanical processing
US20160111926A1 (en) Magnet holding member used in rotating electrical machine, rotor, rotating electrical machine, and machine tool
KR101927059B1 (en) Cryogenic Deburring Method of Drill Hole Defect in CFRP
Huda et al. Machinability study of ultrasonic assisted machining (UAM) of carbon fibre reinforced plastic (CFRP) with multifaceted tool
Shokrani et al. Cryogenic drilling of carbon fibre reinforced plastic with tool consideration
Hamedanianpour et al. Effect of tool wear on quality of carbon fiber reinforced polymer laminate during edge trimming
Bertolini et al. The effect of cryogenic cooling and drill bit on the hole quality when drilling magnesium-based fiber metal laminates
Tian et al. Multi-scale machining damages of CFRP circular cell honeycomb during end face machining
Wang et al. Influence of process parameters on material removal during surface milling of curved carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) components: evaluated by a novel residual height calculation method
Gupta et al. Study of cutting speed variation in the ultrasonic assisted drilling of carbon fibre composites
Gohil et al. Challenges in machining of natural fibre composites
JP2006272656A (en) Metal/resin composite pipe and its manufacturing method
Mustafa et al. The Effect of Cutting Speeds on Tool Wear and Surface Roughness when Milling Carbon Fiber Reinforced Polymer
CN111619124B (en) Method and device for machining a cooled workpiece
US20160167317A1 (en) Secondary groove for work piece retention during machining
US11578604B2 (en) Adhesive bonded composite-to-metal hybrid vanes and method of manufacture
Krishnaraj et al. Optimization of machining parameters in CFRP/Ti stacks drilling
Kojima et al. Drilling of CFRP with an electrodeposited diamond core drill–Effects of air assistance and tool shape–
FR3039089A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A PIECE OF COMPOSITE MATERIAL INCORPORATING COMPONENTS AND MEANS FOR REPERTING
Aziz et al. Effects of Rotary Ultrasonic Assisted Drilling Parameter for Carbon Fiber Reinforce Plastic Laminate Composites